成就視頻監(jiān)控的模擬與數(shù)字技術(shù)

趙娟 2011/07/19

圖:Intersil公司視頻產(chǎn)品全球營銷總裁馬大倫

　　 此外，科勝訊、美信、升邁和Nextchip等公司也積極的推出了相關(guān)的多通道解碼器產(chǎn)品，通過集成高位ADC、濾波器、多種業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)接口推動(dòng)了這一轉(zhuǎn)換趨勢(shì)。

　　前端攝像頭的傳感器廠商、視頻IP廠商與FPGA廠商合作，通過在FPGA中實(shí)現(xiàn)的傳感器處理設(shè)計(jì)，包括全I(xiàn)SP，完成自動(dòng)曝光、自動(dòng)增益和自動(dòng)白平衡功能等，能夠快速實(shí)現(xiàn)高清寬動(dòng)態(tài)范圍(WDR)CMOS圖像傳感器處理解決方案。例如，Altera的Cyclone FPGA搭配Apical的IP實(shí)現(xiàn)的MT9M033高清晰WDR CMOS圖像傳感器；萊迪思半導(dǎo)體公司支持使用LatticeXP2 FPGA的Aptina的高速串行像素接口(HiSPi)，該參考設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了任意帶有傳統(tǒng)CMOS并行總線的圖像信號(hào)處理器(ISP)與Aptina HiSPi CMOS傳感器的連接。

　　“很多廠商的視頻監(jiān)控產(chǎn)品是面向全球市場(chǎng)的，而市場(chǎng)的需求是不一樣的。這就需要開發(fā)不同傳感器的系統(tǒng)，”賽靈思公司亞太區(qū)市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)張宇清指出，“而搭配Spartan-6 FPGA與賽靈思公司的前端ISP(iPipe IP)的優(yōu)勢(shì)就在于可針對(duì)不同傳感器和應(yīng)用提供針對(duì)性的功能，滿足差異化要求，提高設(shè)計(jì)靈活性。目前中國已有很多廠商采用FPGA為前端的ISP來搭配傳感器作為方案。”

圖： 賽靈思公司亞太區(qū)市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)張宇清

　　“橫向市場(chǎng)的硬件廠商與縱向市場(chǎng)的應(yīng)用專家合作模式在技術(shù)行業(yè)非常普遍。人們只要看看IBM個(gè)人電腦和微軟視窗就可以此類推。PC硬件和專門軟件之間存在著進(jìn)一步的合作，例如Adobe和Autodesk�！比R迪思半導(dǎo)體公司企業(yè)營銷副總裁及幕僚長Douglas Hunter指出：“在FPGA行業(yè)，F(xiàn)PGA供應(yīng)商與縱向市場(chǎng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)供應(yīng)商之間的合作在有線和無線通信等市場(chǎng)已經(jīng)非常常見。萊迪思攝像機(jī)解決方案就將這個(gè)概念擴(kuò)展到攝相機(jī)市場(chǎng)。這種模式極大地有利于客戶，因?yàn)樗麄兪莾扇�其美的：高度�?yōu)化的FPGA架構(gòu)適合他們的市場(chǎng)，最好的IP適用于縱向市場(chǎng)。我們的觀點(diǎn)是，這就是持久的合作模式�！�

圖：萊迪思半導(dǎo)體公司企業(yè)營銷副總裁及幕僚長Douglas Hunter

　　另一方面，通用媒體處理器的廠商也試圖更好的將視頻前端集成到處理器中，宣稱這樣既可以增加集成度，降低成本，同時(shí)對(duì)于提升系統(tǒng)性能也有可靠的保證�！霸赥I新的體系結(jié)構(gòu)中，以增強(qiáng)型ISP為核心的前端模塊有專門的M3微處理器控制，而高達(dá)1GHz的Cortex A8主處理器在必要時(shí)則可以分擔(dān)前端視頻的處理能力�！盩I公司通用DSP業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理鄭小龍表示。

