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忆旧探新 视频监控设备中的视频处理技术

时间:2010-03-31 00:00:00  来源:互联网  编辑:互联网

  随着视频监控的发展,视频分析处理技术受到人们的广泛关注,比如车流量统计、人流统计等。

  曾经的视频处理技术

  回顾一下,数字硬盘录像机(DVR)的发展已经有很多年了,总的来说发展很快,各种新技术、新产品、新概念层出不穷,但录像清晰度、录像成本始终是监控系统中关注的二大重要因素。录像清晰度与图像质量、分辨率、码率、帧结构等视频编码参数有很大的关系,录像成本与压缩效率有很大关系,要取得高的图像质量,那么势必增加录像成本,反之,要降低录像成本,那么势必影响图像质量。

  “动态调整编码参数”就是在不启停录像(不切换录像文件)的情况下,对编码参数进行调整,同时生效。在具体的应用中,对于静止或一般的监控场景,调整相应编码参数,使录像保持在很低的码率,而在图像发生变化,或产生报警时,可以调整相应编码参数,实现高质量的录像,可以动态修改的参数包括:分辨率、录像质量、码率控制、帧率控制以及帧结构。由于上述参数可以动态修改,因此可以保持图像的连续、无需频繁的切换文件,即满足了在关键时刻对高图像质量的要求,又节省了硬盘空间。

  联网监控是在银行系统完成数字化改造以后的又一重要需求,特别是对于无人值守的离行式ATM机来说,联网监控是高效运维的重要手段,监控中心不仅可以实时了解DVR的在线状况,也可以实时查看有警情的现场图像,一定程度上改变了单纯通过录像复合,进行事后处理的现状。

  对于金融行业来说,录像的清晰度要得到保证,这样的话视频数据较大,而网络资源是有限的,所以网络带宽成了传输视频数据的瓶颈。为解决这个问题,海康威视提出并实现了双编码技术。

  输出码流的图像质量、分辨率、帧率、码率等视频参数都可以独立设置。这样生成的两个码流就可以满足不同的应用需求,比如主码流用于录像,子码流用于网络传输。随着视频监控应用领域的拓展,编码技术的发展,多编码技术的实现将成为可能,这样多个码流可满足不同传输信道、不同应用的需求,如通过千兆网、VPN专网、ADSL、无线网络等传输信道,以及重要用户、一般用户等可以传输不同码率、不同图像质量的视频数据。

  对于传统的CCTV监控中心来说,矩阵是一个很重要的设备,它主要完成视频切换、PTZ控制等功能,同时还可对切换规则进行编程设置,视频切换的路数取决于矩阵主机背板的切换能力,切换是通过电路来实现的。海康威视针对数字监控提出并实现了数字矩阵,并在两个平台上实现。

  对于单台的DVR来说,实际上就是一个基于数据总线的视频切换矩阵。对于PC式DVR,输入的视频路数是视音频压缩卡的路数,一路视频可切换输出到显卡,通过增加解码卡,也可以将多路视频切换到解码输出通道(输出路数的多少取决于解码卡的多少)。总共能够切换的路数主要取决于总线的带宽。另外,通过PC平台可以非常容易地设置切换规则、进行PTZ控制。对于嵌入式DVR,输入的视频路数就是DVR的视频输入路数,输出路数一般至少有一路,有的DVR输出两路、四路等,同样通过DVR可以设置切换规则、可以进行PTZ控制。

  对于一个基于IP网络的监控系统来说,前端视频的输入、IP网络设备、后端的解码设备以及控制设备共同组成基于IP交换的数字矩阵。

  视频输入的路数取决于控制端能访问的前端视频编码的路数,视频输出的路数取决于解码服务器的数量,以及各服务器解码输出通道的路数,同时也取决于IP网络的带宽。切换规则由控制台设置完成,控制台同时可以方便地进行PTZ控制。

