隨著中國各級政府構(gòu)建“和諧社會”及“平安城市”戰(zhàn)略的實(shí)施,監(jiān)控技術(shù)將得到有效地推動,獲得質(zhì)的提升。例如,站在中國信息技術(shù)前沿的深圳市將部署以30萬部攝像機(jī)構(gòu)成的安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),其覆蓋面包括主要街道、主要辦公場所、展覽場所、網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)建成后,再將原有的銀行、海關(guān)、乃至各小區(qū)的自由監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)納進(jìn)來,將形成一個幾乎覆蓋全城各個主要公共區(qū)域的“天羅地網(wǎng)”。而南中國最大的城市廣州,網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模可能是深圳的一倍。還有即將舉辦舉世矚目的奧運(yùn)會和世博會的北京和上海,這些一線城市對安全監(jiān)控的需求也非常可觀。

對于上述大型的城市監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)來說,原有的第一、二代技術(shù)已經(jīng)明顯不能滿足應(yīng)用,從而呼喚第三代監(jiān)控技術(shù)的到來(各代監(jiān)控技術(shù)的主要特征見表1)。

前端數(shù)據(jù)采集中心的發(fā)展趨勢

毋庸置疑,前端數(shù)據(jù)采集是整個遠(yuǎn)程安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的最重要部分,它將負(fù)責(zé)場景原始信息的采集和處理。該部分所涵蓋的主要技術(shù)大部分與攝像和錄像有關(guān)。

1. 攝像技術(shù)將向著大動態(tài)和低照度方向發(fā)展

攝像機(jī)是信息采集的執(zhí)行者,在監(jiān)控系統(tǒng)中起著關(guān)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(guī)的安防監(jiān)控系統(tǒng)來說,不言而喻,研發(fā)的重點(diǎn)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(diǎn)小和分辨率高等優(yōu)點(diǎn),但與此同時,也具有功耗大、成本高和電路復(fù)雜的缺點(diǎn)。而CMOS的耗電量僅為CCD傳感器的1/10左右,況且由于CMOS技術(shù)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(fù)雜度,并減小了體積。正因如此,目前CMOS傳感技術(shù)更新速度要遠(yuǎn)快于CCD技術(shù)。

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(jīng)分別達(dá)到300萬和500萬像素,據(jù)該公司的一位行銷區(qū)域經(jīng)理認(rèn)為,CMOS與CCD兩種技術(shù)的競爭格局將繼續(xù),而500萬像素將是兩種技術(shù)的分界點(diǎn)。但一個顯而易見的趨勢是,CMOS的各項(xiàng)性能在逐步靠近CCD技術(shù)。

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

2. 兩種編解碼處理實(shí)現(xiàn)方式將各領(lǐng)風(fēng)騷

目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)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(jù)了解,日前Vweb公司已經(jīng)推出全D1分辨率的MPEG-1、2、4以及 音視頻編碼器,日本已經(jīng)將D1寫入其視頻監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。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(jīng)不是問題。但經(jīng)過冷靜分析后不難發(fā)現(xiàn),無論D1能否進(jìn)入中國的音視頻編解碼國家標(biāo)準(zhǔn),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(qiáng)工程師也持該觀點(diǎn),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(yīng)各種分辨率格式和壓縮格式,編解碼技術(shù)和芯片實(shí)現(xiàn)方式呈現(xiàn)多種多樣的特點(diǎn),但基本上可以歸結(jié)為兩大類,即DSP和ASIC。

DSP以TI公司的產(chǎn)品為代表,優(yōu)點(diǎn)是具有非常靈活的處理方式,圖形處理功能比較強(qiáng)大,但這類器件是從以前的專用信號處理架構(gòu)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(tǒng)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(diǎn)做了進(jìn)一步的優(yōu)化,從而贏得了不少訂單。最近,中國最大的監(jiān)控產(chǎn)品生產(chǎn)商海康威視已經(jīng)在其視頻硬盤錄像機(jī)以及視頻服務(wù)器等產(chǎn)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(tài)下功耗僅為113mW,而斷電模式下的功耗還不到1mW。該產(chǎn)品只需一個晶振就能支持所有標(biāo)準(zhǔn),模擬與數(shù)字電源電壓為,I/O電源電壓為。據(jù)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(shù)字媒體處理器系列產(chǎn)品,該系列是業(yè)界數(shù)字視頻與媒體應(yīng)用的主流平臺。同時,海康威視還努力向TI達(dá)芬奇技術(shù)平臺過渡。