圖：TI公司通用DSP業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理鄭小龍

　　智能視頻分析的發(fā)展障礙

　　盡管目前智能視頻分析已經(jīng)應(yīng)用于特定行業(yè)，但其規(guī)模相對(duì)很小，技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)用性等多方面的原因使其發(fā)展受限。不過網(wǎng)絡(luò)化給智能監(jiān)控帶來積極的推動(dòng)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)上更靈活，既可以在IP前端集成智能，也可以在平臺(tái)集成智能。芯片廠商們則積極的自行開發(fā)或與第三方合作，將智能分析整合進(jìn)自己的產(chǎn)品中。

　　在攝像頭端，DSP設(shè)計(jì)復(fù)雜度高，成本高，ASIC由于之前采用處理器性能比較低，不能充分滿足智能的需要；如果把智能算法放到后端(云端)處理，后端運(yùn)算壓力較大，且無法滿足實(shí)時(shí)和一些特殊應(yīng)用的需求。海思采用高性能ARM cortex-A9內(nèi)核的IP Cam SoC Hi3516則能充分滿足IP Camera高清、前端智能的需求，采用硬件編碼，使高性能A9處理器完全解放出來用于做智能算法，并且有許多專業(yè)的智能算法第三方設(shè)計(jì)公司能夠提供智能方案。

　　其實(shí)很多目前已大量采用的ASIC和SoC芯片都有智能分析應(yīng)用，只是智能程度有高有低而已�！爸悄芤曨l分析算法進(jìn)展太慢的原因當(dāng)然是難度越來越高，對(duì)處理器的要求也是越來越高�！倍�伯明認(rèn)為，“將智能分析算法固化進(jìn)處理器的最大好處就是提高了速度。局限性當(dāng)然是當(dāng)有更新更好的智能分析算法時(shí)，不得不重新設(shè)計(jì)，制造一個(gè)新的處理器�！�

　　“目前制約智能視頻應(yīng)用推廣的主要原因在于以往的算法大多在高端PC上實(shí)現(xiàn)，而前端嵌入式處理的應(yīng)用開發(fā)不夠�！编嵭↓埍硎�。

　　車牌識(shí)別、異常行為分析、人流車流分析、遺留物體分析等等需要采用高速處理器處理，于是IP攝像機(jī)平臺(tái)所集成的DSP核心的大有用武之地。“當(dāng)然，將智能分析算法集成到SOC單片處理器有其局限性，即客戶只能直接應(yīng)用而不容易根據(jù)實(shí)際應(yīng)用改變和調(diào)整算法，”鄭小龍表示，“但是由于這樣集成的分析算法已經(jīng)比較成熟，而且都留有不少參數(shù)根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行設(shè)置，因此仍不失為智能視頻分析的入門級(jí)解決方案。對(duì)于專業(yè)智能視頻分析系統(tǒng)，則強(qiáng)大的DSP核心將是前端嵌入式處理的重要保證，為此TI專門提供了多達(dá)50多種的智能分析基礎(chǔ)函數(shù)庫（VLIB）供客戶下載�！�

　　Hunter 則認(rèn)為有兩方面的原因阻礙了視頻分析技術(shù)的發(fā)展，“首先，視頻分析算法需要高品質(zhì)的圖像，以更有效地展現(xiàn)其結(jié)果。圖像分辨率和動(dòng)態(tài)范圍必須足夠高，以確保視頻分析算法能精確地實(shí)施，不會(huì)產(chǎn)生誤測(cè)。以前(在攝相機(jī)中使用FPGA之前)行業(yè)無能力以合理的成本提供所需要的圖像質(zhì)量一直是視頻分析快速增長的障礙之一�！�

　　“另一個(gè)原因是，傳統(tǒng)上視頻分析算法已被設(shè)計(jì)為運(yùn)行在個(gè)人電腦上，因此已用像C這樣的高級(jí)語言編寫。為了利用增強(qiáng)的圖像質(zhì)量，視頻分析算法開發(fā)者提供針對(duì)和優(yōu)化FPGA的算法前，會(huì)有一個(gè)有限的時(shí)間滯后和學(xué)習(xí)過程�！盚unter表示，“成熟的算法已經(jīng)包括人/對(duì)象跟蹤、人臉識(shí)別、車牌識(shí)別、周邊入侵檢測(cè)和物體跟蹤，僅舉幾例。萊迪思目前正與視頻分析算法開發(fā)者合作，但在這個(gè)時(shí)候討論我們的計(jì)劃還為期過早�！�

