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          智能視頻監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)攻略

          作者: 時(shí)間:2009-12-01 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏

            智能視頻應(yīng)用設(shè)計(jì)攻略

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/100338.htm

            硬件平臺(tái)方案的選擇往往決定了系統(tǒng)的整體方案成本、性能、開發(fā)工具和方法的可用性,以及方案未來(lái)持續(xù)升級(jí)的可行性等,因此方案平臺(tái)選型至關(guān)重要。智能視頻應(yīng)用自身的獨(dú)特性要求在硬件平臺(tái)的選擇上進(jìn)行綜合權(quán)衡。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能分析要求,以及大規(guī)模工程安裝對(duì)成本、體積和功耗的限制,非標(biāo)準(zhǔn)化的智能視頻分析方法和幾乎定制化的方案優(yōu)化方式,使得結(jié)合了MCU和DSP優(yōu)勢(shì)、具有軟件設(shè)計(jì)靈活性和強(qiáng)大處理能力的匯聚式處理器方案平臺(tái)體現(xiàn)出更加明顯的優(yōu)勢(shì)。本文將結(jié)合公司獨(dú)特的Blackfin匯聚式DSP處理器的特點(diǎn),分析智能視頻設(shè)計(jì)中主要的設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)。

            一、硬件平臺(tái)選型

            可定制化能力非常重要。有很多因素制約著系統(tǒng)智能化的應(yīng)用步伐:首先是智能監(jiān)控的視頻算法比較復(fù)雜,難于標(biāo)準(zhǔn)化,各個(gè)系統(tǒng)提供商的視頻分析軟件都有自己的獨(dú)特算法,導(dǎo)致市場(chǎng)上的產(chǎn)品沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn);其次,系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景比較復(fù)雜,用戶的要求多樣化,所以定制化的要求比較多。因此,視頻分析方案通常需要針對(duì)客戶的應(yīng)用特點(diǎn)和需求進(jìn)行方案優(yōu)化,采用的算法千差萬(wàn)別。此外,由于智能視頻應(yīng)用的高復(fù)雜性,對(duì)方案的處理能力提出了更高的要求。MCU+ASIC的視頻監(jiān)控傳統(tǒng)方案難以實(shí)現(xiàn)各種個(gè)性化的設(shè)計(jì)和高運(yùn)算能力要求,即使選擇普通DSP+MCU的雙芯片方案通常也難以滿足智能視頻監(jiān)控應(yīng)用的復(fù)雜運(yùn)算需求,需要增加協(xié)處理器,這種復(fù)雜的解決方案無(wú)論是BOM成本、功耗還是開發(fā)難度都不足取。Blackfin處理器充分發(fā)揮了MCU+DSP匯聚式架構(gòu)的優(yōu)勢(shì),滿足了智能視頻應(yīng)用的系統(tǒng)控制和高強(qiáng)度的運(yùn)算需求,特別是以BF561為代表的高性能雙內(nèi)核架構(gòu)已經(jīng)成為智能視頻應(yīng)用的首選方案平臺(tái)。

            方案的可擴(kuò)展性也是需要考慮的因素。智能視頻分析應(yīng)用除了需要針對(duì)應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用目的進(jìn)行方案優(yōu)化外,不同的客戶可能還有其他方面的不同需求。例如,當(dāng)前一些領(lǐng)先的數(shù)字視頻監(jiān)控方案實(shí)現(xiàn)了H.264基本類@Level3.0和MPEG4 D1+CIF雙碼流的支持,未來(lái)可能擴(kuò)展到支持H.264 D1+CIF的雙碼流。隨著智能視頻分析的更廣泛應(yīng)用,如IP攝像機(jī)、無(wú)線視頻監(jiān)控、智能交通系統(tǒng)等,不同應(yīng)用都可能對(duì)各種接口功能、通信標(biāo)準(zhǔn)、用戶界面等的需求有較大的差異化,硬件平臺(tái)方案對(duì)各種需求的靈活擴(kuò)展性非常重要。同時(shí),正如前文所述,智能視頻分析技術(shù)發(fā)展不過(guò)數(shù)年的時(shí)間,隨著技術(shù)的不斷成熟以及一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)和改進(jìn),產(chǎn)品的可升級(jí)特性至關(guān)重要,既是開發(fā)者須關(guān)注的問(wèn)題也是終端客戶關(guān)切的重要特性。Blackfin DSP在算法并行處理上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),特別是ADSP-BF561采用雙DSP核,能夠?qū)崿F(xiàn)很復(fù)雜的智能視頻處理算法。

