1、视频与影像系统概览
随着视频与影像市场不断出现新的功能要求以及多种新兴的视频标准，开发人员需要调整设计，使处理性能、功耗与系统灵活性达到最佳平衡点。便携与插入式应用需要不同级别的功耗以及对视频编码、码制转换、速率转换、视频／影像指令集等实时视频处理的支持。高性能媒体处理器能够实现其它处理器无法提供的处理性能。
*高性能媒体处理应用
由于高性能媒体处理器功能强与指标先进，所以在视频与影像系统中的应用项目与其类型很多，值此仅就其视频与影像系统中的IP网络摄像头、数字硬盘录像机(DVR)、个人视频录像机、数字视频监控录像机(DVR)、NVR(Network Vdeo Recorder)以及智能影像监控系统等等作介绍。
值此本文将对上述的视频与影像系统中的应用项目方案作分析说明。那应先对高性能媒体处理器在视频链中的技术理念作介绍。
*关于视频链技术
高性能媒体处理器产品涵盖视频链的各个环节。视频链包含从原始内容创建到最终欣赏体验的全过程(见图1所示)。客户可利用视频领域的丰富专业技术，以低成本面向多个市场领域快速推出特色产品。
图1所示的视频链包含捕获、处理、交付、接收、视图全过程。捕获是指原始视频内容的采集，它包括模数转换与采样；处理是指内容进行编码、转码、改变速率，并进行分析；交付是指内容通过专用网或公共网传输；接收是指接收到的内容被存储、解码和／或转码；视图是指通过观赏机制访问内容。
图1
2、数字视频监控录像机(DVR)可存储多个摄像机输入
DVR即是Digital Video Recorder——数字视频录像机或数字硬盘录像机.它是一套进行图像存储处理的计算机系统，具有对图像／语音进行长时间录像、录音、远程监视和控制的功能，DVR集合了录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等五种功能于一身，用一台设备就能取代模拟监控系统一大堆设备的功能，而且在价格上也逐渐占有优势。DVR采用的是数字记录技术，在图像处理、图像储存、检索、备份、以及网络传递、远程控制等方面也远远优于模拟监控设备，DVR代表了电视监控系统的发展方向，是目前市面上电视监控系统的片选产品。当今市面上流行的产品有PC平台DVR和嵌入式DVR，嵌入式DVR在稳定性、可靠性、易用性等方面有“专业化”的优势，嵌入式DVR会逐步侵占PC平台DVR的市场。PC平台DVR在通用性、可扩张性方面占有优势，在网络视频监控系统中仍可负担管理主机的角色，仍然有其自身存在的市场份额。
DVR能够以单机或以PC卡的形式来实现。与传统的记录设备相比，DVR的记录时间要长得多。用户可拥有完美的静止图像暂停功能(这在安全监控中是很常用的)。而且，采用数字方式存储的图像不会随着时间的推移而发生品质劣化现象。该设备可用于任何类型的监控，既可以用于商业用途，也可以用于个人用途。
DSP被用于以各种标准和非标准视频格式来压缩图像。此外，DSP还提供了使用智能图像分析功能的能力以及对各种类型的网络协议的支持。图2为用TMS320DM644x数字多媒体处理器实现的数字视频监控录像机方案示意图。
图2
TMS320DM64x数字媒体处理器提供了高的性能。片上的视频端口使你可以轻松的连接到视频器件。并可以轻松驾驭视频及音频编码器／解码器以用于基于视频的基础设施应用。TMS320DM64xf数字媒体处理器可以进行2路D1的实时编码，通过加载不同的编码算法微码程序可以实现多种格式的压缩编码，比较常见的是MPEG4或者H.264等压缩标准，应用灵活，芯片功耗较低，产品稳定有保障。但是内部缺乏Scaler功能，视频的不同尺寸的缩放需要软件来实现，缺乏备硬件电路加速，预览的场合需要耗费额外的资源来处理视频的缩放。在处理进行D1编码时候需要耗费一些资源来进行Delnterlace的处理。其H.264一也被称作MPEGAVC；是低位速率CODEC，但视频质量高于H.263；专为会议电视和可视电话而设计；最初用于DVD编码器。
