嵌入式系统的趋势下 数字视频监控需要集成多种技术

高端数字信号处理还有另一个杀手级应用：数字视频监控。

从模拟视频转向数字视频的主要原因是智能可嵌入监控系统本身和＃151 ;以及在网络中，而不是依赖高度含咖啡因的人类观看电视监视器，这在传统的模拟视频监控中就是如此。

虽然国家安全是视频监控预计市场快速增长的主要动力，但公司也有令人信服的理由转向数字视频。

普通赌场，例如，拥有2000至3000个监控摄像头，每年365天，每天24小时捕获数据，以及一小群安全人员监控摄像头。联邦和州法律要求将数据存储长达一年，这需要大约数TB的大容量存储。

举一个简单的例子，如果监控赌场出口或入口的摄像机可以在检测到运动时自动开启，当帧中没有运动时关闭，单独存储的节省使得数字视频成为可能德州仪器视频监控营销经理Yvonne Cager说，这是一个有利可图的建议。

与国家安全和反恐密切相关的应用，包括有争议的面部识别问题，可以扩大图像识别和运动的极限检测。这方面的例子包括跟踪机场中无人看管的行李箱或包裹，并报告其在指定时间内无人看管或监控包裹如何在安全区域内从一个地方移动到另一个地方。

正如现在的情况一样

数字视频监控对OEM和ODM提出了复杂的挑战，他们希望将包括图像采集，数字信号处理，视频算法，通信和存储在内的多种技术集成到一个复杂的高度可靠的系统。在大多数情况下，第一个挑战是如何处理现有的模拟基础设施做出关键决策。

简而言之，现有的传统同轴电缆，摄像头，模拟复用器和解码器都很多。 ADI公司业务开发经理Noam Levine说，基础设施。每个视频监控应用都需要仔细评估如何将数字智能与模拟基础设施相结合，但在许多情况下，答案是将智能应用到摄像机本身。

可以通过在相机中嵌入智能来处理的相对简单的应用是运动检测和识别。例如，用于监视室外场景以进行可疑活动的数码相机可以执行能够区分在风中摇曳的树木或灌木以及进入场景的个人或车辆的算法。

可能需要处理要求的应用程序除了可以经济地安装到摄像机之外的应用程序之外，可能是摄像机和目标正在移动的空中监视。在一些高端实例中，相机分辨率可能是高清晰度的。

在数字视频监控推出的早期阶段，系统集成商以数字方式获取数据（数码相机）并执行一些图像处理并且随后做出决策（转向或提升）并不罕见相机）。然后将数据转换为模拟数据，这样它就可以分布在现有的基础设施上，只能恢复到数字数据，以便进行更复杂的分析，最后进行存储。

未来，我们可以期待看到可以利用传输几乎免费的IP网络的端到端数字系统。每个监控摄像头都将成为WebCam，智能将应用于通信路径上的视频数据。

计算机视频

在某些方面，数字视频监控可以打开传统视频它的头。例如，用于娱乐或类似目的的视频通常需要平衡的图像，其在观看时看起来尽可能逼真。但由于监控视频注定要由计算机而不是人类“观察”，因此应增强图像以使分析更容易。

对比度就是一个很好的例子。由于运动检测和图像识别算法通常在很大程度上依赖于识别物体的边缘，因此高对比度图像可能是最好的对象，并且可以在相机系统内实现边缘锐化算法。

这些图像的机器解释直接导致决策制定，这也可以在本地相机系统中完成。通过已经被识别为感兴趣的对象的帧来跟踪运动可以导致成像系统向摄像机定位系统发出指令以平移，缩放或转动摄像机，从而可以跟踪对象超出初始场这个和其他场景导致了一个重要的硬件考虑因素，这在传统视频处理中几乎是未知的，并且平衡了图像处理和控制功能。

视频标准

除了图像识别，压缩对DSP处理应用程序的能力也有很大影响。在数字监视中采用的压缩算法包括JPEG2000，MPEG-2，MPEG-4和H.264。编解码器的图像分辨率通常以720×480像素（DIF）或352×288像素（CIF）来表示。

大多数使用模拟相机的应用似乎都支持MPEG4编码ADI的Levine说，CIF图像尺寸。对于网络摄像机的压缩，要求范围从15帧/秒的CIF图像到30 fps的DIF图像。最近的请求是MPEG4，但一些OEM正在转向H.264。

从DSP的角度来看，两家领先的供应商＆＃151; ADI公司和德州仪器公司采取了不同的方法数字视频监控。

多线程RTOS

ADI公司将注意力集中在双重要求和信号处理和控制上。 ADI公司的Levine表示，其Blackfin处理器的指令集和架构使其在任何一项任务中同样适用于家庭。 Blackfin的架构和相关工具允许设计人员将芯片资源分配给信号处理或控制功能，包括运行TCP/IP堆栈。

