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“平安城市”戰略將加速數字監控系統的升級換代
雙擊自動滾屏 發布者:xgboys 發布時間:2010/4/10 10:34:00 閱讀:36506次 【字體:

早期的第一代視頻監控系統的應用主要集中在一些像監獄、各種重要庫房和生產區域、機場和口岸等特種領域。隨著社會的發展,應用領域向一般民用市場拓展了許多,主要包括商場、寫字樓、高檔住宅小區以及部分交通領域,近幾年,隨著自動柜員機的快速增加,銀行方面的應用也成為監控的重要應用市場,這些新應用催生出了第二代監控技術。

隨著中國各級政府構建“和諧社會”及“平安城市”戰略的實施,監控技術將得到有效地推動,獲得質的提升。例如,站在中國信息技術前沿的深圳市將部署以30萬部攝像機構成的安全監控網絡,其覆蓋面包括主要街道、主要辦公場所、展覽場所、網吧、酒店、娛樂場所、公園、火車站、汽車站乃至長途及所有公交車輛。該網絡建成后,再將原有的銀行、海關、乃至各小區的自由監控網絡納進來,將形成一個幾乎覆蓋全城各個主要公共區域的“天羅地網”。而南中國最大的城市廣州,網絡的規模可能是深圳的一倍。還有即將舉辦舉世矚目的奧運會和世博會的北京和上海,這些一線城市對安全監控的需求也非常可觀。

對于上述大型的城市監控網絡來說,原有的第一、二代技術已經明顯不能滿足應用,從而呼喚第三代監控技術的到來(各代監控技術的主要特征見表1)。

前端數據采集中心的發展趨勢

毋庸置疑,前端數據采集是整個遠程安全監控網絡的最重要部分,它將負責場景原始信息的采集和處理。該部分所涵蓋的主要技術大部分與攝像和錄像有關。

1. 攝像技術將向著大動態和低照度方向發展

攝像機是信息采集的執行者,在監控系統中起著關鍵的作用,故許多廠商都在這方面投入了很大的精力。對于常規的安防監控系統來說,不言而喻,研發的重點都集中在清晰度和感光度的提高方面。

目前的圖像傳感器有兩大類,即CCD和CMOS傳感器。一般來說,相對于CMOS來說,CCD具有感光度高、噪點小和分辨率高等優點,但與此同時,也具有功耗大、成本高和電路復雜的缺點。而CMOS的耗電量僅為CCD傳感器的1/10左右,況且由于CMOS技術利用超高的集成度,將許多外圍器件集成一體,大大減小了復雜度,并減小了體積。正因如此,目前CMOS傳感技術更新速度要遠快于CCD技術。

Micron是CMOS傳感器的主要供貨商,另外還有Omnivision和ST等。目前,Micron的MT9T031和MT9P031 CMOS傳感器分辨率已經分別達到300萬和500萬像素,據該公司的一位行銷區域經理認為,CMOS與CCD兩種技術的競爭格局將繼續,而500萬像素將是兩種技術的分界點。但一個顯而易見的趨勢是,CMOS的各項性能在逐步靠近CCD技術。

除此之外,還有一些相關技術創新值得一提。比如松下公司推出的第三代超級動態(SDG)技術。使圖像的對比度動態范圍擴大了40多倍。三星公司的信噪比提高技術,以及鏡頭鍍膜技術,可以實現了超低的光照度,其最新的變焦一體機的光照度號稱達到0.0001LUX。不過對于這項指標,長期從事安全監控應用的深圳市希圖科技有限公司工程師侯育林認為含有不少的宣傳成分,他認為就目前的測試水平來說,得到這樣的數據恐怕還比較缺乏信服力。

2. 兩種編解碼處理實現方式將各領風騷

目前視頻監控系統主流的壓縮格式是MPEG4,盡管它的處理延遲稍大些,但它還算兼顧了各方面的能力,是一個比較好的折衷。

而對于分辨率格式,種類從傳統的CIF格式,到目前的像素為720×576的D1格式,中間還有Half-D1、DCIF等。據了解,日前Vweb公司已經推出全D1分辨率的MPEG-1、2、4以及H.263 音視頻編碼器,日本已經將D1寫入其視頻監控標準。對于D1分辨率來說,無論是存儲器容量還是帶寬好像對中國用戶都已經不是問題。但經過冷靜分析后不難發現,無論D1能否進入中國的音視頻編解碼國家標準,基于D1的存儲量以及成本因素,感覺D1的大面積推廣還未到火候,反倒市場更看重像素為528×384的DCIF。深圳市昊天科技有限公司的謝永強工程師也持該觀點,他說:“DCIF格式無論在碼率還是對資源的要求方面顯得比較中庸,而且在各個方向上顯得比較均衡一些。因此,可以有效解決清晰度與傳輸速率、存儲容量以及成本之間的矛盾。”

