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隨著寬帶有線和無線網絡基礎設施的完善以及全球安防市場需求的增長，視頻監控的應用正呈爆發性的增長態勢。視頻監控系統的發展趨勢非常明顯，在經歷了數字化和網絡化之后，下一個重要的趨勢就是智能化，即智能監控和視頻分析技術的應用，從而實現智能視頻監控。
傳統的視頻監控由人工進行視頻監測發現安全隱患或異常狀態，或者用于事后分析，這種應用具有其固有的缺點，難以實現實時的安全監控和檢測管理。帶有智能分析功能的監控系統可以通過區分監控對象的外形、動作等特征，做到主動收集、分析數據，并根據預設條件執行報警、記錄、分析等動作。智能監控系統可以運行于服務器，也可以運行在基于DSP的嵌入式系統上，而后者已逐漸成為主流。
智能視頻的應用大體上可以分安防、人體行為檢測和智能交通三方面的應用。其中安防應用是被廣泛認為是最具潛力的市場，它包括以下幾個應用類別：入侵檢測，可以自動檢測出視頻畫面中的運動行為特征；物品移除檢測，可以自動檢測物品搬移事件——當防區內某特定位置的物品被拿走或搬走時發出報警；遺留物檢測，可以對遺棄物進行自動檢測——當物品在某個防區內被放置或遺棄的時候自動報警；智能跟蹤，可以使攝像機對自身的云臺和變焦鏡頭進行自主PTZ驅動。人體行為檢測應用包括脫崗檢測（可以實現自動檢測崗哨人員就位情況）、徘徊檢測（對重要區域人體徘徊檢測）。智能交通應用包括：對非法停留的交通工具進行檢測，當交通工具在防區內非法停留時發出報警；車輛逆行檢測，及時辨別逆行車輛。
隨著準確率和可靠性逐步提高及產品成本的下降，智能視頻在越來越多的場合得到了應用，它能夠替代部分安防設備，降低安保人員的工作強度，提高工作效率，減少管理成本。事實上，智能視頻的應用具有非常巨大的潛力。隨著技術日趨成熟，智能視頻技術的應用領域正在迅速擴展，這些應用主要包括上述的安防、交通以及零售、服務等行業，如人數統計、人臉識別、人群控制、注意力控制和交通流量控制等。
實時視頻監測的需求正在快速增長，特別是隨著實時安全監控應用的需求增加，實時發現安全隱患或目標異常行為的功能已經具有越來越重要的現實意義，智能視頻監測系統產品在這種日益增長的需求帶動下，正在成為視頻監控應用的新熱點。特別是隨著半導體技術的進步，例如以Blackfin匯聚式處理器為代表的先進嵌入式解決平臺方案的推出，具有極高性價比和極高實用性的智能視頻分析設備不斷推出，并在一些關鍵應用中發揮極為重要的作用。
圖1：傳統的視頻監控應用示意圖
智能視頻監控設計攻略
硬件平臺方案的選擇往往決定了系統的整體方案成本、性能、開發工具和方法的可用性，以及方案未來持續升級的可行性等，因此方案平臺選型至關重要。智能視頻應用自身的獨特性要求在硬件平臺的選擇上進行綜合權衡。視頻監控系統的網絡化和智能分析要求，以及大規模工程安裝對成本、體積和功耗的限制，非標準化的智能視頻分析方法和幾乎定制化的方案優化方式，使得結合了MCU和DSP優勢、具有軟件設計靈活性和強大處理能力的匯聚式處理器方案平臺體現出更加明顯的優勢。本文結合ADI、華為、聯想等智能視頻監控解決方案為你解惑。
平安城市高清智能視頻監控解決方案
1.1 系統概述
隨著經濟的發展、城鎮建設速度加快，導致城市中人口密集、流動 人口增加，引發了城市建設中的交通、社會治安、重點區域防范等諸多城市管理問題，而公安警力增加遠不能滿足實際需求的速度。為了打擊各種各樣的經濟刑事犯 罪，保護國家和人民群眾的生命財產安全，保證各行各業和社會各部門的正常運轉，采用高科技手段預防和制止各種犯罪成為安全防范的發展方向，視頻監控作為一 個重要的技術防范手段得到越來越廣泛的應用。
平安城市視頻監控系統主要是應用視頻處理技術、傳輸技術，對大型聚集場所、治安復雜區域、 重要單位等部位的治安動態情況進行實時監控，及時發現違法犯罪活動、利用監控錄像資料查證犯罪線索、實時掌握大型活動和群體性突發事件現場動態，實現監控 圖像信息和其它信息的綜合應用，為提高公安機關駕馭社會治安局勢服務。最終使城市區域社會治安的突出問題得到基本解決，治安環境明顯改善，人民群眾的安全 感不斷增強。
