視頻監(jiān)控的需求起源和發(fā)展趨勢(shì)

　　視頻監(jiān)控起始于一種局域范圍的業(yè)務(wù)需求，最早是把模擬攝像機(jī)與模擬顯示器直接連接，眼睛盯著顯示器看，同時(shí)手里移動(dòng)攝像機(jī)，這就構(gòu)成了視頻監(jiān)控中的兩種最最基本的業(yè)務(wù)形態(tài)：“看”和“控”。后來(lái)視頻監(jiān)控作為安防領(lǐng)域的一個(gè)子系統(tǒng)，從單一的模擬“攝像機(jī)+顯示器”進(jìn)化成一堆模擬攝像機(jī)經(jīng)過(guò)模擬線路、模擬矩陣投到監(jiān)控室的顯示屏組上，以及通過(guò)云臺(tái)和鍵盤反向控制攝像機(jī)，形成視頻監(jiān)控的早期標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，其實(shí)主要還是監(jiān)“看”和“控”制。 “存”的業(yè)務(wù)需求出現(xiàn)，把業(yè)務(wù)模式從眼睛盯著屏幕看推進(jìn)到把連續(xù)的圖像記錄下來(lái)，有事件的時(shí)候進(jìn)行翻查，極大的擴(kuò)展了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可用性。“存”的業(yè)務(wù)在早期模擬時(shí)代受限于存儲(chǔ)介質(zhì)，應(yīng)用不是很方便，還不是主體業(yè)務(wù)，而到了硬盤錄像機(jī)DVR出現(xiàn)后，就逐漸成為視頻監(jiān)控的主體業(yè)務(wù)了。

　　而當(dāng)視頻監(jiān)控規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大的時(shí)候，兩個(gè)新的業(yè)務(wù)需求逐漸浮現(xiàn)：“管”和“用”。一方面，大量的前端硬件資源通過(guò)人工進(jìn)行管理的成本已經(jīng)太高，必須基于某種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)中心端對(duì)前端攝像頭、編碼器、硬盤錄像機(jī)等設(shè)備的綜合管理，并進(jìn)一步基于這種管理手段提高“控”的效率;另一方面，由于“存”的業(yè)務(wù)，大量的圖像資源被記錄下來(lái)，基于這些圖像資源的分析、對(duì)比、重組會(huì)衍生出無(wú)數(shù)的智能業(yè)務(wù)形態(tài)和大數(shù)據(jù)價(jià)值，稱之為“用”的業(yè)務(wù)?？偠灾曨l監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展至今，展望未來(lái)，所有的業(yè)務(wù)千變?nèi)f化，都脫不開(kāi)“看控存管用”這五種最基本的業(yè)務(wù)元素。從基本業(yè)務(wù)的層面看視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展走勢(shì)正是這五種業(yè)務(wù)元素從單一到多元、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從局域到廣域的內(nèi)在需求驅(qū)動(dòng)所致。

　　用IP網(wǎng)絡(luò)作為視頻傳輸通道，基于NGN架構(gòu)將視頻監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)部件部署并管理，將整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建成一個(gè)完整的大系統(tǒng)。由于在NGN架構(gòu)下，所有的部件和資源，包括前端、存儲(chǔ)、傳輸、顯示、控制都可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)全域的管理和調(diào)度，因此對(duì)于“看控存管用”五大業(yè)務(wù)元素都可以很好的跨空間來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且由于NGN架構(gòu)本身是脫胎于通訊大網(wǎng)的設(shè)計(jì)，采用控制和業(yè)務(wù)分離的模式，因此不會(huì)隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大而出現(xiàn)業(yè)務(wù)性能的瓶頸。

　　因此，IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控代表未來(lái)的發(fā)展方向。

　　超高清IP視頻監(jiān)控時(shí)代即將到來(lái)

