智能视频监控应用系统设计攻略

1、国际电子商情讯 随着宽带有线和无线网络根底设 施的完善以及全球安防市场需求的增长，视频监控的 应用正呈爆发性的增长态势。视频监控系统的开展趋 势非常明显， 在经历了数字化和网络化之后， 下一个 重 要的趋势就是智能化，即智能监控和视频分析技术 的 应用。传统的视频监控山人工进行视频监测发现平安隐患或异常状态，或者用于事 后分 析，这种应用具有其固有的缺点，难以实现实时的平安监控和检测管理。带有 智能分析 功能的监控系统可以通过区分监控对象的外形、 动作等特征， 做到主动收 集、分析数据， 并根据预设条件执行报警、记录、分析等动作。智能监控系统可以 运行于效劳器，也可 以运行在基于DSP的嵌入式

2、系统上，而后者已逐渐成为主流。智能视频的应用大体上可以分安防、人体行为检测和智能交通三方面的应 用。其 中安防应用是被广泛认为是最具潜力的市场，它包括以下儿个应用类别：入侵检测，可以自动检测出视频画面中的运动行为特征；物品移除检测，可以自动检 测物品搬移事件 一一当防区内某特定位置的物品被拿走或搬走时发出报警；遗留物 检测，可以对遗弃物 进行自动检测一一当物品在某个防区内被放置或遗弃的时候自 动报警；智能跟踪，可以 使摄像机对自身的云台和变焦镜头进行自主 PTZ驱动。人 体行为检测应用包括脱岗检测 可以实现自动检测岗哨人员就位情况、徘徊检测 对重要区域人体徘徊检测。智 能交通应用包括：对非法停

3、留的交通工具进行检 测，当交通工具在防区内非法停留时发 出报警；车辆逆行检测，及时区分逆行车 辆。随着准确率和可靠性逐步提高及产品本钱的下降，智能视频在越来越多的场合得到了应用，它能够替代局部安防设备，降低安保人员的工作强度，提高工作效率，减少管理本钱。事实上，智能视频的应用具有非常巨大的潜力。随着技术日趋成熟，智能视频技术的应用领域正在迅速扩展，这些应用主要包括上述的安防、交 通以及零售、效劳等行业，如人数统计、人脸识别、人群控制、注意力控制和交通 流量控制等。实时视频监测的需求正在快速增长，特别是随着实时平安监控应用的需求增力口，实时发现平安隐患或LI标异常行为的功能已经具有越来越重要的现

4、实意义，智能视频监测系统产品在这种日益增长的需求带动下，正在成为视频监控应用的新热点。特别是随着半导体技术的进步，例如以Blackfi n会聚式处理器为代表的先进嵌入式解决平台方案的推出，具有极高性价比和极高实用性的智能视频分析设备不断推出，并在一些关键应用中发挥极为重要的作用。mA毎Ji图1:传统的视频监控应用示意图。智能视频应用设计？攻略硬件平台方案的选择往往决定了系统的整体方案本钱、性能、开发工具和方法的可用性，以及方案未来持续升级的可行性等，因此方案平台选型至关重要。智能视频应用自身的独特性要求在硬件平台的选择上进行综合权衡。视频监控系统的网络化和智能分析要求，以及大规模匚程安装对本钱

5、、体积和功耗的限制，非标准化的智能视频分析方法和儿乎定制化的方案优化方式，使得结合了MCI和DSP尤势、具有软件设计灵活性和强大处理能力的会聚式处理器方案平台表达出更加明显的优势。本文将结合 ADI公司独特的Blackfin会聚式DSP处理器的特点，分析智 能视频设计中主要的设讣技术要点。一、硬件平台选型可定制化能力非常重要。有很多因素制约着视频监控系统智能化的应用步伐：首先是智能监控的视频算法比拟复杂，难于标准化，各个系统提供商的视频分析软件都有自己的独特算法，导致市场上的产品没有统一的标准；其次，视频监控系统的应用场景 比拟复杂，用户的要求多样化，所以定制化的要求比拟多。因此， 视频分析方

6、案通常需 要针对客户的应用特点和需求进行方案优化，采用的算法千差 万别。此外，由于智能视 频应用的高复杂性，对方案的处理能力提出了更高的要 求。MCU+ASIC勺视频监控传统方 案难以实现各种个性化的设计？和高运算能力要求，即使选择普通DSP+MC的双芯片方 案通常也难以满足智能视频监控应用的复杂 运算需求，需要增加协处理器，这种复杂的 解决方案无论是BOM本钱、功耗还是开 发难度都缺乏取。Blackfin处理器充分发挥了 MCU+DS会聚式架构的优势，满足 了智能视频应用的系统控制和高强度的运算需求，特 别是以BF561为代表的高性能 双内核架构已经成为智能视频应用的首选方案平台。方案的可扩

7、展性也是需要考虑的因素。 智能视频分析应用除了需要针对应用 环境、 应用H的进行方案优化外，不同的客户可能还有其他方面的不同需求。例女口，当前一些领先的数字视频监控方案实现了H. 264根本类Level3. 0和MPEG4 D1+CI双码流的支持，未来可能扩展到支持 H. 264 D1+CIF 的双码流。随着智能视 频分析的更广泛应用， 如 IP 摄像机、无线视频监控、智能交通系统等，不同应用 都可能对各种接口功能、通 信标准、用户界面等的需求有较大的差异化，硕件平台 方案对各种需求的灵活扩展性非 常重要。同时，正如前文所述，智能视频分析技术 开展不过数年的时间，随着技术的不 断成熟以及一些相

