智能攝像機的硬件架構(gòu)及算法類型應(yīng)用

智能攝像機的稱呼由來已久，從最開始的模擬攝像機、模擬球機、標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機到如今的高清攝像機，都有被稱之為智能攝像機。而"智能"的定義，也是沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的，例如支持CCD的參數(shù)可調(diào)、具備自動白平衡、支持移動偵測、支持視頻遮擋檢測以及支持周界防范等都可以被稱之為智能。以上因素在相當(dāng)程度上造成目前市場上智能攝像機種類雜多的情況，以至于讓用戶很難區(qū)分，如霧里看花。

但是，隨著最近兩年高清視頻監(jiān)控的發(fā)展及市場應(yīng)用的日趨成熟，行業(yè)內(nèi)對智能攝像機的定義開始清晰，即具備智能視頻分析功能的高清攝像機。這一理念已經(jīng)逐步為廠商和用戶所認(rèn)可。智能攝像機的硬件架構(gòu)比較簡單，但是根據(jù)內(nèi)嵌的智能分析算法的不同和輸出的接口的差異，又可以分為很多種類。

與傳統(tǒng)的模擬攝像機或者網(wǎng)絡(luò)攝像機相比，智能攝像機最大的特點是具備智能分析的功能，因此，在硬件上一般會多一顆CPU芯片--DSP、ARM或者FPGA.這顆芯片負(fù)責(zé)智能攝像機內(nèi)部智能分析算法的運算。

SENSOR和ISP部分

SENSOR一般采用CCD或者CMOS.目前監(jiān)控用的智能攝像機由于應(yīng)用的領(lǐng)域較為關(guān)鍵、技術(shù)相對先進，所以大部分都采用200萬像素以上的CCD芯片，但是隨著CMOS技術(shù)的成熟，目前已經(jīng)有逐步往CMOS發(fā)展的趨勢。ISP部分主要指對CCD信號的后期處理，如白平衡、曝光時間等的調(diào)整，其又分為兩種情況：傳統(tǒng)情況下一般會采用一顆獨立的DSP來完成，但是近年來也有芯片廠商將這部分的功能整合到視頻壓縮的ASIC芯片中，提高集成度。

智能分析運算CPU

這部分的主要功能就是運算攝像機內(nèi)嵌的智能分析算法，并主要采用FPGA和DSP來實現(xiàn)，且目前兩種方案都有廠商在使用，比較而言后者應(yīng)用更多，用戶的認(rèn)可度也較高。據(jù)悉，這部分目前也出現(xiàn)有視頻壓縮芯片廠商將之整合到視頻ASIC中的情況，利用ASIC芯片中日益強大的ARM芯片來實現(xiàn)分析的功能。

視頻壓縮部分

這部分目前技術(shù)非常成熟，按實現(xiàn)方式主要分為三大類：一是用FPGA來實現(xiàn)，但是成本高，難度大，現(xiàn)在已經(jīng)很少看到；二是用DSP來實現(xiàn)，這種方式非常成熟，不過也是由于成本和開發(fā)難度的問題，已經(jīng)逐步為ASIC方式所替代；第三種就是ASIC方式，芯片廠商會在ASIC內(nèi)部固化視頻壓縮算法及基本的功能API接口，終端廠商開發(fā)的難度大大降低，同時由于實現(xiàn)了專芯專用和批量化的流片，芯片的成本也大大降低，為網(wǎng)絡(luò)攝像機的普及奠定了良好的基礎(chǔ)。目前的ASIC芯片性能已經(jīng)相當(dāng)強勁，單芯片已經(jīng)可以支持16個D1,壓縮一個標(biāo)準(zhǔn)的1080P視頻更不在話下。另外，ASIC芯片現(xiàn)在可以集成越來越多的功能，上文提及的ISP和智能分析CPU現(xiàn)在都可以集成到一顆ASIC芯片上。采用視頻壓縮芯片的智能攝像機方案一般都輸出網(wǎng)絡(luò)接口。

SDI的轉(zhuǎn)換輸出部分

這部分一般為可選部分，如果選擇SDI的轉(zhuǎn)換部分，上述的視頻壓縮部分就不再需要，經(jīng)過ISP和CPU處理分析的視頻數(shù)據(jù)可以通過SDI的轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為符合標(biāo)準(zhǔn)的HD-SDI信號，輸出給相關(guān)的傳輸或者終端設(shè)備。