进行2路D1的实时编码技术的“D1”是指什么？
D1是指分辨率标准。NTSC制为720x480像素。PAL制和SECA制为720x 576像素。
目前在安防监控市场上，主要有三种不同的分辨率标准：CIF--通用中间格式(352×288)、Haf-D1(704×288)以及D 1(704×576)。其中CIF为安防监控领域主流，D1是安防监控领域追求的目标。在安防监控领域很多场合需要清晰的画质，虽然D1产品市场份额较小，但某些特殊场合如金融领域的银行金库、医疗等方面，这些场合对画质的要求相对较高。安防监控市场流行的Full-D1有基干DSP的压缩编码卡和基于ASIC芯片的硬件压缩编码卡两种方案。目前DVR板卡选用DSP方案以用TMS320DM64x或PhiliSP、AD等品牌的芯片较多。而ASC方案则以VWEB为主。
*关于视频模数转换器机的应用
摄像头将采集到的视频模拟数据发送到视频模数转换器（例TVP7000or SAA7130）进行视频解码，该视频模数转换器(A／D)芯片把模拟视频转换成数字视频，模拟视频A／D任务是对输入的信号进行采样量化编码后，转换成标准数字视频信号。数字视频信号送入MPEG-4压缩芯片。模拟电路需要提供A／D转换芯片所需要的时钟频率24.576 MHz，A／D转换芯片将用此频率来同步压缩芯片，这里采用PHJLPS公司的SAA7130是一种高性能的单片NTSC／PAL／SECAM复合视频解码器，低功耗、采用9bit ADC，具有灵活的像素端口，并具有外围电路简单和易于编程等优点。
*TMS320DM64x于可在基于IP的视频会议及视频通话、基于网络摄像机的监控及IP视频节点应用、基于IP的视频会议及视频通话、基于网络摄像机的监控及IP视频节点、视频点播机顶盒、个人视频录像机及数字媒体中心及统计多路复用器及广播编码器设备上应用。
4、TMS320DM644x数字信号处理器的采用
TMS320DM6446／3提升了TI的DaVinciTM技术，以适应下 一代嵌入式器件网络媒体编／解码应用处理的需求。DSP子系统支持可编程音频／视频多媒体引擎，提供了应用的灵活性并支持未来的编解码器标准。集成基于ARM*的应用处理器支持所有必需的呼叫控制、器件驱动器及网络供应服务。视频处理子系统还支持诸如视频恢复、屏幕菜单调节支持(OSD)及全兼容视频I／0能力等功能。
4.1主要特点
TMS320C64x DSP性能：600MHz；ARM926EJ-S，性能：300MHz；带可配置视频／成像外设的视频处理子系统(VPSS)；高度集成的外设；包括视频加速器、4个DACs、硬件化的屏幕菜单调节(OSD)、USB 2．0等；采用10／100 Ethernet MAC的高级连通性；半双工或全双工OoS(联网服务质量)支持；即用型应用软件。例如H.264、H.263、MPEG4、G.729ab、WVM9等；支持普通视频及音频格式的无黏结接口；实时图像处理、恢复、自动聚焦等性能；支持DDR2及SDRAM；封装模式：361引脚无铅BGA封装。
4.2、个人视频录像机/数字媒体中心
高性能流式媒体技术涵盖了众多的数字媒体和新兴的基于媒体的技术，包括将视频、话音和数据内容集成到许多新的多样应用中，从而彻底改变数字媒体内容的交付方式。
在流式媒体所面临的诸多挑战中，包括实时性能、较高的通道密度以及用于在横跨有线和无线网络的情况下实现视频、话音和数据流的同时处理的软件编程灵活性。典型的数字媒体处理功能包括媒体流的编码和解码、代码转换(从一种格式转换至另一种格式)以及数据流的速率变换(从较高的位速率变至较低的位速率)，旨在适应各种各样的系统级相关性。其他的处理功能包括媒体流的压缩、解压缩、加密、包化和传送。
图3为基于TMS320DM644x数字多媒体处理器的IP使能个人视频录像机／数字视频中方案框图。
图3
4.3嵌入式DVR与PC DVR各有千秋
