鄭小龍

摘要：本文立足于回顧數(shù)字監(jiān)控歷史，分析其發(fā)展過程中出現(xiàn)的問題，展望其更加廣闊的未來前景。希望通過這樣的分享，能夠使業(yè)界人士對于以數(shù)字監(jiān)控為主導(dǎo)的安防系統(tǒng)的發(fā)展方向有所把握。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/146815.htm

關(guān)鍵詞：安防；數(shù)字；通用處理器；視頻編解碼

“云來物往”之前世今生

縱觀數(shù)字視頻監(jiān)控的技術(shù)演進(jìn)階段，如圖1所示，按照時(shí)間和特性的推進(jìn)而上升。我們可以看到不同階段的產(chǎn)品和系統(tǒng)各有其局限和特性，并從低向高不斷演進(jìn)，最終在云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)了大融合。

最早的視頻監(jiān)控就是閉路電視，可以觀察和跟蹤現(xiàn)場的任何活動，但是直到有錄像設(shè)備（VCR）才有真正意義的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。因?yàn)椴杉曨l進(jìn)行存儲以便追溯才是監(jiān)控的實(shí)質(zhì)，沒有VCR的電視無異于一套電子鏡子。這種系統(tǒng)可稱為模擬CCTV，曾經(jīng)存在了相當(dāng)長的時(shí)期，但由于屬于封閉系統(tǒng)，即使可通過視頻矩陣設(shè)備支持多通道，但范圍非常有限，因此離網(wǎng)絡(luò)化還相去甚遠(yuǎn)，更何況成本過于昂貴。所有這些不足使得人們有所期待，對數(shù)字技術(shù)寄予了更多的期望。

數(shù)字監(jiān)控隨著數(shù)字時(shí)代的到來已全面展開，然而視頻監(jiān)控的數(shù)字化卻沒有如門禁、消防、遙測等其它安防設(shè)備那么迅速，直到硬盤錄像機(jī)（DVR）的出現(xiàn)。DVR首先是解決了對模擬攝像機(jī)視頻信號的數(shù)字化壓縮，并以數(shù)據(jù)格式存儲在硬盤上。這種數(shù)字系統(tǒng)可稱為CCTV+DVR，最初的DVR產(chǎn)品形態(tài)為在PC機(jī)上插視頻壓縮卡，后來的嵌入式DVR產(chǎn)品為以視頻壓縮處理器和主處理器CPU一體化設(shè)備。無論哪種DVR都可支持系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，并且單臺就可支持多個(gè)數(shù)字視頻通道，于是系統(tǒng)成本也大大降低。值得一提的是，在數(shù)字視頻產(chǎn)品推出之初，圖像質(zhì)量還是強(qiáng)差人意的MPEGl壓縮格式，分辨率僅為CIF，即VCD式的水平，所以難以取代模擬CCTV。之后也有基于MPEG2的產(chǎn)品可達(dá)到D1，即DVD式的水平，但所需要存儲的數(shù)據(jù)量太大，若進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸則需太大帶寬，所以難以普及。

數(shù)字視頻技術(shù)的提升為DVR的發(fā)展開辟了道路，這就是MPEG4壓縮技術(shù)的興起，以及H.264壓縮技術(shù)后來居上。而促成這一進(jìn)程的重要因素就是通用媒體處理器的出現(xiàn)，其中的佼佼者是TI公司的DM系列平臺。由于數(shù)字視頻壓縮需要很大的計(jì)算量，所以需要采用嵌入式的高速處理器。由于廣電的需要，MPEGl和MPEG2都有專用芯片，只是解碼因需求大相對便宜，而編碼則較為昂貴。之后面向MPEG4開始有一些專用芯片問世，但由于當(dāng)時(shí)的數(shù)字視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)還在不斷完善，而對于監(jiān)控和有些特殊要求，所以高集成度的通用媒體處理器就應(yīng)運(yùn)而生。DM642是第一顆集成多個(gè)視頻接口的通用DSP，為許多中國企業(yè)趕超國際水平鋪平了道路，實(shí)現(xiàn)了由MPEG4到H.264技術(shù)的飛躍，特別是具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的AVS也因之得到發(fā)展，從而使中國在高級數(shù)字視頻編解碼技術(shù)上有了話語權(quán)。