1.2 系統組成
平安城市高清智能視頻監控系統主要涉及到 音視頻的采集、傳輸、存儲、管理、共享等環節。整個解決方案可分為前端監控資源采集、監控資源接入、聯網集中管理平臺、圖像資源存儲以及圖像資源共享平臺 建設等部分。前端視頻采集主要包括：道路卡口、紅路燈路口、賓館酒店、娛樂場所、網吧、城市街道、派出所滯留室、其他公共區域等，在這些重點區域安裝百萬 高清網絡攝像機實施高清晰的現場監控、抓拍、智能分析；使相關管理部門充分把握現場的詳細情況，提供高質量的畫面給監控人員或者是后端智能分析系統，在完 成傳統事后分析功能的同時逐步實現事前預警提示。每個區域構建前端高清監控子系統，完成對每個區域的詳細記錄、監控，同時通過視頻光纖專網將各個子系統統 一并入專網實現大規模集中城市高清視頻監控，實現統一調度，資源共享，提升相關執法部門的工作效率。指揮中心在視頻監控的同時，可同時對多個前端喊話（廣 播），對求助人員可提供語音幫助，對不法分子的犯罪行為可起到威懾作用，實現可見即可控，為城市的和諧繁榮構筑一道高清視頻安全監控網。
系統架構圖
系統多級互聯拓撲圖
1.2.1 社會治安監控
在政府機構門口、金融、行政機構門口、人口分布稠密處、交通要道、復雜環境場所（廣場、影劇院、娛樂場所、車站、賓館飯店、公園等）、城區道路等位置進 行監控，定點路口采用高清攝像槍進行監控，動點采用高清網絡球機實施大范圍的監視，使治安監控人員更及時準確的發現并跟蹤警情，提高響應速度。
傳輸網絡采用“有線為主，無線輔助”的建設模式，著重于成本控制和接入質量，以點對點、可網管接入模式為主的思路。有線方式采用自建光纖接入或租用專線接入；無線接入采用3G或WIFI。
監控中心由管理服務器、流媒體服務器、存儲服務器、智能分析服務器、客戶端、高清解碼矩陣、大屏幕電視墻等組成，能在統一操作平臺、統一界面下實現對多路監控前端的監視和控制功能。
1.2.2 網絡廣播
在治安復雜區域、重要路口、廣場、社區等治安監控場所，在安裝網絡攝像機進行視頻監控基礎上，安裝拾音器、IP網絡廣播、號角等音頻設備，以及緊急求助 按鈕、報警探頭，經網絡廣播終端通過監控專網將上述信號傳輸至公安局指揮中心，在指揮中心配置網絡麥克風和音箱，就可以實現音視頻報警聯動功能，即指揮中 心在視頻監控的同時，可以同時對單個或多個前端喊話（廣播），對求助人員可提供語音幫助，對不法分子的犯罪行為可起到威懾作用，以降低犯罪率。
1.2.3 高清卡口
通過在省際、城際、城區主干道、主要交通要道、主要出入口等安裝高清治安卡口系統，對經過的所有車輛進行抓拍，獲得車輛圖像，并自動實時地識別車牌字 符，記錄下車輛經過的時間、地點、車牌號、行駛方向等數據，并全部匯入網絡傳輸子系統，傳輸至中心管理平臺。平臺可實時將前端上傳的圖片與黑名單庫比對， 發現布控車輛后通過軟件界面、聲音、短信等方式報警；系統可按車牌、地點、車道、時間等信息，進行單條件查詢、組合查詢和模糊查詢等；系統可按日、周、 月、年等時間段，統計不同點位、不同設備的車輛信息，并以報表、曲線圖、柱狀圖等各種直觀的方式顯示出來。
1.2.4 高清電子警察
采用140/200/500萬CCD高清一體化攝像機為采集主體，單臺攝像機覆蓋單向1~3車道；同步支持閃光燈和LED頻閃燈進行夜間補光。系統可以 通過對視頻的智能分析判斷車輛直行闖紅燈、右/左轉、逆向行駛、壓線、跨線、違反禁止線等違法行為，能自動檢測抓拍到機動車違反交通安全法行為的連續三張 違章圖片，違章照片能清晰地反映“紅燈、停車線、車型、車牌、時間、地點”等違法車輛的基本情況。系統做到人、路、車三者的有機結合，充分應用闖紅燈記錄 系統使交通監控真正實現“智能化”，極大地提高交通管理的效率，確保交通安全。
1.2.5 社會資源接入