嵌入式DVR就是基于嵌入式处理器（如TMS320DM644x数字信号处理器）和嵌入式实时操作系统的嵌入式系统，它采用专用芯片对图像进行压缩及解压回放，嵌入式操作系统主要是完成整机的控制及管理。此类产品没有PC DVR那么多的模块和多余的软件功能，在设计制造时对软、硬件的稳定性进行了针对性的规划，因此此类产品品质稳定，不会有死机的问题产生，而且在视音频压缩码流的储存速度、分辨率及画质上都有较大的改善，就功能来说丝毫不比PC DVR逊色。嵌入式DVR系统建立在一体化的硬件结构上，整个视音频的压缩、显示、网络等功能全部可以通过一块单板来实现，大大提高了整个系统硬件的可靠性和稳定性。
嵌入式系统的软硬件设计难度通常都更高，对生产商的研发能力要求也更高，但是它为用户提供了以下好处：易于使用，无需具有PC操作技能；嵌入DVR的操作一般通过面板按键或遥控器进行操作，只要会使用DVD／VCD等家电就会使用嵌入DVR，不需要学会复杂的计算机操作；除此之外还有系统稳定性高，软件容错能力更强，无需专人管理； 软件固化在FLASH／EPROM中，不可修改，可靠性很高；嵌入DVR采用一体化的硬件结构，软硬件成本低；嵌入DVR的硬件采用一体化设计，机械尺寸较小，结构简单紧凑。
5、IP网络摄像机
视频监控领域正向IP网络方向发展。网络摄像机可被定义为集联网和视频处理能力于一身的摄像机。网络摄像机具有其自己的IP地址以及用于处理网络通信的计算功能。它能够通过网络来捕获并传输实况图像，从而实现了不受时空限制的远程观察和用户控制.DSP被用于以各种标准和非标准视频格式来压缩图像。此外，DSP还提供了使用智能图像分析功能的能力以及对各种类型的网络协议的支持。数字视频传输正迅速成为安全和监控系统的标准要求。对于安全和监控设计师而言，有线和无线链路均是其关注的对象。图4为用TMS320DM644x数字信号处理器构建的IP网络摄像机方案示意框图。
图4
6、智能影像监控系统与新一代网络视频录像机NVR
平安城市”的建设高潮中，智能影像监控系统(Intelligent Video Surveillance Systems，简称IVS) 与网络视频录像机(NVR，特到别是分布式智能视频安全系统已经成为了当前安防监控管理需求中成长最快速的产品。为此本节将对NVR与IVS作说明。当然应先了网络视频安全系统的基本架构。
网络视频安全系统硬件平台为设计、安装与应用完整的网络化数字视频系统提供了一切必需的组件。通过编码器，解码器，录像机，PC工作站，视频控制显示单元，存储单元和先进的管理技术， 用户可自如地创建一个高性能视频安全系统--系统中所有的设备都通过以太网通讯，展现了其极大的访问灵活性见图5所示网络视频安全系统的基本架构示意图。
图5
从图中可知，在监控市场的网络化需求下新一代网络视频录像机NVR(Network Vdeo Recorder)己问世。它比PC DVR或嵌入式DVR有更大发展。这是为什么？请看下述说明。
6.1新一代网络视频录像机NVR(Network Vdeo Recorder)
*NVR的新理念。NVR就是应用于网络视频监控系统中，将前端监控设备(1P摄像机、DVS（视频监控服务器）、网络DVR等)通过网络传输的数字化视频信号进行存储、回放、控制、管理等操作的嵌入式产品或软件平台。
*其主要特性：(值此以科达公司的NVR为例作说明)
构建全IP视频监控网络。图6为用NVR构建构建全IP视频监控网络示意图。从图中所知， 结合网络摄像机、视频适配器等IP前端，可提供全IP视频监控解决方案，仅需借助现有网络即可完成整个系统的快速部署，井可在任何时间、任意地点对任何目标进行实时监控和管理。从图6中看出NVR部署在网络中心，仅需一根网线即可完成所有监控点的接入，布线成本低，施工速度快，安装简洁，维护方便，监控前端通过IP网络接入NVR，因此，只要利用用户已有的IP网络即可进行系统部署，而且监控点可以位子网络的任意位置，不受地域限制。
图6
·高品质视频监控与部署灵活及扩容方便
