Intelligent Digital Video Surveillance Is Bounding to Mature

摘要：视频监控技术伴随着“平安中国”的畅想以及北京奥运会和上海世博会等大型活动的顺利举办，成为近期备受关注的电子技术应用领域。作为智能数字视频核心的半导体器件，在智能监控技术的普及中占据着极为重要的地位，本文通过多个角度，解析数字视频监控发展趋势及其对半导体产品的需求。

关键词：视频监控；传感器；DSP；FPGA

DOI：10．3969/j.issn.1005-5517.2011.04.001

对于每个人而言，平安是幸福生活最基本的要素之一，而如何保障平安生活，无疑需要时刻有一双慧眼的保护。无论是生活安全的监控、突发事件的预警、交通违章情况和流量监控还是重点场所的安全保障，甚至山林火险监控、边界和领海各种情况的监控等，都需要先进的智能数字视频监控系统做保障。

具体到中国，人口众多地域辽阔的特点仅仅依靠人力很难满足保障国土安全、人民安居乐业的需求。因此，无论近年来全球经济如何动荡，中国的公共安防市场却总是保持旺盛增长的势头。“平安中国”计划的推广，特别是随着2008年北京成功举办奥运会过程中，国产的监控产品广泛被采用，表现不凡，进一步引发了国内数字化视频监控产业的发展。

数字视频监控系统是以数字视频处理技术为核心，综合利用光电传感器、计算机网络、自动控制和人工智能等技术的一种新型监控系统。数字视频监控系统除了具有传统闭路电视监视系统的所有功能外，还具有远程视频传输与回放、自动异常检测与报警、结构化的视频数据存储等功能。与数字视频监控系统相关的主要技术有视频数据压缩，视频的分析与理解，视频流的传输与回放和视频数据的存储。

技术发展趋势

TI DSP业务发展经理郑晓龙认为，数字视频监控的核心技术主要有四种，即视频压缩、影像处理、视频显示和视频分析，如图1所示。回顾数字视频监控的发展历程，数字音视压缩技术的发展导致了压缩标准的制定，数字音视压缩技术包含视频编码和解码，在视频监控应用中已由MPEG4过渡到H．264而成为主流，而SVC作为一个效率更多的标准也将接受市场的考验。在各种宽带和无线数字监控系统中，既有多通道处理的需求，也有多格式、多码率及多视频流的支持。

富士通半导体(上海)有限公司市场部产品经理沈弘人则将监控产品的技术及市场需求概况为五大发展趋势。

网络化

市场需求：消费型客户的需求量较大对高清需求不多，售价低，以公众互联网布线为主；而项目客户则需求量较少，对高清需求较多，但售价高，且多半以内网／专网布线为主。

技术发展：向高清视频(HD／Full HD)方向发展，可进行实时压缩(H．264)，并经由IP网络实时传送(Real-TimeStreaming，一般网络的传送递延时间最好不超过一秒。

智能化

市场需求：除传统云台控制摄像头转向／缩放功能外，智能影音分析(前端及后端)的应用需求将越来越多。

技术发展：智能影音分析软件，如移动动物／人脸追踪、危险物(静态物体)监测、火灾监测、门禁人员／车辆计数等。大部分智能影音分析都在后端实施，如中控系统(CMS)，或是软件离线分析，但也有一些智能影音分析功能逐渐开始内置在头端(摄像头)进行重要事件监测及数据分析。

高清化

市场需求：目前市场需求的起始规格为720P 30，进阶规格则为720P 60或1080P 30。而有些应用，如车牌辨识(LPR)，甚至需要1080P60或是更高的规格。

技术发展：为了满足高清化需求，传感器技术也逐渐走向高阶CMOS(1．3M，2M，5M等)，而CMOS在高动态(HDR)和低照度(low lux)方面也已经赶上CCD的水平。另外，高阶影像处理器(ISP)、高阶编码技术(H．264)及高分辨率镜头(HDLens)也是重要的技术发展方向。

安全化

市场需求：数字视频录像(DVR)、网络数字视频录像(NVR)、高容量硬盘(HDD)、磁盘阵列(DiskArray)的市场需求大增，也因而让数据存储更容易、更安全。

技术发展：扩充DVR／NVR到集中式网络储存技术(NAS)或是主从式储存设备网络技术(SAN)以及加强网络防火墙(Fire Wall)，让数据储存更安全，且具备容错能力，灾难备援，以及快速回复数据之能力。