為了加大重要治安復雜場所的監控力度、加強重點治安單位和公安部機關內部單位的管理力度，提高公安機關發現、控制、制止、打擊各類違法犯罪行為的能力， 提升全市社會治安整體防范水平，需要對大量的社會面資源監控系統進行有機整合，實現統一管理、資源共享。社會資源監控包括：重要交通路口，路段；首腦機 關，要害部位，公共復雜、人員集聚場所；網吧，娛樂場所；賓館、酒店；民爆物品儲存、使用單位；內保單位；居民小區；公安基層單位；公安監所；特種車輛 GPS監控。
1.3 系統特點
架構先進：采用分布式的網絡架構，實現分布式部署、集散式控制，充分整合現有的監控資源和各個分立系統
高清監控：采用百萬像素攝像機進行高清監控，圖像畫質清晰逼真，分辨率達1080P、720P，支持實時雙碼流，遠程瀏覽與本地存儲互不影響
流媒體轉發：具備流媒體功能，可以響應用戶對現場實時視頻和錄像文件的點播，并對視頻流進行轉發，使網絡帶寬資源得到最有效的利用
報警聯動：前端布置的紅外探頭、緊急按鈕發生報警時，本地警號報警并實時錄像，聯動管理中心平臺，在電視墻顯示報警聯動圖像，同時在管理平臺上彈出電子地圖
可見即可控：發現有可疑對象或緊急情況時，監控中心能即時對監控點進行遠程語音喊話和指揮，對行人群疏導或指揮現場處理工作，也可對可疑對象進行語音震懾，制止犯罪。
智能分析：采用智能分析技術，能對人員行為進行識別、跟蹤，對人臉進行抓拍
1.4 系統功能
實時監控功能：對社會治安、交通管理監控點實時視頻圖像進行動態觀察，結合GIS電子地圖應用，直接在電子地圖上標注監控攝像機的實際地理位置，實現監控圖像與GIS電子地圖聯動，便于各級領導查看指導。
可見即可控功能：通過網絡廣播系統平時可以實現背景音樂功能，當報警發生時能通過預設方式自動觸發圖像復核或聲音復核設備進行報警復核，值班人員可通過強切操作對前端進行喊話或進行雙向語音對講。
刑偵輔助功能：有效震懾各種違法犯罪活動，為案件提供偵查線索、高清錄像。
智能交通功能：實現車輛多級布控，車牌智能分析識別，違章信息處理，流量分析，分類查詢、數據統計，報表輸出等功能。
統一調度功能：實現對系統設備和用戶進行統一管理、身份認證、權限分配、配置下發等功能。
網管系統功能：對社會治安、交通管理監控點前端設備運行情況進行巡檢，溫度過高或過低告警、圖像丟失告警、設備斷電告警、設備斷網告警，便于系統故障排查。
智能化監控功能：對重點區域輔以智能分析功能，做到事前預警。系統具有跨線檢測、進入區域檢測、非法停車檢測、物品遺留檢測、徘徊檢測、人員聚集檢測、打架斗毆檢測等功能。
欲了解更多視頻監控相關解決方案與電路圖設計，可關注電子發燒友榮譽出品的Designs of week欄目：
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華為智能視頻監控系統設計解決方案
1.中小型視頻監控概述
近年來，隨著經濟的快速增長、社會的迅速進步，校園、工廠園區、中小企業、樓宇等領域對安全防范和現場記錄報警系統的需求與日俱增，視頻監控在工作、生活各方面得到了非常廣泛的應用。而傳統的中小型規模的視頻監控系統存在著較大的局限性：
模擬化：設備投資大、施工布線難度高、傳輸距離受限且不易擴容。 清晰度低：由于信號衰減和被干擾，監控圖像較模糊。
存儲消耗大：模擬視頻未經壓縮或者壓縮比較低，存儲消耗很大。 性能低：分發性能、錄像性能低，需要配置較多的服務器和存儲設備。
可靠性低：系統關鍵部件缺乏可靠性設計，系統容易故障。
華為依托對IP化、網絡、存儲等技術的深刻理解，同時也積極理解各中小型企業客戶的需求，致力于提供高清晰、高可靠、高性能、可管理的中小型視頻監控系統。
2.華為SmartNVR智能視頻監控平臺
華為針對傳統的監控系統局限性，推出以數字視頻編碼壓縮技術為核心，以數字網絡和數字存儲為承載，以實時監控、錄像、錄像回放、監控中心、電視墻為主要 業務，集報警探測、報警聯動、報警防范、智能分析于一體的新一代數字化、智能化、網絡化視頻監控系統SmartNVR系列。
All In One Solution
華為SmartNVR提供一體化設計理念，SmartNVR 100采用純軟件化設計，SmartNVR 3000將平臺軟件與存儲設備集成，形成All In One的解決方案，幫助客戶實現快速安裝、快速部署，同時提供簡單便捷的使用和維護方式。