  视频处理芯片成为新发展

  随着近3-4年来中国数字视频监控市场每年都以超过30%的比例增长和其他领域的增长,视频处理芯片市场也随之得到了增长,安防监控行业的需求逐渐明确,芯片厂家开始关注并主动去推广视频监控这个潜力巨大的市场。视频监控成为工业自动化、消费电子、电话机等领域之外芯片厂商一个新的利润角逐场。视频监控产业的发展吸引了越来越多的芯片厂商加入。监控行业必将成为视频处理芯片的重要应用领域。

  2004年,美国SPI企业特别针对视频监控应用而成立,并于2006年开始在中国市场上推广。谈到SPI为何专门瞄准视频监控领域,迈吉伦(美国SPI中国总代理)科技股份有限企业项目经理黄石华认为,相对于机顶盒、电话机等领域,安防市场的应用趋于成熟,需求比较很明显。只要产品表现好,就一定能抢占到市场。目前美国SPI企业正借助中国代理商的力量,从一些中小型客户着手,悉心培养自己的客户。据NXP亚太区高级系统营销总监陈石明透露,目前在芯片市场,至少有25家厂商在竞争。可以预见,随着抢食者的增多,未来竞争将更加激烈。
 
 继1999年,飞利浦PNX1300芯片在中国推广并得到应用之后,2003年,TI推出通用数字媒体处理器TMS320DM642,正式进军中国数字视频监控领域。2004年左右,海思作为全球率先推出H.264soc监控专用芯片的半导体企业,在经历了三年多的调研和研发之后,进入到大家的视野之中。几乎在同一时间,台湾升迈科技母企业(智原)开始整合ARMcore,兼容FA526CPU和MPEG4/MJPEGcodec及多项外围IP,造就为数字监控量身打造的视频编解码芯片SoC。

  随着电信运营商加大对安防监控市场的持续投入,网络监控在2007年开始发酵,台湾升迈科技产品市场企划处部长赖荣兴则预测,未来DVS、IPcamera、NVR等网络监控设备的成长率将会倍增,从而将更加吸引芯片厂商加大对视频安防市场的投入。

  现在的高清视频编解码

  经过近10年的发展,芯片的编码能力有了很大的提升。之前要实现1080i的图像质量需要用10颗芯片编码,现在只要两、三颗就可以了。结合市场需求来看,追求更好的图像品质是用户非常合理且永恒的要求。而随着智能化监控时代的来临,为了满足监控系统对视频图像的分析处理要求,如车牌识别、人脸识别等,则对图像质量提出了更高的要求,例如高清格式。这对芯片的编解码能力提出了更大的挑战。

  “对于大家前端芯片厂商来说,最首要的是要提高视频图像的清晰度,原来大家的产品分辨率只能做到400线左右,TW2864通过采用10位ADC和增强型4H自适应梳状滤波器,使图像清晰度高达450线以上,且能获得更佳的图像质量、丰富色彩品质已经图像敏锐度。”TECHWELL程黎明先容说。

  另外一方面,压缩算法的不断升级也改变着图像的画质。随着市场上主流的压缩格式向H.264,甚至更为高级的算法格式发展,不断地提高压缩比、并进行算法优化成为芯片厂商的追求。“就运算量而言,MPEG-4比JPEG复杂4倍,H.264又较MPEG4复杂3倍以上,除了decoder的兼容性和encoder的压缩质量的基本要求,高速的系统架构、内存频宽、高效率的DMA控制器,甚至多核的平行处理都是SoC效能是否优秀的关键。”

  从当前市场上主流的芯片厂商所推出的产品来看,大多有支撑高清格式的产品,例如,ADI的ADV202、212产品可以支撑高清格式。TI的DM355即可支撑720p下的MPEG4实时编码,码率为4Mbp至8Mbps,可以作为高清网络摄像机或高清视频服务器的核心处理器。据了解,TI可支撑720p下的H.264实时编码芯片也即将推出。高清编码芯片的诞生,将可以使视频监控产品在更低的码流下获得更高的图像画质。

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