由于处理器是可编程的，因此可以轻松升级以适应新算法。通过集成Quadros Systems提供的多线程操作系统，可进一步提高其灵活性。

虽然Blackfin/Quadros RTXC/dm RTOS是一种通用RTOS，但它为视频监控提供了有价值的功能，营销总监表示史蒂夫马丁。它是可扩展的，可以在多个核心或多个处理器上运行。这在将多个视频馈送全部反馈到大型机进行处理的操作中非常有用。当监控系统本身扩展时也很有用，例如在安全区域添加额外的楼层。

然而，最大的优势是多线程，与Blackfin处理器的双重性质相匹配。信息可以遵循两个路径之一，每个路径都有自己的OS内核。一条路径使用以单个堆栈为特征的内核。此路径有时称为轻量级线程，因为它不保存操作的上下文。这是DSP操作使用的路径，直到完成为止，或直到它们被中断为止。

图1 显示了RTOS架构。右侧使用RTXC/ss（单堆栈）内核。右侧使用RTXC/ms（多堆栈）内核。

RTOS还指定了三个优先级的优先级，如图1 所示。中断服务例程（ISR）具有最高优先级。来自任何外围设备（包括摄像机和其他安全传感器）的信息可以启动ISR，这可能导致正在进行的DSP操作停止并重置自身。 DSP操作（例如执行算法）处于中等优先级并且控制功能不必在硬实时中发生，例如倾斜相机和＃151;具有最低优先级。

计算机视觉

TI的Cager表示，德州仪器公司在其高性能C6000内核上采用数字视频监控解决方案，打造出一系列数字媒体处理器芯片。 VLIW架构得到了有效处理8位数据的能力的补充，因为视频通常以8位块的形式到达。

TMS32DM64x数字媒体处理器具有片上视频端口，可以处理视频和音频。添加外围设备以适合特定应用。 DM642有三个视频端口; DM641有两个视频端口; DM640有一个视频端口。 TCP/IP堆栈对于所有三个芯片都是通用的。

作为对这种基准性能的预期要求的指南，德州仪器的600MHz DM642视频处理器可以处理MPEG-2，MPEG-4和H.264的多个D1解码。编码更加计算密集，DM642下降到单个通道，用于编码除MPEG-4算法之外的所有编码。 400 MHz DM640能够处理CIF分辨率。

TI还将其以太网供电解决方案与其数字视频监控平台相结合。 TI将其平台称为IP摄像机，因为它们能够通过TCP/IP链路运行。

监控自动化

虽然DSP芯片和RTOS对于正常运行的数字视频监控系统至关重要，但这些系统的核心是成像算法。这些用于解析视频帧，解释已处理的视频数据，并根据软件根据数据创建的推断以及它与一组规则交互的方式采取特定操作。

数字视频监控专用软件有三个主要组成部分：视频分析，内容分析以及对内容分析结果采取措施。用于通过电缆传输视频数据的视频压缩也有助于DSP的计算负荷。但由于压缩的这种利用并非特定于监视应用，因此这里不再讨论。

使用TI的600-MHz，4800-MIPS DM642作为基准，图像处理部分“只是设计师所掌握的计算能力的一小部分”，副总裁Paul Brewer表示。 ObjectVideo，Inc。的技术实际数量在实施中差别很大，但30％到40％是一个合理的大概数字。

ObjectVideo已经在现场运行的软件在PC上运行，但公司有利用DM642的嵌入式产品的功能原型。

第一步是视频分析。该功能的示例包括分离和丢弃诸如雨或树的背景图像数据以及识别和提取移动物体。将原始视频数据拆分为视频监控要素后，将其转换为元数据。元数据来自用于面向对象编码的MPEG-4压缩数据。

元数据被发送到内容分析引擎，在那里由负责站点的安全官设置的一组规则进行评估。 。这主要是评估子集的问题。例如，如果移动对象被识别为人，并且如果该人移动经过安全机构指定的场景中的某个点，则该软件将启动操作。

ObjectVideo的应用软件使用简单点击工具界面，帮助安全人员创建规则集。安全区域的视频图像用于绘制安全边界，这些边界以若干方式注释以实现一组规则。示例屏幕显示在图2 中。

图2前景中的视频图像显示了华盛顿特区里根机场附近的海岸线。通过简单的图形工具绘制的大致平行于海岸线的红线代表虚拟旅行线。

黄色箭头表示将启动规则违规的动作方向。如果右类的物体沿指示的方向穿过跳闸线，则至少部分规则序列将被违反。规则序列的另一部分可能是穿过绊网的物体类型。

除绊网外，该软件还可以实施其他类型的规则，例如游荡规则。

违反规则时，ObjectVideo控制台上会显示警报。此外，可以将包含静止图像的电子邮件发送给安全管理器，并且可以对手机进行自动呼叫。该软件可能需要特定类型的确认，即已收到警报。

该软件识别出潜在的威胁，Brewer说。只有安全专业人员才能确定导致一个或多个规则被破坏的活动的真实性质。

结论

数字视频监控需要集成多种技术之前很少被整合。嵌入式系统的趋势，其中大部分智能在相机本身内或附近，将为能够处理工作的DSP提供快速增长的市场。