統一的管理能力
完善的管理模式。 y 提供自動部署、遠程維護、統計報表、告警管理等功能，真正做到“安裝簡單、部署簡單、使用簡單、維護簡單”。全面的硬件監控功能。 y 專用的管理模塊提供對服務器的硬件智能監控功能，符合 IPMI2.0 標準。支持 CPU、內存等熱關鍵器件及整機環境溫度實時監控，支持風扇轉速實時監控。
高效可靠的存儲（SmartNVR 3000）
支持RAID5功能，保證磁盤高利用率的同時，提供高可靠的存儲環境。提供 10個可熱插拔的、容量為2TB的3.5” SATA 錄像存儲硬盤。使用RAID5創建磁盤陣列后，系統可提供的存儲容量高達 16TB，可滿足100路D1分辨率（2Mbps）的攝像機存儲7天的需求。
智能業務集成（SmartNVR 3000）
智能分析系統是采用視頻處理和行為識別等先進的技術，對視頻信號進行自動分析和監測，降低使用成本，提升監控效率和準確性。華為智能視頻監控系統提供統 一的接口，方便集成各種智能分析模塊，如入侵檢測、絆線檢測、遺留檢測、移走檢測、路徑檢測、突然出現檢測、突然加速檢測等。
節能環保，降低TCO（SmartNVR 3000）
支持降頻功能，在處理器低負載下主動降低工作頻率來降低計算能耗
采用優化的散熱設計，根據熱關鍵器件溫度綜合調節風扇轉速，節能的同時降低了噪音并提高風扇的可靠性
支持實時系統功耗監測，系統實施綜合節能策略，每年為用戶節省數以萬計的能源成本
3.典型組網
4.典型應用場景
校園監控應用需求：
規模：十幾～幾十路等；
價格比較敏感，要求高性價比
重點監控區域為大門口、圍墻、教室、走道等
需要與報警、紅外對射以及揚聲器等功能聯動
典型組網：
樓宇監控應用需求：
規模：幾十～一百路；
重點監控區域為各出入口、電梯、走道、地下車庫等
需要與紅外報警、煙感報警、門禁以及揚聲器等系統聯動
典型組網：
小區監控應用需求：
規模：十幾～幾十路等；
重點監控區域為道路、圍墻、花園、車庫、門口、電梯等重點防護區域；
若用戶希望在家里安裝視頻監控，可通過VPN專網方式，通過嚴密的權限控制，實現特定用戶的遠程瀏覽。
典型組網：
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工廠監控應用需求：
規模：十幾～幾十路等；
重點監控區域為廠區、車間、圍墻、花園、車庫、門口、電梯等重點防護區域；
需要與煙感報警、紅外對射、門禁以及揚聲器等功能聯動；
典型組網：
Lenovo家庭無線視頻監控解決方案
隨著經濟的快速發展和人們的收入的不斷提高， 對居住房子的舒適性要求也提升到了更高的檔次， 但是這類高尚豪華的住宅社區， 確也成為了盜竊、 搶劫等犯罪分子下手的目標。通過無線視頻監控---“看家寶”可以幫你做好安全防盜工作，解決安防難題，有效打擊入室犯罪，保護業主房內的人身及財物更有 力的安全保障。
人們生活節奏的提高， 照顧家庭的時間越來越少。 無線視頻監控--- “看家寶”能幫你隨時隨地的關注家里的老人、 小孩、 行動不方便的人士情況， 對一些緊急和突發的情況做出最快的處理。
家居無線視頻監控系統----看家寶， 是對遠程目標和受監測點進行監控管理體系中的一個重要組成部分， 是一種高科技智能型的綜合系統。 它可以通過攝像機或其輔助設備 （鏡頭、 云臺等） 直接觀看被監控場地的一切情況，解決了傳統的網絡無法實現布線而又必須遠程監控。 本系統廣泛應用在： 家居安全， 防盜， 智能家居等方面。當有人入室盜竊或發生火災等情況系統可以把實時的現場視頻傳輸至你的電腦。 錄像以便有關部門更快的破案，也可以成為犯罪分子定案的證據。
系統結構：
系統由四個部分組成：
1. 現場視頻采集端（看家寶）
2. 視頻傳輸網絡（互聯網）
3. 視頻轉發服務器
4. 遠程電腦端。
采集端：
前端監控設備按照室內、室外的不同環境可以選擇不同的設備：在室內，可以直接采用 W610、 W611、 W612 室內型 wifi 技術監控產品---看家寶， 也可選擇 G610 室內型 3G 監控技術產品---千里眼。 看家寶千里眼的鏡頭可以選擇 （鏡頭的作用主要是
