dsp嵌入式系統(tǒng) 智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)攻略

　隨著寬帶有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的完善以及全球安防市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，視頻監(jiān)控的應(yīng)用正呈爆發(fā)性的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)非常明顯，在經(jīng)歷了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化之后，下一個(gè)重要的趨勢(shì)就是智能化，即智能監(jiān)控和視頻分析技術(shù)的應(yīng)用。

　　傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控由人工進(jìn)行視頻監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)安全隱患或異常狀態(tài)，或者用于事后分析，這種應(yīng)用具有其固有的缺點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的安全監(jiān)控和檢測(cè)管理。帶有智能分析功能的監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)區(qū)分監(jiān)控對(duì)象的外形、動(dòng)作等特征，做到主動(dòng)收集、分析數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)條件執(zhí)行報(bào)警、記錄、分析等動(dòng)作。智能監(jiān)控系統(tǒng)可以運(yùn)行于服務(wù)器，也可以運(yùn)行在基于dsp的嵌入式系統(tǒng)上，而后者已逐漸成為主流。

　　智能視頻的應(yīng)用大體上可以分安防、人體行為檢測(cè)和智能交通三方面的應(yīng)用。其中安防應(yīng)用是被廣泛認(rèn)為是最具潛力的市場(chǎng)，它包括以下幾個(gè)應(yīng)用類別：入侵檢測(cè)，可以自動(dòng)檢測(cè)出視頻畫面中的運(yùn)動(dòng)行為特征；物品移除檢測(cè)，可以自動(dòng)檢測(cè)物品搬移事件——當(dāng)防區(qū)內(nèi)某特定位置的物品被拿走或搬走時(shí)發(fā)出報(bào)警；遺留物檢測(cè)，可以對(duì)遺棄物進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)——當(dāng)物品在某個(gè)防區(qū)內(nèi)被放置或遺棄的時(shí)候自動(dòng)報(bào)警；智能跟蹤，可以使攝像機(jī)對(duì)自身的云臺(tái)和變焦鏡頭進(jìn)行自主ptz驅(qū)動(dòng)。人體行為檢測(cè)應(yīng)用包括脫崗檢測(cè)(可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)崗哨人員就位情況)、徘徊檢測(cè)(對(duì)重要區(qū)域人體徘徊檢測(cè))。智能交通應(yīng)用包括：對(duì)非法停留的交通工具進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)交通工具在防區(qū)內(nèi)非法停留時(shí)發(fā)出報(bào)警；車輛逆行檢測(cè)，及時(shí)辨別逆行車輛。

　　隨著準(zhǔn)確率和可靠性逐步提高及產(chǎn)品成本的下降，智能視頻在越來(lái)越多的場(chǎng)合得到了應(yīng)用，它能夠替代部分安防設(shè)備，降低安保人員的工作強(qiáng)度，提高工作效率，減少管理成本。事實(shí)上，智能視頻的應(yīng)用具有非常巨大的潛力。隨著技術(shù)日趨成熟，智能視頻技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)展，這些應(yīng)用主要包括上述的安防、交通以及零售、服務(wù)等行業(yè)，如人數(shù)統(tǒng)計(jì)、人臉識(shí)別、人群控制、注意力控制和交通流量控制等。

　　實(shí)時(shí)視頻監(jiān)測(cè)的需求正在快速增長(zhǎng)，特別是隨著實(shí)時(shí)安全監(jiān)控應(yīng)用的需求增加，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患或目標(biāo)異常行為的功能已經(jīng)具有越來(lái)越重要的現(xiàn)實(shí)意義，智能視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品在這種日益增長(zhǎng)的需求帶動(dòng)下，正在成為視頻監(jiān)控應(yīng)用的新熱點(diǎn)。

　　智能視頻應(yīng)用設(shè)計(jì)攻略

　　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。視頻監(jiān)控系統(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adi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。有很多因素制約著視頻監(jiān)控系統(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)品沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；其次，視頻監(jiān)控系統(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mpeg4d1+cif雙碼流的支持，未來(lái)可能擴(kuò)展到支持h.264d1+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。blackfindsp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；adi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。