分工化

市场需求：高端监控市场的特性包括应用多元化、规格定制化和少量多样化，且要求存储时间长，因此对质量的要求比一般消费性产品高很多，所以每个组件都应具有最高规格和性能，这也使高端监控的产业链必须达到专业分工。

技术发展：传感器(CCD或CMOS)、高阶影像处理器(ISP)、影像压缩编解码器(CODEC)、网络传输(IP Video Streaming)和高清闭路电视(HDCCTV)等各自发展或部分整合。换句话说，没有一颗单芯片(SoC)能完全满足高端监控的需求，当然对于入门级的家用监控系统则可能用一颗单芯片就可以完成。

莱迪斯半导体市场营销副总裁Douglas Hunter则直言未来视频监控两个最重要的趋势是：百万像素摄像机和高动态范围(HDR)照相机。对于半导体制造商，这意味着需要向市场提供器件，提供更高的处理能力，以便处理由兆像素图像传感器和HDR处理需求结合所引起的大量数据的增加。Maxim业务总监JimFox则认为，视频监控市场的整体增长率将保持在5％-10％左右，而IP摄像机这样的具体产品增长率可以达到30％以上。最重要的技术发展趋势除了高清和百万像素摄像外，智能视频分析和成像也非常重要。

当然，趋势总是由市场的需求所推动的。视频监控市场正要求更高的分辨率和更精准的图像内容，包括场景内容和活动的“智能”识别(如车牌号码识别，清点人数的能力，检测侵入者)。可以用被称为视频分析(VA)的自动化软件夹处理越来越多的复杂视频监控。为了能够有效、避免产生“误报“，VA软件需要较高的分辨率和HDR处理。这就是对摄像机制造商的要求，以高帧率来处理大量的数据。

摄像头高清、3D一个都不能少

高清技术将使数字视频监控系统彻底淘汰传统模拟系统，于是在CIF／D1分辨率的基础之上，720p和1080p的呼声很高，视频压缩技术在新的潮流下得到了进一步的提升。Aptina Imaging公司资深业务发展／市场经理Cliff Cheng认为，监控摄像头领域最普遍的发展趋势是转向分辨率为720P和1080P两种格式的高清(HD)摄像头，而所提供的接口选项的数量增加了，包括子兆位以太网、闭路高清(HDCCTV)以及IP over Coaxial(电缆)，这些都正逐渐成为HD视频的首选接口。多媒体2D／3D图像加速技术已开始引入，HDMI高清接口将成为必需，显示加密技术也许不可或缺。

随着CMOS视频传感器技术的成熟和推广，数字一体化摄像机将融合更多的影像处理技术，其中包括自动曝光(AE)、自动白平衡(AWB)和自动聚焦(AF)技术将有可能被掌握。随着继承有视频前端的单片系统(SoC)的推出，不仅支持上述的弘功能，还有可以支持3D噪声滤波、人脸检测、LDC镜头校正和WDR宽动态等功能。与CCD图像传感器相比，由于CMOS图像传感器具备同等甚至更好的成像性能、更低的成本、更高的集成度、更低的功耗以及更高的速度，因此在网络摄像头领域的应用也日益增多。高速HD视频摄像头转向CMOS图像传感器的原因之一是CMOS器件固有低功耗的特性。功耗较低的CMOS图像传感器还结合了数项节能功能，如门控时钟(gated cLOCk)设计、可变帧率，以及低待机电流，这些功能均可通过CMOS工艺技术来实现。

莱迪斯半导体的Douglas Hunter认为，视频监控需要图像传感器有更多的像素以得到更好的场景定义，更好的微光性能，并能够为HDR功能提供足够的数据。关于市场趋势，图像传感器将继续从CCD转变到CMOS技术。更高的兆像素传感器将变得司空见惯。为了增强微光性能，更大格式的传感器可能更为常见。像那些菜迪思伙伴的传感器制造商将对传感器从提供并行接口转向串行接口，以便每秒从图像传感器送出更多的像素数据。

一个新兴的发展趋势是加入宽动态范围(Wide DynamIC Range，WDR)功能，借助WDR功能，视频监控摄像头的放置就不再受到限制，几乎可以放置在任何环境中，包括严苛的高对比度光照环境。Aptina用于监控市场的最新HD和全HD图像传感器解决方案都加入了统计引擎、3D立体摄像头支持、感兴趣区域(region of interest)和WDR功能，将更多的计算工作量从视频分析引擎中卸载，让摄像头的算法可以提供更高的准确度和智能化水平更高的功能性。

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