清晰度， 范圍） 連入的形式是無線的， 看家寶可以固定按照在墻上也可以擺放在柜子上，隨時可以換位。室外型的可以選擇室外防水型的產品，也可以選擇太陽能供電的W510 型 wifi 監控產品+室外型攝像機。
視頻傳輸網絡：
傳輸采用無線和有線的方式都可以實行，有線方式是：家里有線方式接入互聯網（如：ADSL/以太網/專線等）監控產品通過路由器無線的 wifi 信號接入互聯網，這樣充分的利用互聯網的經濟方便的特性。3G 無線方式是通過中國聯通、中國網通、中國移動的 3G 網絡實施。
視頻轉發服務器：
VM100 視頻轉發服務器是新一代的網絡視頻集成化監控中心平臺， 是一個集成 WEB服務、 管理、 和認證、 數據庫、 存儲、 轉發、 回放等六大功能模塊我一體的監控平臺。
監控端：
用戶可以在世界任何地方任何世界只要能上互聯網的電腦就以隨時關注到你的家，你所牽掛的地方。
應用領域:
應用于各種環境 wifi 超遠距離傳輸，包括：
家庭居家無線視頻監控
賓館無線視頻監控
工廠廠房無線視頻監控
醫院無線視頻監控
公司辦公樓無線視頻監控
公共場所無線視頻監控
車間、倉庫、財務室無線視頻監控
商鋪無線視頻監控
基于Blackfin的智能IP Camera系統設計
1.背景及概述
近年來，隨著嵌入式應用越來越復雜，應用場合越來越多，特別是多 媒體功能在各個領域飛速發展，高性能計算變得無處不在，從消費電子，網絡通訊到工業控制和監控，大多數應用都需要更高的數字信號處理能力。出于成本和設計 難度的考慮，人們傾向于使用單顆芯片完成所有的工作，傳統的DSP處理器和MCU處理器開始以多種形式進行融合：
1.傳統的MCU+DSP合作方案被集成到一顆芯片封裝內；或者進一步實現為真正的異構多核，可以共享部分甚至全部外部設備。
2.以SoC的形式為MCU加上基于固定硬件IP模塊的數據處理能力，如一些編解碼器。針對一些固定標準的應用。
3.隨著高端嵌入式處理器頻率突破500MHz并正在挺進1GHz，MCU和DSP平臺開始真正的融合， DSP處理器的外設接口數量和控制能力逐步提高，而MCU的帶寬和計算能力特別是軟件多媒體處理能力也越來越強，兩者之間不再有質的區別。
以上三種融合的形式，實際上互相之間都有借鑒和交叉，從這里開始的未來發展，DSP和MCU之間，多核處理器的核與核之間，都不再有真正的界限。對于任 何應用，對應的處理器都是靈活的軟件計算能力、高效的硬件IP模塊和相應外設的結合體，即所謂的“Convergent Platform”（會聚平臺）。
這樣的處理器平臺，對于嵌入式軟件開發者提出了更新更高的要求，高級語言編譯器要能夠最大程度的利用 硬件細節來優化編譯性能，減少手工優化的工作量，保持軟件的通用性；DSP算法開發人員不僅僅要了解硬件平臺，也要考慮到軟件平臺的架構對算法實現和優化 的影響，例如分離硬件相關部分和無關部分以適應操作系統的結構；而軟件平臺開發人員也要考慮處理器的細節以便進行系統優化，例如為多核或DMA通道的并行 處理抽象出系統接口。硬件設計者，算法設計者，系統軟件設計者之間的界限也在消失，復合型的嵌入式系統開發者和團隊才能最適應底層硬件平臺的變化。
在這個DSP/MCU/硬件IP模塊三者融合的大趨勢中，ADI公司的Blackfin系列處理器就是一個代表產品。從最早的BF53x系列，到目前的 增加了圖像處理單元的BF54x系列和低功耗BF52x系列，以及雙核的BF561，都是以同樣的內核配置多樣化的帶寬和外設，針對不同的應用和市場。在 這樣的處理器上選擇和設計軟件，需要考慮的因素有很多：
1.如何保持對處理器DSP特性硬件細節的最大效率使用，以達到最優算法性能和并行性。
2.如何最大程度地保持軟件通用性，避免過多的硬件相關代碼和匯編代碼。
3.如何降低軟件平臺開發成本，是否適合采用開源操作系統或模塊。
4.系統是否需要實時性能，采用的軟件平臺是否提供這樣的實時性保證。