8、关的标准的出台和改良，产 品的可升级特性至关重要，既是开发者须 关注的问题也是终端客户关切的重要特性。Blackfin DSP在算法并行处理上具有独特优势，特别是ADSP-BF56睬用双DSP核，能够实现很复朵的智能视频处理算法。视频应用优化特性。一些方案尽管具有较强的处理能力和可扩展性，方案是否主要针对视频应用进行过优化设讣也值得关注，因为这直接关系到设讣丄程师可用的软硬件设讣资源以及系统设计难度和可实现的性能。以 Blackfin 处理器为 例， Blackfin 为 高强度、高数据率的数字和媒体处理做了专门优化： Blackfin的儿十个DMA!道和可灵 活配置的Cache很好地满足了视

9、频监控系统对大运算量、高 数据乔吐率的要求；ADI专 门开发了完全优化的音视频编解码器，并免费提供应大 客户；针对视频应用 Blackfin 集成了很多硬件驱动，包括 WiFi 的驱动、音 /视频 编解码器的驱动； Blackfin 的 4 个视 频算术运算单元和视频象素指令集大大加速 了视频运算速度；在智能视频分析的一些基 础算子中，例如直方图统计、中值运 算、 Sobel 运算、形态学中的膨胀运算等都可以利用Blackfin的MIN、MAX指令来消除条件跳转，节省处理器周期。不仅如此，Blackfin还支持13种非视频数据的 向量运算。适当设计数据结构，在前背景别离、阈值计算和 更新等多个

10、环节都可以运用Blackfin的特色指令让智能视频分析算法更快捷。这些本 身就很有效的指令中，大局部指令都能够并行执行，使得Blackfin的处理能力再加倍。低功耗和稳定性很重要。考虑到智能视频监控设备通常都是一周7天，每天24小时运行的，稳定性和功耗也比拟重要。在低功耗上，Blackfin 处理器采用了 多种节能技术：基于一种选通时钟内核设计，可按照逐条指令来选择性地切断功能单元的电源；支持多种针对所需CPU动作极少期间的断电模式；Blackfin处理器 支持一种自含动态电源 管理电路，借助该电路即可对工作频率和电压进行独立控制，以满足正在执行的算法的性能要求；大多数Blackfin处理器都

11、提供片上内核 稳压电路，并可在低至 0.8V的电压 下工作。而Blackfin独特的会聚式处理架构、90nm工艺等打下了其领先的低功耗处理 的根底。山于高处理能力，基于 Blackfi n平台的系统方案可以减少主芯片数量，丰富的 功能和接口可以满足各种外设和功能扩展需求，降低元器件数量，从而保证更高的稳定可靠性。口前在同价位 DSP中Blackfin DSP 的低功耗特性和稳定性是最好的。支持哪些嵌入式操作系统。智能视频分析通常是基于网络的应用，必须要操作系统的支持，因此选择具有广泛嵌入式系统支持能力的解决方案非常重要，这样能确保未来产品在更换操作系统时不至于必须更换硬件平台，保证研发成果的持

12、续可用性。U前可用的嵌入式操作系统众多，各具优势，硬件平台方案对这些操作系统的支持能力是进行方案选型的考虑要点之一。例如，Blackfin处理器可以支持 目前主流的操作系统,包括uCLinux、ThreadX、Nucleus, uCOSII等十多种嵌入 式操作系统，客户完全可以根 据其自身要求选择其熟悉的或更具本钱效益的软件架构根底。ESJlE8IUA*RMh JII *图 2：基于 BF561 的智能监控终端框图。二、开发工具和可用资源智能视频监控设备是一个复杂的系统，涉及到复杂的软硬件设计、人机界 面、通 信连接等，具有较高的系统设计难度。因此，所选择的硬件平台方案是否能 提供完善的 开发

13、工具套件、必要的软件模块、成熟的参考设计、系统设计支持，以 及是否有完整的 设计生态系统等，对于是否能按期高质量地完成系统设计非常关 键。事实上，并不是所 有平台方案提供商都能提供这些支持。以 Blackfin 系列处理器为例，采用 Blackfin 处理器的硬件平台从一般的 DVR、 IP 摄像机、数字视频监控到智能视频监控，已经被全球大量的设备企业的广 泛采用。 Blackfin 处理器获得众多企业的青睐， 具有完整的开发工具和参考设讣 等支持是其受广 泛欢送的重要原因之一。 ADI 提供业界一流的工具、 初学套件与支 持，包括人们熟知的、 能够支持其他Blackfin 处理器的ADI C

14、ROSSCORE件与硬件工具，这些工具包括获奖 的VisualDSP+集成开发与调试环境IDDE、仿真器，以及EZ-KIT Lite 评估版硬件。为提高开发效率，降低开发难度，开发时应尽量在已有的资源上进行，比方开放的例程， ADI 为此提供了非常丰富的例程和资料。例如， ADI 提供免费的"Image Tool Box 图像处理函数库软件包，该软件包专门针对图像处理应用常用的数学函数进行了优化，供客户在进行应用开发时调用。 ADI 还提供完整的参考设 计，以及 曲本地合作伙伴开发的评估板、开发工具、算法 IP、应用模块，以及曲 第三方合作伙伴 提供包括软硕件在内的全套交钥匙方案。 Blackfin 处理器的视频 监控应用 LI 前在中国 已经有多家具有丰富工程经验的笫三方合作伙伴，已经建立完 善的生态系统。以ADI在今年三月份宣布提供基于该公司Blackfin BF526C的完整的IP监控和机器视觉摄像头参考设计为例，该参考设计在单个会聚处理器上提供了强大的视频和音频处理能力，为工程师提供了一个统一的软件开发环境， 可以实现更快的系 统调试和部署， 以及更低的系统本钱。该处理器提供了集成的音频编解码器、流式 视频