　　就視頻監(jiān)控最最基本的“看”業(yè)務(wù)，其發(fā)展始終圍繞“看得見(jiàn)，看得清，看得懂”的邏輯向前發(fā)展。視頻監(jiān)控前端采集產(chǎn)品IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的清晰度從100萬(wàn)、200萬(wàn)到300萬(wàn)、500萬(wàn)甚至800萬(wàn)像素，超高清晰度正一步一步向我們走來(lái)。在一些大型監(jiān)控建設(shè)項(xiàng)目使用1080P全高清IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的時(shí)候，已經(jīng)有一些領(lǐng)先廠家推出了300萬(wàn)和500萬(wàn)像素的超高清IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。以500萬(wàn)攝像機(jī)為例，由于500萬(wàn)像素機(jī)型分辨率達(dá)到2560×1920，這相比200萬(wàn)像素的1920×1080，其水平清晰度從1050線提升到了1450線以上，使得視頻觀感滿意度大幅提升(如圖1-4)。

圖1 200萬(wàn)像素清晰度測(cè)試

圖2 500萬(wàn)像素清晰度測(cè)試

圖3 同樣視場(chǎng)角下200萬(wàn)攝像機(jī)拍攝

圖4 同樣視場(chǎng)角下500萬(wàn)攝像機(jī)拍攝

　　同時(shí)，對(duì)滿足于現(xiàn)有清晰度的用戶，超高清視頻監(jiān)控的重大意義還在于與1080P同清晰度的情況下，監(jiān)控視場(chǎng)角度更大，監(jiān)控范圍得到了大幅度提升(如圖5)。

　　圖5 相同分辨率下720P高清/1080P全高清/500萬(wàn)超高清攝像機(jī)拍攝視場(chǎng)角度對(duì)比

　　H.265超高清IP系統(tǒng)解決方案：成就價(jià)值，定義未來(lái)

　　由于前端視頻采集分辨率的大幅度提升，監(jiān)控?cái)z像機(jī)的瓶頸主要集中在視頻處理和壓縮編解碼技術(shù)上。電影電視行業(yè)只注重畫(huà)質(zhì)卻不太注重編解碼效率，而監(jiān)控?cái)z像機(jī)完全不同，在大幅提升畫(huà)質(zhì)的同時(shí)，需要編解碼碼率和延遲越小越好，這樣才能確保監(jiān)控視頻畫(huà)面具有實(shí)時(shí)性，以便在出現(xiàn)緊急事件時(shí)做出快速響應(yīng)，同時(shí)清晰地記錄下重要的視頻資料。

　　當(dāng)前行業(yè)普遍采用的H.264/AVC壓縮后的碼率還是難以滿足人們對(duì)于超高清視頻的愿望，主流廠家一般采用H.264 High Profile壓縮編碼，500萬(wàn)@30fps視頻使用該等級(jí)編碼需要6~10Mbps，而很多廠家仍然在用H.264 Baseline Profile低等級(jí)壓縮編碼，1080P@30f在該等級(jí)壓縮編碼下就需要4~6Mbps。顯然，在人們對(duì)硬盤和網(wǎng)絡(luò)帶寬都不想做更多投入的情況下，超高清攝像機(jī)需要具有更高壓縮效率的壓縮編碼技術(shù)才能夠被大眾所接受。2013年4月被國(guó)際電聯(lián)批準(zhǔn)的H.265/HEVC壓縮編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)把壓縮率提升到了一個(gè)新的高度，從理論上來(lái)說(shuō)，在同樣畫(huà)質(zhì)下H.265/HEVC比H.264/AVC可降低50%以上的碼率。這對(duì)于超高清視頻監(jiān)控的產(chǎn)業(yè)化和實(shí)用化有重要意義，H.265/HEVC會(huì)給我們帶來(lái)全新的感受。

　　2014年9月，筆者公司基于H.265/HEVC標(biāo)準(zhǔn)推出業(yè)界第一顆超高清IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)處理器Hi3516A(如圖6)。該Hi3516A處理器采用先進(jìn)的H.265/HEVC算法，改善了H.265/HEVC標(biāo)準(zhǔn)固有的圖像振鈴效應(yīng)，極大減少了大運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景下的拖尾現(xiàn)象和塊效應(yīng)，并在保持與H.264/AVC相同的圖像畫(huà)質(zhì)下編碼碼流降低50%。同時(shí)，Hi3516A靈活的高性能ARM Cortex-A7處理器配合筆者公司第二代智能分析協(xié)處理單元IVE2.0，提供周界防范、人臉識(shí)別等多達(dá)40種智能分析應(yīng)用。其真正的基于行曝光模式多幀合成WDR和第三代3D降噪技術(shù)，即使在惡劣的光照環(huán)境下也可提供出色的圖像質(zhì)量。Hi3516A最高支持500萬(wàn)超高清像素實(shí)時(shí)視頻編碼，并采用海思先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)低于100ms的網(wǎng)傳延遲。