這些因素有時候是互相矛盾的，需要考慮具體應用的特點和自身的資源，來做一個折衷的最優化設計。
ADI公司為Blackfin的軟件平臺做了很多的努力，提供多樣化的軟件生態環境。Blackfin支持 uClinux，VDK，uC/OSII，Nucleus等等多種OS/RTOS，基于VDSP開發工具提供多種免費的音視頻codec，硬件抽象函數庫 及驅動。在這個基于BF53x的智能監控系統中，我們希望最大程度地發揮芯片處理能力，達到最好的編碼和智能算法能力，所以選擇了一種RTOS – uC/OSII及其網絡協議棧作為操作系統平臺。在小型的RTOS中，一般不區分用戶態和內核態，訪問系統硬件資源的開銷小，中斷和任務切換時間有實時保 證，對內存的使用和分配也比較自由，這些特點決定了在RTOS下更容易發揮Blackfin作為DSP處理器的性能，并能直接使用ADI提供的高性能 H264編碼庫；但缺點是對比Linux這樣開源資源比較豐富的操作系統，RTOS缺少某些現成的應用程序比如HTTP Server，需要更多的開發投入或第三方資源。
2.Blackfin IP Camera系統架構
整個IP Camera系統主要包括音視頻采集，智能視頻分析或智能音頻分析，音/視頻編碼，流媒體打包傳輸，系統控制等模塊（如圖1所示）。
基本系統為Blackfin的視頻接口PPI同數字視頻流輸入相連來接收視頻信號，而串行的SPORT接口可以連接音頻輸入，音視頻數據以專用DMA通 道傳送到SDRAM；如果需要智能監控，可以根據需要插入不同的分析模塊；然后軟件編碼器負責對實時采集進來的音視頻進行壓縮，并打成 TS（Transport Stream）流來傳輸。整個系統是數據流驅動的，下圖中不同的輸入，分析和編碼模塊可以根據需要來選擇，每個模塊的輸入和輸出的是符合標準的數據流，可 以靈活地插入系統數據流的不同位置進行處理。一般的Blackfin單核芯片只能同時使用其中的一部分模塊，但雙核芯片如BF561或雙片方案中，可以同 時使用所有的模塊。
圖1 基于Blackfin 537處理器IP Camera系統框圖
詳細資料：用于IP Camera的Blackfin 537處理器
2.1 視頻采集和編碼
Blackfin 系列DSP專門針對高速并行數據特別是視頻數據集成了并行外圍接口（PPI），在傳統的數據總線的基礎上增加了一條專用數據吞吐通道。
PPI接口不僅可以按照BT.601視頻流的“硬件同步”模式工作，還能自動解碼BT.656前同步碼，從而允許無縫連接到多種視頻源和圖像傳感器，與 直接存儲器存取（DMA）控制器配合使用，PPI可以在完整的視頻幀信息中只讀入有效的視頻信息，或只有消隱區域。這樣當不需要完整的視頻幀時顯著節省了 帶寬。另外，PPI可以忽略隔行的BT.656視頻流的所有第二場圖像信息，從而提供了一種很有效的方法用于快速抽取輸入信號。最后，因為PPI本身就可 以解碼BT.656視頻流，所以它可以直接連接到流行的類似ADV7183A視頻解碼器。
IP Camera上主流的編碼標準如H.264，MPEG4等，ADI公司都提供了免費的編碼器軟件。本項目采用H.264視頻壓縮標準，ADI的H.264 編碼器性能得到了最大的優化，充分利用了片內L1 內存，數據通過DMA來搬移，與處理器的運算并行執行。主要的特點有：支持YUV420和UYVY422 （CCIR-656） 視頻輸入格式，輸出是以NAL為單位的基本視頻流；對于H264編碼，支持Baseline Profile和一些Main profile的特性（Interlaced encoding， CABAC），在BF53x上能達到最大實時1/2 D1，BF561上支持D1實時，支持I和P幀，自適應CBR碼率控制等。對于不同的應用，ADI H.264編碼器的比特率是可調整的，低比特率下甚至可以在CDMA1x這樣的低帶寬應用中實現實時傳輸。
2.2 智能監控