因應各種分辨率格式和壓縮格式,編解碼技術和芯片實現方式呈現多種多樣的特點,但基本上可以歸結為兩大類,即DSP和ASIC。

DSP以TI公司的產品為代表,優點是具有非常靈活的處理方式,圖形處理功能比較強大,但這類器件是從以前的專用信號處理架構上傳承下來的,故在某些方面具有一定的約束,比如占用系統資源偏多,對于一些控制要求較高和碼率較高的場合似乎尚缺競爭力。

不過,TI公司針對這點做了進一步的優化,從而贏得了不少訂單。最近,中國最大的監控產品生產商海康威視已經在其視頻硬盤錄像機以及視頻服務器等產品中利用了300萬片TI的TVP5150AM1超低功耗視頻解碼器芯片,該芯片典型工作狀態下功耗僅為113mW,而斷電模式下的功耗還不到1mW。該產品只需一個晶振就能支持所有標準,模擬與數字電源電壓為1.8V,I/O電源電壓為3.3V。據了解,海康威視還在評估TI新一代TVP5154解碼器。該款四通道、低功耗NTSC/PAL/SECAM視頻解碼器在同一芯片上集成了四個TVP5150AM1器件。除解碼器之外,海康威視還采用了TI的TMS320DM64x數字媒體處理器系列產品,該系列是業界數字視頻與媒體應用的主流平臺。同時,海康威視還努力向TI達芬奇技術平臺過渡。

該公司認為,TI的一款數字信號處理為基礎架構的數字媒體處理器具有強大的數字處理能力和豐富的外設接口,非常適合于差異化要求很高的數字視頻監控產品。強大的數字信號處理能力保證軟件編程具有實現特定視頻功能的能力,而軟件可編程則又帶來快速、靈活、方便升級等優點,另外豐富的外設接口又降低了產品的復雜程度和成本。如果進一步提高和優化算法,就能開發出更多新型的數字視頻監控產品。


而ASIC則主要是面向應用的專用SoC,可以利用目前最先進的多核技術,采用標準的總線架構,配上一定的存儲資源,以及擴展性能比較強的接口,基于上述這些優點,使得ASIC SoC芯片更能適用于視頻處理的高端應用,如海思半導體的Hi3510就是這類芯片。該款芯片是首款H.264硬件編解碼芯片,采用ARM9+DSP+硬件引擎方式,在384kbps帶寬上就能夠達到VCD的圖像效果,而在1Mbps帶寬上則能夠達到接近DVD的效果。此類芯片的例子還有臺灣地區Vweb公司的VW2000系列芯片等。

這類ASIC器件在設計時的約束較少,還可特別對視頻編解碼、數字加密、分辨率動態調節乃至各種遠程控制接口方面進行專門優化,從而解決了網絡監控中圖像處理和復雜的控制和接口方面的約束瓶頸。

就上述這兩大類處理技術實現方式來說,它們有著各自的生存空間,都將圍繞合適的應用并行發展。

3. 網絡視頻服務器將是數字存儲技術的發展方向

進入數字時代以來,數字存儲技術高速發展,數字硬盤錄像機(DVR)使數字存儲的優點得到充分的體現,近幾年來得到了廣泛的應用。

DVR的核心功能就是解壓縮,其方式分為硬解壓、軟解壓以及硬件和軟件相結合三大類。其中軟解壓成本相對較低,但因軟件的實現是基于普通電腦和軟件,而且過于占用計算機的系統資源,從而影響圖像處理能力,而且可靠性相對也較差;而另一方面,應用卻對圖像質量要求越來越高,且隨著遠程傳輸的需求的增加,壓縮比較高的MPEG4會越來越流行,因而利用專用芯片的嵌入式硬件解壓縮將成為DVR的主流。在這種架構中,將音視頻采集、解壓縮、解碼顯示功能全部集成進一個SoC芯片,再利用總線結構,將多路碼流直接分傳給顯卡,IDE總線進行圖像顯示和存儲,系統CPU只起到控制和分配作用,剩余的大量資源可以用于豐富的圖像處理。這種架構的典型代表就是TI的達芬奇和NXP的Nexperia。

不過,由于“平安城市”中的安全監控網絡的規模很大,各子網絡間信息的互聯互通非常重要,這就必然要考慮數據的傳輸問題。基于這一點,這種目標為本地化監控的完全硬件解壓方案就存在一定的局限了。因為這種方案強調的是解壓速度、圖像處理能力和大容量存儲。而在“平安城市”這類大型網絡中,監控系統的前端站點很多,必須采用多機的層疊,還有內外網之間的訪問問題,都使得進行遠程監控時的控制變得非常復雜,從而使得基于嵌入式的硬件解壓方式力不從心。

當然,集成度更高的超大容量和超多路數的DVR可以緩解這一問題,但實現起來是不現實的。所以,一個新的解決方案就是網絡視頻服務器方案。在這種方案中,存儲采用計算機領域的通用存儲技術。該方案瞄準網絡視頻應用,采用適于網絡傳輸的流媒體技術,將成為今后的“平安城市”監控方案的一個發展方向。希圖科技的侯育林對此表示認同,他介紹說:“視頻服務器和網絡攝像機在實現遠程監控時確有一定優勢,但在規模應用之前,還有不少的問題需要解決,比如實時性差、延遲過大、畫面不流暢等。”