TI憑借DM642和隨后推出的達(dá)芬奇（Davinci）系列媒體處理器，在數(shù)字視頻監(jiān)控的各個(gè)階段扮演了重要角色。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和深入人心，網(wǎng)絡(luò)化成了數(shù)字監(jiān)控的趨勢，監(jiān)控系統(tǒng)需要支持網(wǎng)絡(luò)存儲，并且對于網(wǎng)絡(luò)能力有了更高的要求，同時(shí)每通道成本要處于較低的水平，于是混合IP和CCTV的系統(tǒng)開始成為主流。隨著網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)技術(shù)日趨成熟，并且以SoC單片媒體處理器系統(tǒng)為主力的DM6446和DM36x平臺促進(jìn)了100%基于IP的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)IPNC的廣泛應(yīng)用，通過軟件密集度的提高，視頻可智能化的實(shí)現(xiàn)，通道成本再降低，以及采用網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)低供電等低功耗方式。至此，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上由集中式過渡到分布式，這就使得專用的產(chǎn)品形態(tài)成為通用的產(chǎn)品形態(tài)。如果說，從前監(jiān)控是獨(dú)立的一朵朵“云”，所能采集的場景“物”的信息較為有限。那么通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)可以連成一大片“云”，而IPNC可以部署到各個(gè)角落而使“物”的信息隨時(shí)隨地被傳輸出去，這無形中就成為了一個(gè)籠罩一起的大網(wǎng)，也就帶來了不少新的課題。

當(dāng)更多的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控信息通過網(wǎng)絡(luò)連接，首先出現(xiàn)的就是網(wǎng)絡(luò)安全性問題，畢竟監(jiān)控涉及到私密和隱私：其次就是視頻影響存儲和管理，否則監(jiān)控信息也不能發(fā)揮應(yīng)有的作用；第三需要提高智能視頻的實(shí)用性，否則更多的人為干預(yù)不利于提高監(jiān)控效率。似乎是不經(jīng)意間，卻也是必然趨向，數(shù)字視頻監(jiān)控向上與云計(jì)算的視頻網(wǎng)絡(luò)這巨型的“云”走向融合，可謂“頂天”；向下與視頻物聯(lián)網(wǎng)終端結(jié)合實(shí)現(xiàn)“物”的可視化，可謂“立地”。視頻監(jiān)控在海量云存儲、智能規(guī)模化、終端微型化方面、物物可視化、超低功耗化可以越走越遠(yuǎn)，從而全面改變數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的理念，進(jìn)而改變整個(gè)安防產(chǎn)業(yè)的格局。

“云遮物繞”之峰回路轉(zhuǎn)

進(jìn)入21世紀(jì)，當(dāng)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化成為安防行業(yè)主流，數(shù)字視頻監(jiān)控作為其中的龍頭行業(yè)帶動著新的潮流。然而隨著眾多從業(yè)廠商的參與，市場的競爭也日漸激烈，數(shù)字視頻監(jiān)控也逐漸成為大批量生產(chǎn)的商品。DVR和IPNC產(chǎn)品作為兩種最重要的數(shù)字視頻監(jiān)控終端產(chǎn)品，需求量劇增，而競爭卻激化，特別是對于低端產(chǎn)品已顯現(xiàn)出“紅?！臂E象。于是，業(yè)界人士驚呼，數(shù)字監(jiān)控已經(jīng)過早地步入了“微利”時(shí)代，其前景難免“云遮霧繞”而堪優(yōu)。然而，實(shí)際情況又是如何呢？不妨著眼于基本的數(shù)字安防系統(tǒng)的產(chǎn)品形態(tài)組成，如圖2所示，系統(tǒng)地分析眾多形態(tài)的安防產(chǎn)品是如何被納入數(shù)字安防體系中，而該體系又需要如何演進(jìn)。

在數(shù)字安防系統(tǒng)中核心是視頻管理系統(tǒng)，DVR和IPNC是其中的通用編解碼產(chǎn)品，還有專用的終端編碼器產(chǎn)品。另外還有其它傳感器，實(shí)現(xiàn)接入控制、RFID、生物識別、建筑物控制、POS終端數(shù)據(jù)等。為了應(yīng)急通信的需要，還有響應(yīng)端以配合便攜式電腦和手機(jī)，或警用PDA。為支持多種視頻采集系統(tǒng)保存，數(shù)字存儲單元尤為重要，用以紀(jì)錄視頻數(shù)據(jù)和其它傳感數(shù)據(jù)或事物數(shù)據(jù)。