該公司認(rèn)為,TI的一款數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)架構(gòu)的數(shù)字媒體處理器具有強(qiáng)大的數(shù)字處理能力和豐富的外設(shè)接口,非常適合于差異化要求很高的數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品。強(qiáng)大的數(shù)字信號處理能力保證軟件編程具有實(shí)現(xiàn)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(yōu)點(diǎn),另外豐富的外設(shè)接口又降低了產(chǎn)品的復(fù)雜程度和成本。如果進(jìn)一步提高和優(yōu)化算法,就能開發(fā)出更多新型的數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品。

各代監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)數(shù)特征的詳細(xì)比較

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

這類ASIC器件在設(shè)計(jì)時的約束較少,還可特別對視頻編解碼、數(shù)字加密、分辨率動態(tài)調(diào)節(jié)乃至各種遠(yuǎn)程控制接口方面進(jìn)行專門優(yōu)化,從而解決了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中圖像處理和復(fù)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(shù)實(shí)現(xiàn)方式來說,它們有著各自的生存空間,都將圍繞合適的應(yīng)用并行發(fā)展。

3. 網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器將是數(shù)字存儲技術(shù)的發(fā)展方向

進(jìn)入數(shù)字時代以來,數(shù)字存儲技術(shù)高速發(fā)展,數(shù)字硬盤錄像機(jī)(DVR)使數(shù)字存儲的優(yōu)點(diǎn)得到充分的體現(xiàn),近幾年來得到了廣泛的應(yīng)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(jié)合三大類。其中軟解壓成本相對較低,但因軟件的實(shí)現(xiàn)是基于普通電腦和軟件,而且過于占用計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)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(yīng)用卻對圖像質(zhì)量要求越來越高,且隨著遠(yuǎn)程傳輸?shù)男枨蟮脑黾?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(gòu)中,將音視頻采集、解壓縮、解碼顯示功能全部集成進(jìn)一個SoC芯片,再利用總線結(jié)構(gòu),將多路碼流直接分傳給顯卡,IDE總線進(jìn)行圖像顯示和存儲,系統(tǒng)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(gòu)的典型代表就是TI的達(dá)芬奇和NXP的Nexperia。

不過,由于“平安城市”中的安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模很大,各子網(wǎng)絡(luò)間信息的互聯(lián)互通非常重要,這就必然要考慮數(shù)據(jù)的傳輸問題。基于這一點(diǎn),這種目標(biāo)為本地化監(jiān)控的完全硬件解壓方案就存在一定的局限了。因?yàn)檫@種方案強(qiáng)調(diào)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(wǎng)絡(luò)中,監(jiān)控系統(tǒng)的前端站點(diǎn)很多,必須采用多機(jī)的層疊,還有內(nèi)外網(wǎng)之間的訪問問題,都使得進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控時的控制變得非常復(fù)雜,從而使得基于嵌入式的硬件解壓方式力不從心。

當(dāng)然,集成度更高的超大容量和超多路數(shù)的DVR可以緩解這一問題,但實(shí)現(xiàn)起來是不現(xiàn)實(shí)的。所以,一個新的解決方案就是網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器方案。在這種方案中,存儲采用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的通用存儲技術(shù)。該方案瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用,采用適于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧髅襟w技術(shù),將成為今后的“平安城市”監(jiān)控方案的一個發(fā)展方向。希圖科技的侯育林對此表示認(rèn)同,他介紹說:“視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控時確有一定優(yōu)勢,但在規(guī)模應(yīng)用之前,還有不少的問題需要解決,比如實(shí)時性差、延遲過大、畫面不流暢等。”

DVR的另一個發(fā)展趨勢是多接口技術(shù)。今后DVR所集成的接口將從傳統(tǒng)的485和232擴(kuò)展到1394、USB和以太網(wǎng)等。此外,越來越高的搜索和回放速度比也是一個發(fā)展趨勢。當(dāng)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(biāo)。

無線技術(shù)將成為遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊豁?xiàng)新選擇

對于“平安城市”的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)來說,實(shí)現(xiàn)各城市信息的互聯(lián)互通,或者各級網(wǎng)絡(luò)信息的逐級上傳都是至關(guān)重要的,這是傳統(tǒng)的安防監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)所遇到的新問題。實(shí)際上,即便是同一城市,也存在不同的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的融合問題,網(wǎng)間傳輸也是不可回避的問題。目前各網(wǎng)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(shí)現(xiàn)的。

