无线智能IP监控面临的技术挑战和解决方案

在当前的国际金融危机下，视频监控是少数逆市增长的行业之一。市场调研机构ABI Research预测，2009年将有两类电子产品持续快速增长，其中之一就是视频监控，特别是基于IP的智能视频监控应用。iSuppli公司也预测，与视频监控应用紧密相关的中国安防产业到2012年的营收将从2007年的151亿美元增长到247亿美元。

事实上，2008年全球视频监控市场销售额实现了30%至40%的增长，这主要得益于数字视频监控技术的不断成熟和政府对平安城市建设等相关产业的投资拉动。传统视频监控设备集中于金融、交通、公共设施等行业市场，随着监控设备的价格门槛越来越低，特别是无线IP视频的规模化应用，未来监控系统将逐步扩展到各行各业乃至家庭用户。

当前3G移动通信网络已经在全球主要国家大面积部署，同时WiFi热点日益普遍，基于无线宽带的IP视频监控应用即将呈现井喷之势。无线IP视频监控网络构建灵活而方便，可提供平安城市、应急指挥、环保监控、中小企业监控、家庭监控等面向不同目标用户的贴身解决方案。

目前，包括亿维东方、合肥优视等国内领先的视频监控设计方案提供商都将无线视频监控产品作为2009年的重点方向之一。此外，除了无线应用的增长发展趋势外，随着监控应用的规模化和网络化，智能化将是视频监控系统发展的另外一个必然趋势。智能化趋势不仅有助于减轻人力工作量和节省存储成本，而且有助于实现目前普遍缺乏的预防控制功能。

ADI公司DSP市场经理詹柯指出：“目前视频监控管理面临的主要问题是‘监’和‘控’都依靠人力要实现，但这种方式有以下4个不易克服的弱点，即人的注意力和视力容易疲劳、只能用于事后查验，不能预防或制止、对存储容量要求很高、以及检索起来相当困难。”

智能监控系统通过利用处理器和视频分析技术，代替人眼和人脑完成监控环节的工作，它可带来以下四大独特的好处：实时预警、主动预警、全天候监控和按需监控。特别是按需监控功能，它可大大减轻系统的存储压力。

具有智能分析功能的新一代监控系统将大大扩展视频监控的应用领域，除了传统的安防应用外，人体行为(脱岗检测、徘徊检测)和智能交通将开辟大量的新兴应用市场。但目前智能监控系统的开发也面临著很多的技术挑战，特别是如何针对特定的应用开发适当的算法，包括如何正确地识别物体、行为、边界条件、不同人脸和火焰，以及如何正确地进行计数统计和交通管理。

“智能监控可以纯由PC软件来实现，也可以基于成本的考量在PC+DSP、FPGA或嵌入式DSP平台上实现，其智能监控水平则主要取决于算法成熟度。”詹柯说，“当前的智能监控工程的应用还比较单一，基本上集中在入侵检测和运动物体检测，很多先进的算法功能还缺乏工程应用，造成这一问题的原因是市场需要兼备成本与性能的DSP芯片。”

目前智能监控的设计挑战主要来自于监控工程应用对可靠性、实时性和可部署性的需求，如在可靠性方面，要求有强大的算法基础、有针对具体应用需求的规则和抗干扰能力；在实时性方面，要求系统具备实时输入、实时运算和实时控制的能力；在可部署性方面，要求系统能与当前混合式(模拟与数字)监控系统接口、可独立工作、可内嵌至设备、具备规则设定与维护能力、以及低成本。

1 传统处理架构的局限性

传统的视频监控应用以行业用户为主，采用MCU+ASIC方案，这类视频监控应用通常实现低分辨率的视频信号处理、基本控制和数据传输，图像质量较差，功能较单一。随着视频监控技术的进步以及应用需求的增长，更高的视频体念、无线IP连接和智能分析功能发展趋势使这类应用方案正面临性能捉襟见肘的尴尬。

无线传输与有线传输最大的差别是无线网络带宽不稳定，基于DSP的方案采用软件的实现方式，可以根据带宽调整视频的大小、码流、帧数等，针对无线信道特点优化视频压缩算法，因此无论网络情况如何，都可以保障视频的流畅，不像采用MCU+ASIC方案所常见的马赛克和断帧的现象。无线应用通常由于环境更为多样化，无线模块本身也是功耗消耗以及散热的大户，甚至有些移动应用是电池供电，对处理器的低功耗有很高的要求。MCU+ASIC(或MCU+DSP)的双处理器芯片架构决定了其功耗对于无线特别是移动无线应用相对较高。

此外，随着技术的进步，基于IP的视频监控逐渐向包括高清特性的更高视频体验的趋势发展，而其结果是更复杂的算法，以及对主芯片的处理能力提出更高的要求。传统的监控摄像机基于像素分辨率为CIF格式，压缩标准复杂度低，从而对主芯片的处理性能要求不高。但是随着IP视频监控的迅速发展以及相关视频标准的进步，人们期待更高的图像清晰度和更高的帧率，如D1（704×576）或者更高的清晰度。同时，随着无线IP视频监控的流行，还需要考虑如何在传输过程中占用更少的带宽，因此MPEG4和H.264正在成为主流。而这些更高的视频信号分辨率和压缩格式大大提高了对核心处理器的处理能力的需求。而传统的MCU+ASIC的方案要实现更高清晰度的视频，通常必须增加协处理器。

此外，人脸识别、运动物体主动追踪、人流统计等多种智能功能已开始逐渐广泛商用。对于这类需要智能图像分析的特定应用来说，传统解决方案无法完成视频分析所需要进行的大量运算处理，必须在MCU+ASIC之外增加协处理器，这种复杂的解决方案无论是BOM成本、功耗还是开发难度都不足取。视频监控系统的网络化和分布式处理的要求，以及大规模工程安装对成本、体积和功耗的限制和非标准化的智能视频分析，使得具有软件设计的灵活性和具有强大处理能力的DSP具有更明显的优势。