利用多媒體處理器構建基于IP網絡的智能安全監控系統

在安全意識日益增強的今天，像銀行、辦公室、商店、居民公寓以及公眾場合對高質量的視頻監控設備的需求正在不斷增長。為了滿足出這些需求，數字視頻錄像機(DVR)、IP網絡和IP攝像機提供了比傳統的模擬攝像機/VCR錄像系統高得多的靈活性、可升級性和圖像質量。基于IP系統的數字化的固有特征，也能夠把更多的智能嵌入到從能夠實現最大帶寬的先進音視頻編解碼芯片到具有運動檢測/跟蹤和面部識別的先進圖像分析功能的各類系統芯片中。

從VCR到DVR

在過去十年中，安全監控系統經歷了巨大的改變。盡管目前仍有不少的將復合視頻信號用同軸電纜傳送到中央控制/監控臺的模擬攝像機，但目前控制臺系統中的一系列傳統的VCR設備已經被基于PC的DVR所取代。這些DVR將送進來的視頻信號轉換成數字信號，然后將它們壓縮到某些數字格式(通常是運動JPEG或MPEG-4)，并將它們存入硬盤。對于安全技術來講，這就不再需要不停地更換錄像帶，或者為了定位某個時間段而不得不翻閱數小時的錄像資料。

用數字形式來存儲圖像還可以實現基于VCR的系統無法實現的功能。經過私有IP網絡或互聯網可以訪問存儲在基于PC系統的硬盤上的數字視頻，這就可以實現遠程監控。圖像分析和處理軟件還可以實現額外的功能，例如運動探測、跟蹤和圖像合成，這樣，工作人員可以立即獲得一些非正常活動的告警，并對之進行監控。目前，為中小規模商場、樓宇或家庭提供低成本監護方案的基于周邊DVR的系統，也開始具備上述的某些先進功能。

傳統上，無論是基于PC還是基于DVR的監控系統，都需要對多路視頻流進行數字化處理并實時壓縮成為運動JPEG或MPEG-4格式后再送入硬盤。這要依賴高速ADC和強大的DSP來實現，還要在基于PC的系統中或者單獨的DVR中植入PCI總線卡。DSP中所需的處理能力取決于進來的視頻信號的分辨率和所需的壓縮比。過去，許多監控攝像機基于像素分辨率為352×240(NTSC)或352×288(PAL)的準普通媒體格式(CIF)圖像傳感器，而控制臺設備僅將其壓縮到運動JPEG格式，這種格式中，每個視頻幀或交織場被分別壓縮到JPEG圖像。

然而，由于發展趨勢要求更高的圖像質量和幀率，先進的基于PC和基于DVR的控制臺需要處理來自于525線/60Hz或625線/50Hz的TV質量的全D1格式的視頻。包含由YCbCr 4:2:2編碼的未經壓縮的分量視頻以及PCM語音軌跡和時間碼信息的D1格式，在被送入硬盤之前通常被壓縮成復雜的MPEG-4格式。特別注意的是，MPEG-4編碼需要非常強大的DSP能力。

NXP半導體最近推出的基于32位TriMedia的PNX1500和帶有媒體處理器的PNX1700正是為流媒體應用專門設計的。特別適合于監控應用的這些處理器的片上特有功能包括圖形量化和解交織、用于單屏顯示/圖形交疊的二維圖形加速，多路視頻輸入以及以太網10/100MAC。

不過，它們在監控應用中最重要的還是將多路CIF和D1視頻流實時編入MPEG-4和H.264碼流中的能力，以及以相對較低的時鐘(400~500MHz)確保冷運行和能量效率的方式來實現上述工作的能力。除了NXP媒體處理器的初始處理能力外，完成多通道的實時編碼還很大程度上依賴于TriMedia核上運行的編碼算法的質量。

為了達到這些算法所需的性能，NXP與上海Suntimes電子技術有限公司合作。采用該公司最新的MPEG-4編碼算法，一片單獨的500MHz的PNX1700能夠將兩個D1視頻通道或者8個CIF通道的視頻實時編入MPEG-4碼流中。這一在單芯片中編碼多路通道的能力，大大地降低了成本、功耗以及監控設備中的印刷電路板面積。Suntimes公司的視頻編碼算法，符合ISO/IEC14496-2簡化版標準，并支持從16×16到720×576像素高寬比的視頻壓縮、可變比特率(VBR)和可變壓縮比(VCR)以及從100kbps~2Mbps的連續可變傳輸率。此外，還報告用于MPEG-4和H.264編碼的存儲器緩沖地址，這就使得系統主控軟件可以審查緩沖器，來設置運動監測功能的檢測區域和靈敏度。

為了支持客戶定制應用的研發，NXP提供了一系列包括媒體處理器的PCI總線卡，還有可供用C/C++進行軟件開發的大型軟件庫。圖1和圖2給出了用于多通道視頻編碼的處理器典型架構。

圖1：8通道CIF DVR配置示意圖。

圖2：4通道D1 DVR配置示意圖。

從模擬到IP攝像機

盡管控制臺已經全部數字化，但從攝像機到控制臺的視頻信號傳輸網絡的拓撲結構并沒有改變。每個模擬攝像機仍然需要用專用的同軸電纜把信號送到控制臺，或者送到時分復用器。為了保證圖像質量還要求電纜盡可能地短。模擬攝像機這些缺點，以及基于以太LAN的數字網絡的日益普遍，加速了IP攝像機的使用。