NVR采用高效视频处理技术，可实现监控图像的高品质、全动态实时浏览、录像和回放。同时，网络化传输确保了监控点图像在上传过程中不会受到外部环境的干扰，图像质量丝毫无损。
由于采用全网络化架构，因此，NVR系统中的所有IP监控设备，包括NVR、网络摄像机、视频适配器、1P存储、电视墙解码器、PC客户端等，均可灵活部暑在网络的任意位置，并实现快速接入，不会受到地域.所有IP监控设备的网络化部署让NVR系统具备非常灵活的可扩展特性，包括前端接入数量、录像能力、存储容量、远程客户端数量，均可灵活扩展，扩展后的系统对业务功能的使用和管理没有任何影响。
·布线成本低，维护便捷
中心只需布一根网线.在传统DVR和模拟监控系统中，中心需要布大量线缆接入各个监控点信号，布线成本高、维护很困难。而NVR在中心仅需一根网线即可完成所有监控点信号的接入，布线成本低、安装简单、维护便捷。一根网线同时接入所有监控点同时传榆多路视频、音频，控制以及告警信号。监控点只需布一根网线.由于NVR前端采用纯IP接入，因此监控点也仅需布一根网线即可同时传输视频、音频、控制以及各类报警信号。与以往DVR监控点相比，NVR可节省大量的监控点布线成本，而且安装更便捷、维护更简单。图7为NVR的监控点只需布一根网线示意与DVR比较示意图。
图7
·多样化、可靠的存储
NVR可以支持中心存储、前端存储以及客户端 存储三种存储方式，并且内置大容量硬盘，设硬盘接口、网络接口、USB接口，满足了海量的存储需求；前端可接SD存储卡，而且网络摄像机支持将视频流封装成数据包并作上iSCSI标记，这样所有的视频流就可以自动放入，IP SAN存储设备，从而大幅度降低NVR管理服务器的处理压力。
·安全可靠与即插即用式的安装设置
NVR通过多种安全策略保证整个系统的安全、可靠运行。NVR及IP前端均采用嵌入式设计，可确保系统不会受到病毒和黑客的攻击。AES码流加密技术可有效防止监控码流被窃取。可靠的用户认证和授权策略可阻止非法用户登录；接上网线、打开电源后，系统自动搜索1P前端，自动分配，IP地址、自动显示多画面。
6.2、智能影像监控系统分析
什么是真正的智能视频分析技术呢?它需要有三个层面：一是需要基于人工智慧的技术，能够把前景的目标物和背景物分离出来；二是把前景目标的细节抽取独立出来的资料，就是所谓的视频Meta Data；三是这些Meta Data还可以通过设定一定的规则将一些事件独立出来，提供给市场上的系统集成商做一些独立的应用。典型的智能影像监控系统是分布式智能视频系统。
分布式智能视频系统特征
图8为分布式增强型图像处理结构示意图。
图8
分布式增强型图像处理结构将传统的处理任务分到两个独立的部分完成．摄像机执行前端的处理，而监控录像机或管理软件负责后端的处理。前端处理部分的智能网络摄像机，首先把目标与环境干扰分开，然后提取移动或固定的目标，把目标信息打包并作为分开的数据流发送。后端处理由智能网络监控录像机或RSM智能监控管理软件来完成，后端接收井记录从摄像机发送过来的目标数据，然后筛选与预设条件相符的目标或事件，最后产生报警，响应报警并进行关联录像。
基于分布式增强型图像处理结构平台的智能视频网络监控系统，通过其“智能视频分析功能”可以自动识别多种敏感的事件，从而为用户的安防系统提供了更高的安全级别和更力口简单方便的管理。
优势：前端处理-智能网络摄像机功能为智能目标／动作探测和提取目标信息及消除环境干扰；网络传输具有功减少网络带宽需求，按需求传送视频，视／音频和目标数据信息传输功能；后端处理-监控软件或网络录像机功能为智能视频分析和行为分析及关联显示，录像，回放。
主要参考文献
1、TEXAS Instruments Trchnology for Innovators 2006年第2季度
2、KEDACOM NVR 产品手册 2008年
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