在這樣的系統(tǒng)中有幾個(gè)問題值得思索。其一，就是產(chǎn)品的特色化問題。這就需要探討一下技術(shù)平臺。上一部分曾經(jīng)提到通用媒體處理器在數(shù)字視頻監(jiān)控創(chuàng)新中起到了決定性的作用，那么在產(chǎn)品形態(tài)趨于成熟和固定的情況下，是否該是專用芯片ASIC稱霸的時(shí)候呢？任何事物都有兩個(gè)方面，ASIC對降低市場準(zhǔn)入門檻功不可沒，但由此帶來的產(chǎn)品同質(zhì)化問題實(shí)在無可奈何。其實(shí)，用于視頻監(jiān)控的ASIC也都是SOC結(jié)構(gòu)，主控集成有通用CPU，而視頻編解碼采用硬件實(shí)現(xiàn)，這就限制了其適應(yīng)性和靈活性。在這方面，TI等公司堅(jiān)持發(fā)展通用媒體處理器平臺。

Davinci作為TI的第一個(gè)通用SOC媒體處理器平臺已經(jīng)從DM6446標(biāo)清，經(jīng)過了DM6467高清，再發(fā)展到DM8168多通道高清，其中DM64x系列均集成有ARM9和C64+定點(diǎn)DSP核心。DM81x系列是高集成度通用媒體處理器的一個(gè)高峰，單片集成有Cortex A8和c674x浮點(diǎn)和定點(diǎn)兼容DSP核心，還有高性能高清視頻接口和PCIe、SATA等高速外圍接口。從DM6467開始，視頻編解碼就通過集成的視頻加速器來實(shí)現(xiàn)，這是一個(gè)軟核，可以通過軟件升級來不斷優(yōu)化性能。能夠同時(shí)支持并多種視頻格式，如H，264、MPEG4、MPEG2、VCI。對于已開始實(shí)施的SVAC視頻壓縮國家標(biāo)準(zhǔn)的支持，也是TI平臺強(qiáng)大兼容性的表現(xiàn)。

再來探討一下數(shù)字視頻監(jiān)控新的增值點(diǎn)。視頻壓縮曾經(jīng)具有技術(shù)含量，但現(xiàn)在卻要讓位于智能視頻分析。智能視頻分析算法很容易在PC機(jī)機(jī)上實(shí)現(xiàn)，不過落實(shí)到實(shí)用還是需要高性能嵌入式處理器，而這又是非高速DSP莫屬的。智能視頻將所包含的范圍非常廣泛，并且通過與視頻壓縮有機(jī)地結(jié)合，可以使得數(shù)字安防系統(tǒng)更強(qiáng)大、更靈活，同時(shí)具有更高的效率。例如，在探討視頻監(jiān)控分辨率和傳輸帶寬的矛盾時(shí)，智能視頻分析可以發(fā)揮很大的作用。往往在所監(jiān)視畫面沒有太大異常時(shí)，保持標(biāo)清的傳輸即可，而一旦有突發(fā)事件發(fā)生，則需要有高清，甚至于超高清的視頻或影像畫面。智能視頻內(nèi)容分析就可以對監(jiān)控影像進(jìn)行實(shí)時(shí)評估，并適時(shí)地進(jìn)行自適應(yīng)處理，并在特別狀況下迅速反應(yīng)并及時(shí)響應(yīng)，這才能夠?qū)崿F(xiàn)真正的智能監(jiān)控應(yīng)用。其它可以聯(lián)想的應(yīng)用還有許多，像目標(biāo)的識別和跟蹤，可以通過不同攝像機(jī)，跨越不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這就需要各個(gè)IPNC都具有智能功能，能夠?qū)崟r(shí)交互，以有線網(wǎng)絡(luò)為骨干，無線網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋，這在反恐和維穩(wěn)中都意義重大。

在智能安防系統(tǒng)中，DSP無處不在，不僅有集成在SOC中的核心，還有超低功耗和低成本的DSP，也可以有超高性能的多核的DSP。視頻監(jiān)控的延伸還有紅外遙測的應(yīng)用，目前紅外傳感器開發(fā)和實(shí)用化和降成本上也有國內(nèi)企業(yè)捷足先登，這也為DSP的處理提供了更大的空間。除了視頻應(yīng)用，DSP對于音頻和語音的監(jiān)控也大有可為，與視頻應(yīng)用互動可以盡可能達(dá)到萬無一失。DSP與各種傳感器的緊密結(jié)合，在很大程度上便成為物聯(lián)網(wǎng)末梢最敏感的神經(jīng)末梢系統(tǒng)，腳踏實(shí)地托起安防一片天。

由此可見，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)方興未艾，數(shù)字安防企業(yè)應(yīng)當(dāng)避開迷霧而樹立“凌云”之志?！帮L(fēng)物長宜放眼量”，居高臨下，圍繞物聯(lián)網(wǎng)將別有無限的風(fēng)光。