智能分析算法的幾大類型及應(yīng)用

智能分析是智能攝像機的核心功能，其功能和性能又完全取決于其內(nèi)嵌的智能分析算法，根據(jù)目前業(yè)界發(fā)展的趨勢和市場的需求來看，我們可以大致將目前應(yīng)用的智能分析算法分為以下幾個類型：

車牌識別功能

目前支持車牌識別的智能攝像機主要應(yīng)用于交通領(lǐng)域，如闖紅燈、卡口、停車場等的應(yīng)用。和以前傳統(tǒng)的攝像機配合處理主機的系統(tǒng)相比，智能攝像機采用一體化設(shè)計，一方面降低了成本，另一方面減少了系統(tǒng)連接，降低了故障率。內(nèi)置車牌識別功能的智能攝像機是以后交通領(lǐng)域應(yīng)用的趨勢。

交通行為分析

主要是指除闖紅燈以外的交通違章行為的檢測和分析，如違章停車、壓黃線、逆行、不按車道行駛、違章左行右行等。以前的系統(tǒng)受系統(tǒng)性能限制，基本上無法實現(xiàn)上述的功能。由于CPU芯片性能的提升和采用的高清相機具備更大的視野，智能攝像機目前已經(jīng)可以較為完善的實現(xiàn)上述功能。

基礎(chǔ)行為分析

基礎(chǔ)的行為分析主要包括絆線、周界防范、物品遺留、物品丟失、人員聚集等，這部分的技術(shù)比較成熟，從智能分析進入安防領(lǐng)域開始，這些功能便開始存在，因此目前這些算法應(yīng)用較為廣泛。

視頻質(zhì)量診斷

視頻質(zhì)量診斷指的是對攝像機本身圖像質(zhì)量的監(jiān)測，如雪花、條紋、視頻丟失等，由于該算法主要是起到自測作用，因此一般會綁定其他功能一起使用。

流量計數(shù)統(tǒng)計

計數(shù)功能主要分為人員計數(shù)和車輛計數(shù)，人員計數(shù)主要用于出入口控制或統(tǒng)計，如地鐵、機場、火車站、超市等。車輛計數(shù)主要用于卡口、交通密集度的監(jiān)測等。

人臉識別功能

人臉識別功能分為人臉檢測和人臉對比，后者需要基于前者來實現(xiàn)，前者主要用于輔助計數(shù)和目標(biāo)偵測，后者主要用于人員識別以實現(xiàn)門禁權(quán)限控制、考勤、重要人物識別等。

外部輸出接口的差異

根據(jù)使用場合劃分，智能攝像機的接口分為網(wǎng)絡(luò)接口和HD-SDI接口。目前絕大部分的智能攝像機采用網(wǎng)絡(luò)接口傳輸，傳輸協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議。不同的是有的智能攝像機采用網(wǎng)絡(luò)接口傳輸圖片，而有的智能攝像機采用網(wǎng)絡(luò)接口傳輸經(jīng)過壓縮的視頻流，目前這兩類攝像機有整合的趨勢，即一個攝像機支持多個碼流，既可以傳輸圖片又可以傳輸視頻流。網(wǎng)絡(luò)攝像機的優(yōu)勢是協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、部署方便且對傳輸媒質(zhì)的要求相對較低。

HD-SDI接口是新興的需求，由于網(wǎng)絡(luò)接口有不可避免的畫質(zhì)損失和傳輸延時，在一些特定的場合，可以采用HD-SDI接口的智能攝像機。HD-SDI接口具備畫質(zhì)優(yōu)秀，傳輸延時較低的特性，但是HD-SDI對傳輸?shù)囊蟊容^嚴(yán)格--短距離使用同軸電纜來傳輸，而遠距離就必須使用光纖了。與網(wǎng)絡(luò)接口相比，HD-SDI接口的設(shè)備在整體系統(tǒng)構(gòu)建的時候需要投入的成本要高很多。

結(jié)束語

隨著高清化和智能化的迅猛發(fā)展，優(yōu)勢結(jié)合后的高清智能攝像機勢必會成為未來視頻監(jiān)控的代表性產(chǎn)品。相信通過業(yè)界同仁的共同努力，智能攝像機的技術(shù)和市場都會實現(xiàn)質(zhì)的提高，智能攝像機將成為以后監(jiān)控市場前端設(shè)備的主力軍。

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