目前監控市場的發展越來越趨向于智能化，各種視頻或音頻的智能分析算法得到產業化應用，如運動目標檢測和跟蹤，入侵檢測，特殊聲音檢測和定位等等。 Blackfin處理器從架構到指令集都對多媒體處理有很好的支持，有專用的視頻處理指令，因此特別適合于實現靈活的多媒體智能分析算法。ADI公司推出 了“Image Tool Box”智能監控軟件包，針對智能監控算法中的一些常用和基本函數做了專門的優化，有很好的性能，可以加速上層算法的實現和優化。
一般 智能分析的實現是針對未編碼的媒體流進行分析，但也有利用編碼器輸出結果的算法。本項目因為直接使用ADI公司給定的編碼庫，因此使用前置的智能模塊直接 分析輸入的媒體流，并輸出結果。音視頻的智能處理種類比較多，并在不斷地改進，所以用一般都用高性能DSP來實現。在Blackfin上目前有多種智能處 理模塊，如魚眼矯正，運動物體檢測及基于運動檢測的上層算法如遺留物檢測、入侵檢測，槍聲檢測和定位等等。根據智能模塊的輸出結果，系統控制和編碼部分都 可以做相應的智能處理，如勾勒運動物體邊框，調高編碼器分辨率，根據音源位置調整攝像頭方向，等等。這些模塊一般都有比較標準的輸入輸出接口，便于二次開 發中的系統集成。
2.3 媒體流傳輸
IP Camera的主要用途就是通過網絡來實時傳輸遠程的視頻信息，本項目采用傳輸流（TS）通過UDP或上層的RTP協議來傳輸。傳送流是根據ITU-T Rec.H.222.0 | ISO/IEC 13818-2和ISO/IEC 13818-3協議而定義的一種數據流，其目的是為了在有可能發生嚴重錯誤的環境下進行一道或多道程序的編碼數據的傳輸和存儲。TS主要應用于實時傳送的 節目，比如實時廣播的電視節目，主要特點就是要求從視頻流的任一片段開始都是可以獨立解碼的。所以在接收端可以隨時接入。目前視頻監控領域還沒有統一的媒 體流標準，但采用TS over RTP/UDP這一標準有利于將來的系統整合。ADI的一些第三方提供了完整的RTP協議棧產品，網絡上也有一些開源的實現可供參考。
數據鏈路方面，對于壓縮視頻傳輸，一般的網絡接口芯片都能滿足帶寬要求，但是在評估網絡性能的時候，處理器占用比也是一個非常重要的標準。BF53x系列 中的BF537芯片有內置的10/100M MAC接口，并有專用的DMA 數據通道，因此傳輸和處理器占用比性能都非常好，在基于BF537的IP Camera上每1Mbps的網絡流量只消耗約1%的處理器性能，例如傳輸 H264 D1分辨率的監控碼流，消耗處理器不到10MIPS。
2.4 軟件架構
μC/OSII是Blackfin所支持的RTOS之一，在高速的Blackfin處理器上有很強的硬實時性能，OS中斷響應時間約為110 cycles（600MHz下約0.18us）。系統首先創建一個主任務（main task），負責系統的初始化和創建其他的模塊任務。各模塊任務獨立運行，處理自己的輸入和輸出數據流，模塊之間的耦合程度較低，可以靈活的取舍。網絡協 議棧方面，Blackfin上也有多種選擇，除了各商業RTOS配套提供的TCP/IP協議棧外，LWIP作為開源網絡協議棧中的佼佼者，也在 Blackfin處理器上有移植版本。本項目采用了uC/OSII配套的uC/IP協議棧。
軟件架構分為音視頻采集，智能分析，編碼打 包和網絡傳輸，系統控制等模塊，每個模塊由不同優先級的任務負責，這非常有利于系統的集成和模塊化設計。模塊之間相互獨立，用信號量進行同步，模塊之間的 數據結構都設計成雙緩沖或者多緩沖，，保證IO模塊和運算模塊并行執行。對于高系統負荷下的容錯，程序和數據結構也考慮在內，偶然出現的丟幀現象不會影響 系統的繼續運行，并且向系統控制部分報告錯誤。
下表（表1）列出了系統中各模塊的來源：
表1 IP Camera系統模塊來源
3.系統優化
在DSP系統中，一旦算法確定下來，實現過程中的優化思路一般也是固定的，首先利用編譯器的一些優化開關和手段，其次對算法做分析，找出關鍵代碼和數 據，對關鍵部分做一些手工的調整，如改寫成匯編等。但在實現一個包括多路輸入輸出，多種算法并行的完整的系統時，如何達到整體運行的最優化，除了傳統的算 法優化外，還需要從系統的角度考慮一些因素：