“云展物華”之柳暗花明

未來的數(shù)字監(jiān)控發(fā)展的必由之路一定是“藍(lán)?！甭肪€，盡管市場的大海總是要有“潮起潮落”。數(shù)字視頻監(jiān)控融人物聯(lián)網(wǎng)價(jià)值體系，如圖3所示，將看到在一片“云展云舒”之下，物聯(lián)網(wǎng)所涵蓋的萬千世界，無不呈現(xiàn)“天華物寶”之姿。從一個(gè)新的角度來看安防，確實(shí)是別有洞天，這里看到的不再是單一的產(chǎn)品和設(shè)備，而是完備的價(jià)值體系。

從應(yīng)用和服務(wù)的領(lǐng)域來看，數(shù)字監(jiān)控可以針對智能電網(wǎng)、工業(yè)自動化、醫(yī)療電子、智能農(nóng)業(yè)、公共安全、智能交通、智能環(huán)境、智能物流和智能建筑等，這都屬于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層。面向這些應(yīng)用，需要構(gòu)建一個(gè)普適計(jì)算（Ubiquitous）的WEB網(wǎng)頁服務(wù)平臺，這就要依托于云計(jì)算平臺。這屬于物聯(lián)網(wǎng)的平臺層，這里具有云計(jì)算所需超級計(jì)算數(shù)據(jù)中心，還囊括了與云計(jì)算有關(guān)的所有要素，其中包括云存儲、中間件平臺、互聯(lián)網(wǎng)管理、傳感器協(xié)調(diào)、標(biāo)簽分類等。與之相關(guān)的是下一代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（NGN）和下一代IP協(xié)議（IPv6）網(wǎng)絡(luò)。作為普適計(jì)算接入的有機(jī)部分，多種接入方法，包括無線寬帶網(wǎng)絡(luò)（WLAN/WiMax）、常規(guī)有線網(wǎng)絡(luò)（LAN/PSTN/Cable）、LTE網(wǎng)絡(luò)、G/C網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)等，這就是物聯(lián)網(wǎng)的傳輸層。傳感器網(wǎng)絡(luò)所涉及的面是直接與各個(gè)目標(biāo)物體相關(guān)的，需要大量的傳感器網(wǎng)關(guān)和更多數(shù)量的傳感器節(jié)點(diǎn)，這都屬于物聯(lián)網(wǎng)的傳感層。

數(shù)字視頻監(jiān)控便是其中一個(gè)組成部分，攝像機(jī)也不過是一個(gè)視頻傳感器。安防不可避免地遠(yuǎn)離了傳統(tǒng)的純硬件時(shí)代，高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化在大集成的大環(huán)境下不斷融合各種新技術(shù)，項(xiàng)目規(guī)劃和建設(shè)的規(guī)模越來越龐大，一個(gè)安防大數(shù)據(jù)的時(shí)代將由此到來。實(shí)施大數(shù)據(jù)技術(shù)既需要從大項(xiàng)目著眼，也需要從小項(xiàng)目著手。風(fēng)風(fēng)火火的智慧城市項(xiàng)目可謂大，其重要組成部分就是視頻監(jiān)控應(yīng)用，其覆蓋范圍極其廣闊而業(yè)務(wù)異常復(fù)雜，系統(tǒng)僅視頻接入數(shù)量數(shù)以成千上萬計(jì)，更有甚者可達(dá)幾十萬，力圖包涵城市各個(gè)區(qū)域的方方面面的事務(wù)。這些海量數(shù)據(jù)的采集更是五花八門，需要分門別類通過智能化處理來完成內(nèi)容提取和信息整理才能有價(jià)值，以便適應(yīng)警務(wù)、治安、公交、運(yùn)輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)對最有效業(yè)務(wù)的需求，協(xié)助正確地進(jìn)行判斷、決策、相應(yīng)和管理。林林總總的商業(yè)小企業(yè)和家庭用戶（SOHO）對數(shù)字視頻監(jiān)控的需求量也非常巨大，借助于云服務(wù)的手段整合起來的連鎖超市、零售商鋪及各種商務(wù)網(wǎng)點(diǎn)將不可勝數(shù)。基于互聯(lián)網(wǎng)的平臺，實(shí)現(xiàn)基于視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析，建立潛在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制不僅可行而且必要。與智慧城市相比其規(guī)?？峙掠羞^之而無不及，特別是更龐雜海量數(shù)據(jù)的采集、分析、存儲及檢索的難度非采用普適計(jì)算方法不可。當(dāng)然，真正的大數(shù)據(jù)時(shí)代來臨一定伴隨著以數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)挖掘、信息公開為標(biāo)志的新型數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)的發(fā)展。所以，數(shù)字安防的未來在于系統(tǒng)地不斷擴(kuò)展“云”的云計(jì)算和不斷延伸“物”的物聯(lián)網(wǎng)的緊密結(jié)合和持之以恒的進(jìn)取。

