利用多媒体处理器构建基于IP网络的智能安全监控系统

在安全意识日益增强的今天，像银行、办公室、商店、居民公寓以及公众场合对高质量的视频监控设备的需求正在不断增长。为了满足出这些需求，数字视频录像机(DVR)、IP网络和IP摄像机提供了比传统的模拟摄像机/VCR录像系统高得多的灵活性、可升级性和图像质量。基于IP系统的数字化的固有特征，也能够把更多的智能嵌入到从能够实现最大带宽的先进音视频编解码芯片到具有运动检测/跟踪和面部识别的先进图像分析功能的各类系统芯片中。

从VCR到DVR

在过去十年中，安全监控系统经历了巨大的改变。尽管目前仍有不少的将复合视频信号用同轴电缆传送到中央控制/监控台的模拟摄像机，但目前控制台系统中的一系列传统的VCR设备已经被基于PC的DVR所取代。这些DVR将送进来的视频信号转换成数字信号，然后将它们压缩到某些数字格式(通常是运动JPEG或MPEG-4)，并将它们存入硬盘。对于安全技术来讲，这就不再需要不停地更换录像带，或者为了定位某个时间段而不得不翻阅数小时的录像资料。

用数字形式来存储图像还可以实现基于VCR的系统无法实现的功能。经过私有IP网络或互联网可以访问存储在基于PC系统的硬盘上的数字视频，这就可以实现远程监控。图像分析和处理软件还可以实现额外的功能，例如运动探测、跟踪和图像合成，这样，工作人员可以立即获得一些非正常活动的告警，并对之进行监控。目前，为中小规模商场、楼宇或家庭提供低成本监护方案的基于周边DVR的系统，也开始具备上述的某些先进功能。

传统上，无论是基于PC还是基于DVR的监控系统，都需要对多路视频流进行数字化处理并实时压缩成为运动JPEG或MPEG-4格式后再送入硬盘。这要依赖高速ADC和强大的DSP来实现，还要在基于PC的系统中或者单独的DVR中植入PCI总线卡。DSP中所需的处理能力取决于进来的视频信号的分辨率和所需的压缩比。过去，许多监控摄像机基于像素分辨率为352×240(NTSC)或352×288(PAL)的准普通媒体格式(CIF)图像传感器，而控制台设备仅将其压缩到运动JPEG格式，这种格式中，每个视频帧或交织场被分别压缩到JPEG图像。

然而，由于发展趋势要求更高的图像质量和帧率，先进的基于PC和基于DVR的控制台需要处理来自于525线/60Hz或625线/50Hz的TV质量的全D1格式的视频。包含由YCbCr 4:2:2编码的未经压缩的分量视频以及PCM语音轨迹和时间码信息的D1格式，在被送入硬盘之前通常被压缩成复杂的MPEG-4格式。特别注意的是，MPEG-4编码需要非常强大的DSP能力。

NXP半导体最近推出的基于32位TriMedia的PNX1500和带有媒体处理器的PNX1700正是为流媒体应用专门设计的。特别适合于监控应用的这些处理器的片上特有功能包括图形量化和解交织、用于单屏显示/图形交叠的二维图形加速，多路视频输入以及以太网10/100MAC。

不过，它们在监控应用中最重要的还是将多路CIF和D1视频流实时编入MPEG-4和H.264码流中的能力，以及以相对较低的时钟(400~500MHz)确保冷运行和能量效率的方式来实现上述工作的能力。除了NXP媒体处理器的初始处理能力外，完成多通道的实时编码还很大程度上依赖于TriMedia核上运行的编码算法的质量。

为了达到这些算法所需的性能，NXP与上海Suntimes电子技术有限公司合作。采用该公司最新的MPEG-4编码算法，一片单独的500MHz的PNX1700能够将两个D1视频通道或者8个CIF通道的视频实时编入MPEG-4码流中。这一在单芯片中编码多路通道的能力，大大地降低了成本、功耗以及监控设备中的印刷电路板面积。Suntimes公司的视频编码算法，符合ISO/IEC14496-2简化版标准，并支持从16×16到720×576像素高宽比的视频压缩、可变比特率(VBR)和可变压缩比(VCR)以及从100kbps~2Mbps的连续可变传输率。此外，还报告用于MPEG-4和H.264编码的存储器缓冲地址，这就使得系统主控软件可以审查缓冲器，来设置运动监测功能的检测区域和灵敏度。

为了支持客户定制应用的研发，NXP提供了一系列包括媒体处理器的PCI总线卡，还有可供用C/C++进行软件开发的大型软件库。图1和图2给出了用于多通道视频编码的处理器典型架构。

图1：8通道CIF DVR配置示意图。

图2：4通道D1 DVR配置示意图。

从模拟到IP摄像机

尽管控制台已经全部数字化，但从摄像机到控制台的视频信号传输网络的拓扑结构并没有改变。每个模拟摄像机仍然需要用专用的同轴电缆把信号送到控制台，或者送到时分复用器。为了保证图像质量还要求电缆尽可能地短。模拟摄像机这些缺点，以及基于以太LAN的数字网络的日益