1.系統帶寬的最大化和最優化
在這樣的一個復雜系統中，視頻和音頻數 據 的多路輸入輸出帶來了沖突和延遲，對片外內存的使用效率有很大影響。Blackfin的SDRAM控制器支持多Bank的數據并發傳輸，因此我們要盡量把 不同通道的IO數據放在內存的不同Bank上。因此在音視頻和網絡數據結構的設計上，不光要保證高效的同步，還要利用Blackfin開發工具提供的特性 把數據分散在不同的Bank上。
2.片內L1內存的高效分配
傳統上，DSP處理器內部的L1高速內存可以直接訪 問， 存放關鍵代碼和數據，提高算法運行效率。而MCU的L1一般全部用來做Cache，軟件不能直接控制。在Blackfin等高性能處理器上，L1可以靈活 地配置成Cache或者直接訪問。在一個完整的系統中，我們要兼顧到各個模塊和操作系統本身，L1內存一部分用作Cache，以保證整體cache命中 率；另一部分作為SRAM用于算法的關鍵模塊。這里需要做一些反復的調整和測試，來找出一個最優化的L1配置方案，最終目的是達到L1 內存使用效率（命中率）最大。
3.最大效率地使用DMA通道
越來越多的處理器為IO接口提供專用的DMA通道，以減 輕處理器做數據輸入輸出的負擔。Blackfin上除了音視頻接口的DMA外，還有專用的內存DMA通道。但是要最優化地使用DMA，最重要的是使用乒乓 緩沖，使處理器和DMA通道流水化工作。在數據輸入，算法內部的內存DMA，數據輸出等每個環節上都要使用DMA和乒乓緩沖，才能保證系統效率最高。這需 要每個驅動和軟件模塊都支持這樣的數據結構和運行模型。
綜合起來，新型處理器上往往集成了多種提高性能的機制，軟件系統優化的思路，就是保證系統總帶寬（如多總線，多DMA通道）和總運算單元（如多核，多乘法器）的并行化、流水化，這需要開發人員從系統和應用不同的層面來保證。
4.性能分析
系統使用的RTOS帶來的額外開銷主要就是定時為10ms的Timer Tick，可以忽略不計。而由于BF537高超的網絡性能，網絡傳輸所占用的處理器時間也非常小。主要的處理器時間消耗在音視頻的智能分析和編碼上。
本項目可以運行在單核或雙核Blackfin平臺上，接收端用開源項目Video Lan Client（VLC）來接收并播放。對于單周期指令集的600MHz Blackfin內核，我們一般用600 MIPS來表示單核的總處理器能力，下表列出的部分系統模塊消耗處理器能力也用MIPS來表示，如下表 （表2）所示。
表2 IP Camera 的性能測試 （單位：MIPS）
從上面的性能列表可以看出，對于系統中可以使用的每一個模塊，我們都可以有一個不同參數下的性能分析，在此基礎上，使用不同性能的處理器，不同的模塊， 不同的編碼格式，甚至不同的幀率，我們可以針對各種應用組合出不同的系統，實現產品的差異化。比如我們可以完全運行智能處理算法，只在必要的時候啟動編碼 模塊發送關鍵部分的媒體流；也可以平時以低碼率、低幀率運行編碼模塊，由智能模塊動態控制提高關鍵幀的碼率和幀率。這樣的智能監控系統，會更加實用化，最 大程度地減輕人工負擔。
圖2 基于Blackfin的智能監控IP Camera
5.小結
未來嵌入式處理器的發展，以高計算性能、硬件IP協處理、多核、面向應用等特點，軟件平臺和軟件開發人員需要適應這樣的變化和特點。正向著智能化方向快 速發展的監控領域，正需要這樣的軟硬件平臺提供支持。Blackfin處理器家族作為新一代處理能力和控制能力融合處理器的代表，需要設計更新更完善的軟 件平臺與其相配合，才能充分發揮其性能和靈活性，既能最快滿足市場的需要，又能保證各廠商之間的區別和創新。同時ADI公司及其合作伙伴提供多樣化的工具 和支持，來保證客戶能夠快速、低成本地開發出市場需要的各種嵌入式產品。
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工商網監
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