DVR的另一個發展趨勢是多接口技術。今后DVR所集成的接口將從傳統的485和232擴展到1394、USB和以太網等。此外,越來越高的搜索和回放速度比也是一個發展趨勢。當然,支持越來越大的硬盤存儲容量是DVR始終追求的一個目標。

無線技術將成為遠程網絡傳輸的一項新選擇

對于“平安城市”的監控網絡來說,實現各城市信息的互聯互通,或者各級網絡信息的逐級上傳都是至關重要的,這是傳統的安防監控網絡所遇到的新問題。實際上,即便是同一城市,也存在不同的監控網絡的融合問題,網間傳輸也是不可回避的問題。目前各網中采用的方法不盡相同,有同軸、光纖,也有通過無線方式來實現的。

對于通過電纜和光纖組成的專網,從子網內部來說,具有穩定可靠且安全性高等優點,但是無論是建網還是維護成本都過高,況且也只能局限在子網內。由于“平安城市”的監控網絡是超大規模的網絡,只能采用分布式方案,故從各方面來看,利用現有的公用數據網絡,應該是“平安城市”監控網的較好選擇。

比較可行的方式不外乎兩種:一種是在數據采集前端直接用集成芯片將采集的數據接入現有網絡,另一種則是在監控前端數據采集中心與監控中心之間采用傳統的公用數據網絡。對于前者來說,歐洲的一些機場等重點區域已經有應用,而且有不少公司提供相關的產品,如西門子的GSM收發器模塊,Microlinear 公司的ML2700系列900MHz FSK收發器模塊,還有NXP公司的射頻模塊,AnyDATA公司的CDMA接入模塊,以及其他一些公司的CDPD接入方式等。

上述器件將前端采集的數據直接通過無線協議送入無線網絡中,但這種方式的不足是要求較好的軟件實現高壓縮比。另外還有一些網口模塊直接將數據接入以太網,但這種接入方式,具有延遲過大,畫面不流暢等不足。

所以,就目前的情況來看,更好的方式可能還是利用無線網絡。所選擇的網絡有許多,比如GSM、GPRS、CDMA、CDPD、3G等。當然,隨著以太網帶寬的提升,在許多地區走IP方式也有不小的市場。實際上,對于大型網絡而言,速率是很重要的,故GSM和GPRS不太能夠擔當起“平安城市”監控網數據傳輸的重任,相對來講CDMA和CDPD在速率和安全性方面具有一些優勢,但隨著3G網絡的部署和演進,短期內可能成為最佳的傳輸平臺,但長期來看,隨著全國監控網絡的擴大,3G可能都難當重任,未來恐怕還得依賴4G技術。

實際上,不同的傳輸技術都各有優缺點,具體的應用有時還受市場因素的影響。

管理平臺將向多功能、高安全方向演進

對于目前傳統的監控網絡來說,軟件的重要性得不到真正的體現,基本上都停留在簡單的圖像存儲、調用、簡單的網絡傳輸和很簡單的云臺控制這個層次。這有可能是由于規模偏小的緣故所致。但在“平安城市”這類超大型的監控網絡里邊,軟件將處于核心的地位。

由于這種超大型網絡,無疑是分布式方案,故基本上可以說軟件的重要性隨著網絡規模和所分層次的增加而增加。在這些軟件中,將包含如下三類大的功能:

1. 體現發展趨勢的網絡功能

通過網絡來實現各層之間的信息共享,中心服務器軟件作為控制中心,通過各層服務器的軟件,將以下的各層構件成一個有機整體,真正實現整個監控網絡的一體化,做到全網聯動。

2. 越來越強的控制功能

網絡的大型化決定了控制軟件的發展趨勢之一就是越來越強的控制功能,包括強大的硬盤管理功能,為了提高硬盤利用率和存取速度的存儲區的分組管理技術;高效率回放的定點和定時的信息重放技術;形成立體式、全方位報警響應的電子地圖顯示、聲音、云臺、矩陣、抓圖、網絡等多種聯動功能。

3. 越來越強的用戶和安全管理功能

作為超大型監控網絡,無論是信息本身還是安全技術,都是至關重要的。各式各樣的安全設備需要整合,告警及安全需要合理分級,各級管理權限需要認證,各類事件需要合理分級與整合,還有常規網絡面臨的各種外部非法入侵等。

4. 更高的信號處理功能

在新興的軟件中,植入更多的信號處理功能也將成為監控軟件的一個發展趨勢。因為社會資源的分散性和技術時間跨度較大必然造成數據格式的混亂,如果在軟件中植入文件格式轉換功能,就可以將不同格式的數據轉換成某種標準格式,這在整合社會資源和公安資源時就能體現出相當的優勢。

作者:王金山

 
 

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