            視頻應(yīng)用優(yōu)化特性。一些方案盡管具有較強(qiáng)的處理能力和可擴(kuò)展性,方案是否主要針對(duì)視頻應(yīng)用進(jìn)行過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)也值得關(guān)注,因?yàn)檫@直接關(guān)系到設(shè)計(jì)工程師可用的軟硬件設(shè)計(jì)資源以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度和可實(shí)現(xiàn)的性能。以Blackfin處理器為例,Blackfin為高強(qiáng)度、高數(shù)據(jù)率的數(shù)字和媒體處理做了專門優(yōu)化:Blackfin的幾十個(gè)DMA通道和可靈活配置的Cache很好地滿足了視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)大運(yùn)算量、高數(shù)據(jù)吞吐率的要求;專門開發(fā)了完全優(yōu)化的音視頻編解碼器,并免費(fèi)提供給大客戶;針對(duì)視頻應(yīng)用Blackfin集成了很多硬件驅(qū)動(dòng),包括WiFi的驅(qū)動(dòng)、音/視頻編解碼器的驅(qū)動(dòng);Blackfin的4個(gè)視頻算術(shù)運(yùn)算單元和視頻象素指令集大大加速了視頻運(yùn)算速度;在智能視頻分析的一些基礎(chǔ)算子中,例如直方圖統(tǒng)計(jì)、中值運(yùn)算、Sobel運(yùn)算、形態(tài)學(xué)中的膨脹運(yùn)算等都可以利用Blackfin的MIN、MAX指令來(lái)消除條件跳轉(zhuǎn),節(jié)省處理器周期。不僅如此,Blackfin還支持13種非視頻數(shù)據(jù)的向量運(yùn)算。適當(dāng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在前背景分離、閾值計(jì)算和更新等多個(gè)環(huán)節(jié)都可以運(yùn)用Blackfin的特色指令讓智能視頻分析算法更快捷。這些本身就很有效的指令中,大部分指令都能夠并行執(zhí)行,使得Blackfin的處理能力再加倍。

            低功耗和穩(wěn)定性很重要??紤]到智能視頻監(jiān)控設(shè)備通常都是一周7天,每天24小時(shí)運(yùn)行的,穩(wěn)定性和功耗也比較重要。在低功耗上,Blackfin處理器采用了多種節(jié)能技術(shù):基于一種選通時(shí)鐘內(nèi)核設(shè)計(jì),可按照逐條指令來(lái)選擇性地切斷功能單元的電源;支持多種針對(duì)所需CPU動(dòng)作極少期間的斷電模式;Blackfin處理器支持一種自含動(dòng)態(tài)電源管理電路,借助該電路即可對(duì)工作頻率和電壓進(jìn)行獨(dú)立控制,以滿足正在執(zhí)行的算法的性能要求;大多數(shù)Blackfin處理器都提供片上內(nèi)核穩(wěn)壓電路,并可在低至0.8V的電壓下工作。而Blackfin獨(dú)特的匯聚式處理架構(gòu)、90nm工藝等打下了其領(lǐng)先的低功耗處理的基礎(chǔ)。由于高處理能力,基于Blackfin平臺(tái)的系統(tǒng)方案可以減少主芯片數(shù)量,豐富的功能和接口可以滿足各種外設(shè)和功能擴(kuò)展需求,降低元器件數(shù)量,從而保證更高的穩(wěn)定可靠性。目前在同價(jià)位DSP中Blackfin DSP的低功耗特性和穩(wěn)定性是最好的。



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