對于通過電纜和光纖組成的專網(wǎng),從子網(wǎng)內(nèi)部來說,具有穩(wěn)定可靠且安全性高等優(yōu)點(diǎn),但是無論是建網(wǎng)還是維護(hù)成本都過高,況且也只能局限在子網(wǎng)內(nèi)。由于“平安城市”的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò),只能采用分布式方案,故從各方面來看,利用現(xiàn)有的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),應(yīng)該是“平安城市”監(jiān)控網(wǎng)的較好選擇。

比較可行的方式不外乎兩種:一種是在數(shù)據(jù)采集前端直接用集成芯片將采集的數(shù)據(jù)接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò),另一種則是在監(jiān)控前端數(shù)據(jù)采集中心與監(jiān)控中心之間采用傳統(tǒng)的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。對于前者來說,歐洲的一些機(jī)場等重點(diǎn)區(qū)域已經(jīng)有應(yīng)用,而且有不少公司提供相關(guān)的產(chǎn)品,如西門子的GSM收發(fā)器模塊,Microlinear 公司的ML2700系列900MHz FSK收發(fā)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(shù)據(jù)直接通過無線協(xié)議送入無線網(wǎng)絡(luò)中,但這種方式的不足是要求較好的軟件實(shí)現(xiàn)高壓縮比。另外還有一些網(wǎng)口模塊直接將數(shù)據(jù)接入以太網(wǎng),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(wǎng)絡(luò)。所選擇的網(wǎng)絡(luò)有許多,比如GSM、GPRS、CDMA、CDPD、3G等。當(dāng)然,隨著以太網(wǎng)帶寬的提升,在許多地區(qū)走IP方式也有不小的市場。實(shí)際上,對于大型網(wǎng)絡(luò)而言,速率是很重要的,故GSM和GPRS不太能夠擔(dān)當(dāng)起“平安城市”監(jiān)控網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹厝?相對來講CDMA和CDPD在速率和安全性方面具有一些優(yōu)勢,但隨著3G網(wǎng)絡(luò)的部署和演進(jìn),短期內(nèi)可能成為最佳的傳輸平臺,但長期來看,隨著全國監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大,3G可能都難當(dāng)重任,未來恐怕還得依賴4G技術(shù)。

實(shí)際上,不同的傳輸技術(shù)都各有優(yōu)缺點(diǎn),具體的應(yīng)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(jìn)

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

由于這種超大型網(wǎng)絡(luò),無疑是分布式方案,故基本上可以說軟件的重要性隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)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(xiàn)發(fā)展趨勢的網(wǎng)絡(luò)功能

通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)各層之間的信息共享,中心服務(wù)器軟件作為控制中心,通過各層服務(wù)器的軟件,將以下的各層構(gòu)件成一個有機(jī)整體,真正實(shí)現(xiàn)整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的一體化,做到全網(wǎng)聯(lián)動。

2. 越來越強(qiáng)的控制功能

網(wǎng)絡(luò)的大型化決定了控制軟件的發(fā)展趨勢之一就是越來越強(qiáng)的控制功能,包括強(qiáng)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(qū)的分組管理技術(shù)；高效率回放的定點(diǎn)和定時的信息重放技術(shù)；形成立體式、全方位報(bào)警響應(yīng)的電子地圖顯示、聲音、云臺、矩陣、抓圖、網(wǎng)絡(luò)等多種聯(lián)動功能。

3. 越來越強(qiáng)的用戶和安全管理功能

作為超大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),無論是信息本身還是安全技術(shù),都是至關(guān)重要的。各式各樣的安全設(shè)備需要整合,告警及安全需要合理分級,各級管理權(quán)限需要認(rèn)證,各類事件需要合理分級與整合,還有常規(guī)網(wǎng)絡(luò)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(jiān)控軟件的一個發(fā)展趨勢。因?yàn)樯鐣Y源的分散性和技術(shù)時間跨度較大必然造成數(shù)據(jù)格式的混亂,如果在軟件中植入文件格式轉(zhuǎn)換功能,就可以將不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種標(biāo)準(zhǔn)格式,這在整合社會資源和公安資源時就能體現(xiàn)出相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。

作者:王金山