圖6 Hi3516A超高清IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)SoC處理器

　　對(duì)于視頻監(jiān)控行業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，只有前端超高清視頻采集設(shè)備是不能構(gòu)成整體超高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的，需要有超高清視頻監(jiān)控后端存儲(chǔ)和顯示產(chǎn)品NVR的支持(見(jiàn)圖7)。

圖7 超高清IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成

　　筆者公司將在2015年1月配套推出業(yè)界第一顆專業(yè)H.265/HEVC超高清視頻監(jiān)控存儲(chǔ)和顯示產(chǎn)品NVR處理器Hi3536。該Hi3536處理器采用高性能的視頻編解碼器，最高可實(shí)時(shí)解碼16路1080P H.265/HEVC視頻流或者4路4K H.265/HEVC視頻流，支持視頻以4K@60幀的速率顯示，或者同時(shí)支持多達(dá)9路1080P@30幀高清顯示輸出。同時(shí)，Hi3536靈活的高性能4核ARM Cortex-A17處理器(性能是同頻率Cortex-A9處理器的1.6倍)，主頻高達(dá)1.6GHz，同時(shí)集成一顆ARM頂級(jí)GPU——Mali T721，支持客戶實(shí)現(xiàn)各種完美的UI和智能相關(guān)輔助功能設(shè)計(jì)，并配合海思半導(dǎo)體自有的第二代智能分析協(xié)處理單元IVE2.0，提供周界防范、人臉識(shí)別等多達(dá)40種智能分析應(yīng)用。Hi3536集成多達(dá)4個(gè)SATA3.0接口，滿足超高清存儲(chǔ)需求，同時(shí)支持雙GMAC，網(wǎng)絡(luò)速率高達(dá)640Mbit/秒。

　　結(jié)語(yǔ)

　　對(duì)于視頻監(jiān)控應(yīng)用來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)和容量成本一直是方案設(shè)計(jì)時(shí)需要反復(fù)權(quán)衡的關(guān)鍵矛盾之一。當(dāng)大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)模式和集中存儲(chǔ)方案開(kāi)始推廣后，網(wǎng)絡(luò)帶寬的瓶頸也逐步浮現(xiàn)，尤其是超高清應(yīng)用的普及，更凸顯了這些問(wèn)題，提高壓縮性能的需求日益迫切。與H.264/AVC相比，H.265/HEVC的最大本領(lǐng)是可以在維持畫(huà)質(zhì)基本不變的前提下，讓數(shù)據(jù)傳輸帶寬縮減至H.264/AVC的一半，同時(shí)其還支持最高為7680×4320的分辨率。因此不管是以后的4K或者是更高級(jí)別的超高清視頻，我們同樣可以通過(guò)H.265/HEVC格式進(jìn)行編碼。

　　隨著筆者公司H.265/HEVC劃時(shí)代產(chǎn)品即Hi3516A與Hi3536處理器的上市，超高清的畫(huà)質(zhì)以及低帶寬的網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲(chǔ)與顯示得以實(shí)現(xiàn)，解決了高清化和網(wǎng)絡(luò)化帶來(lái)的業(yè)界公認(rèn)的“帶寬、存儲(chǔ)、顯示”三大難題，必將引領(lǐng)整個(gè)視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。

　　筆者公司將持續(xù)致力于H.265/HEVC超高清IP視頻監(jiān)控市場(chǎng)的產(chǎn)品研發(fā)，并為行業(yè)內(nèi)客戶帶來(lái)融合先進(jìn)技術(shù)、極具性價(jià)比的產(chǎn)品和整體解決方案，將與眾多客戶一起分享H.265/HEVC這一場(chǎng)行業(yè)的盛宴，一同成就視頻監(jiān)控新的價(jià)值。
 

　　(作者現(xiàn)任海思半導(dǎo)體有限公司芯片組市場(chǎng)部市場(chǎng)經(jīng)理)