那么，是不是相關(guān)企業(yè)都已做好準(zhǔn)備了呢？其實(shí)，早在數(shù)字視頻監(jiān)控高歌猛進(jìn)之際，國內(nèi)的運(yùn)營商們已經(jīng)做了不少基礎(chǔ)工作，并積極跟進(jìn)最新視頻監(jiān)控產(chǎn)品的技術(shù)成果。構(gòu)建在物聯(lián)網(wǎng)的平臺層和傳輸層上的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)建成并不斷擴(kuò)展，越來越多的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)將匯入強(qiáng)大的公共網(wǎng)絡(luò)，從而納入“視頻云”的體系。因此，對于眾多的安防系統(tǒng)集成商，將在新的體系下更加得心應(yīng)手地專注于行業(yè)細(xì)化應(yīng)用的開發(fā)，而不必在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建上消耗更多的精力。在不同的智能視頻應(yīng)用中，其實(shí)需求也是不盡相同的，而以往的視頻監(jiān)控產(chǎn)品總是希冀以不變應(yīng)萬變，然而這種模式也到了需要改變的時(shí)候了。

對于視頻監(jiān)控制造廠商，過去憑一種或一類產(chǎn)品“包打天下”的想法和做法也要調(diào)整了。再有就是在開發(fā)思想上的兩種傾向也要驚醒，其一，不妨歸為“左傾”，就是一切都要自己來；其二，不妨歸為“右傾”，就是只要交鑰匙方案的“拿來主義”。這兩種方式可能適用于過去，但面對未來的市場將面臨困境?！白髢A”將無益于集中資源于特色化應(yīng)用的開發(fā)，“右傾”將無法通過特色化產(chǎn)品增值以取得市場主動。“中間路線”是可取的，那就是在芯片廠商的支持下，通過與具有專長設(shè)計(jì)公司合作，在成熟的器件和堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)方案之上，有效地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，并使之最大程度地適于目標(biāo)應(yīng)用。

在當(dāng)前的高性能通用處理器中，客戶面臨的選擇其實(shí)并不多，但由此而對整個(gè)研發(fā)思想和體系的影響卻不小。如果選擇專用的ASIC，那么將極大地限制了產(chǎn)品的靈活性和拓展性，盡管一些大量消費(fèi)類平臺也標(biāo)榜為多個(gè)高速CPU核心和高清視頻解碼能力，當(dāng)對于數(shù)字視頻監(jiān)控多制式編解碼智能化需求相去甚遠(yuǎn)。如果選擇最通用的CPU，或干脆采用PC機(jī)和服務(wù)器，那么開發(fā)各種視頻智能軟件不在話下，但實(shí)用和功耗上就是個(gè)大問題，即便是采用所謂“嵌入式”的通用高性能CPU，其主板的小型化也非易事，從來也沒有成為數(shù)字視頻監(jiān)控的主流。如果選擇硬件可編程的FPGA，固然有了較強(qiáng)的靈活性，但在功耗上并沒有實(shí)質(zhì)性的改善，而且在其產(chǎn)品升級和開發(fā)手段上，數(shù)字視頻監(jiān)控的問題并沒有得到過很好解決。如果選擇軟件可編程的DSP，那么無論是選擇空間和發(fā)展方向都具有廣闊的天地。

最后談?wù)撘幌耇I一個(gè)為業(yè)界廣泛接受、可服務(wù)于更多物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的DSP平臺，這就是OMAPLl3x和C674x。或許這里有個(gè)困惑，編號差異如此大的兩個(gè)DSP是什么關(guān)系？答案很簡單，二者管腳兼容，屬于同一個(gè)架構(gòu)。

C674x是一個(gè)浮點(diǎn)DSP，而OMAPL13x則集成了一個(gè)ARM9，這就為客戶提供了更多的選擇性，可用一種設(shè)計(jì)支持不同產(chǎn)品。其應(yīng)用具有很大的跨度，如數(shù)字對講機(jī)、自動驗(yàn)鈔機(jī)、數(shù)字新音頻處理、電力保護(hù)設(shè)備、微型通信基站等等。還在虹膜識別應(yīng)用中嶄露頭角，如N4為TI第三方Iritech基于單片C6748或OMAPL138虹膜識別模塊，其中前者支持USB和UART接口，而后者支持IP網(wǎng)絡(luò)。