　　配合專業(yè)領(lǐng)域的第三方合作伙伴開發(fā)IP核是實(shí)現(xiàn)智能視頻的快速路徑，方便為客戶提供交鑰匙解決方案。例如賽靈思與美國Eutecus公司合作提供基于Sparta-3A DSP的視頻分析解決方案。其中，高性能視頻分析IP—多核視頻分析引擎(MVE)具有高度優(yōu)化的架構(gòu)，可顯著提高性能，主要針對(duì)高精度的原始高清處理分析應(yīng)用。

　　此外，鄭小龍認(rèn)為視頻改良也是智能視頻分析的一項(xiàng)新技術(shù)，就是將以前不可視、模糊不清，或者是在振動(dòng)的畫面進(jìn)行優(yōu)化以增加視頻的可監(jiān)控性能，可應(yīng)用于夜視圖像增強(qiáng)處理、圖像畫面穩(wěn)定系統(tǒng)和交通識(shí)別影像增強(qiáng)系統(tǒng)。

　　3D技術(shù)，視頻監(jiān)控的奢侈品？

　　在采訪中，大多數(shù)受訪者對(duì)3D在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用持保守態(tài)度。董伯明就明確表示在自己的客戶中“暫時(shí)未能在客戶中發(fā)現(xiàn)有此需求�！�

　　“3D技術(shù)是沒有可能在短時(shí)間內(nèi)運(yùn)用到模擬監(jiān)控市場(chǎng)中來，”馬大倫認(rèn)為：“這是因?yàn)?D技術(shù)是依賴于昂貴的LCD 屏幕以及LCD顯示技術(shù)，這一技術(shù)代價(jià)高昂，而且與視頻解碼技術(shù)毫無關(guān)聯(lián)�！�

　　“這是一個(gè)困難的需求預(yù)測(cè)�！盚unter認(rèn)為，“視頻監(jiān)控使用3D會(huì)獲得一些優(yōu)點(diǎn)，主要是深度/距離的計(jì)算。但是，到目前為止我們已經(jīng)從視頻市場(chǎng)體驗(yàn)了針對(duì)距離計(jì)算的需求，而不是監(jiān)控。因此，是否監(jiān)控市場(chǎng)會(huì)考慮深度/距離計(jì)算，對(duì)重要的推動(dòng)者仍有待觀察。”

　　不過，張宇清則認(rèn)為在高端視頻分析應(yīng)用中需要3D，“2D視頻的主要缺陷在于測(cè)量觀測(cè)到的物體的深度影像和實(shí)際尺寸時(shí)有非常大的誤差。這將限制視頻分析的一些應(yīng)用，比如在繁忙的景象中需要精確地追蹤人物。3D在視頻監(jiān)控中的部署可以解決這樣的問題，彌補(bǔ)2D視頻的不足。在視頻分析算法中，低端DSP無法實(shí)時(shí)處理3D視頻。而FPGA則是這類應(yīng)用中的理想解決方案�！�

　　“如果是因?yàn)閳D形顯示的需要，那么3D圖形加速器就非常重要。在TI新的單片系統(tǒng)體系架構(gòu)中就集成有3D圖形加速協(xié)處理器，可以支持立體的圖形菜單顯示。”鄭小龍表示，“當(dāng)然對(duì)于智能視頻的3D要求則是不同的需求，例如三維人臉識(shí)別就需要雙攝像頭處理�！�

　　目前看起來雖然用戶需求還不那么明顯，但電子行業(yè)技術(shù)引領(lǐng)需求已成家常便飯，要實(shí)現(xiàn)3D視頻監(jiān)控技術(shù)上應(yīng)該是可行的，或許，就有用戶喜歡技術(shù)奢侈品。

電子工程專輯