智能視頻監(jiān)控應用系統(tǒng)設計攻略

　　智能視頻應用設計攻略

　　硬件平臺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，以及方案未來持續(xù)升級的可行性等，因此方案平臺選型至關重要。智能視頻應用自身的獨特性要求在硬件平臺的選擇上進行綜合權衡。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和智能分析要求，以及大規(guī)模工程安裝對成本、體積和功耗的限制，非標準化的智能視頻分析方法和幾乎定制化的方案優(yōu)化方式，使得結合了MCU和DSP優(yōu)勢、具有軟件設計靈活性和強大處理能力的匯聚式處理器方案平臺體現(xiàn)出更加明顯的優(yōu)勢。本文將結合ADI公司獨特的Blackfin匯聚式DSP處理器的特點，分析智能視頻設計中主要的設計技術要點。

　　一、硬件平臺選型

　　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)智能化的應用步伐：首先是智能監(jiān)控的視頻算法比較復雜，難于標準化，各個系統(tǒng)提供商的視頻分析軟件都有自己的獨特算法，導致市場上的產(chǎn)品沒有統(tǒng)一的標準;其次，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用場景比較復雜，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客戶的應用特點和需求進行方案優(yōu)化，采用的算法千差萬別。此外，由于智能視頻應用的高復雜性，對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)方案難以實現(xiàn)各種個性化的設計和高運算能力要求，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)控應用的復雜運算需求，需要增加協(xié)處理器，這種復雜的解決方案無論是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匯聚式架構的優(yōu)勢，滿足了智能視頻應用的系統(tǒng)控制和高強度的運算需求，特別是以BF561為代表的高性能雙內(nèi)核架構已經(jīng)成為智能視頻應用的首選方案平臺。

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

　　視頻應用優(yōu)化特性。一些方案盡管具有較強的處理能力和可擴展性，方案是否主要針對視頻應用進行過優(yōu)化設計也值得關注，因為這直接關系到設計工程師可用的軟硬件設計資源以及系統(tǒng)設計難度和可實現(xiàn)的性能。以Blackfin處理器為例，Blackfin為高強度、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)對大運算量、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，并免費提供給大客戶;針對視頻應用Blackfin集成了很多硬件驅(qū)動，包括WiFi的驅(qū)動、音/視頻編解碼器的驅(qū)動;Blackfin的4個視頻算術運算單元和視頻象素指令集大大加速了視頻運算速度;在智能視頻分析的一些基礎算子中，例如直方圖統(tǒng)計、中值運算、Sobel運算、形態(tài)學中的膨脹運算等都可以利用Blackfin的MIN、MAX指令來消除條件跳轉(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)的向量運算。適當設計數(shù)據(jù)結構，在前背景分離、閾值計算和更新等多個環(huán)節(jié)都可以運用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。考慮到智能視頻監(jiān)控設備通常都是一周7天，每天24小時運行的，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：基于一種選通時鐘內(nèi)核設計，可按照逐條指令來選擇性地切斷功能單元的電源;支持多種針對所需CPU動作極少期間的斷電模式;Blackfin處理器支持一種自含動態(tài)電源管理電路，借助該電路即可對工作頻率和電壓進行獨立控制，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獨特的匯聚式處理架構、90nm工藝等打下了其領先的低功耗處理的基礎。由于高處理能力，基于Blackfin平臺的系統(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和功能擴展需求，降低元器件數(shù)量，從而保證更高的穩(wěn)定可靠性。目前在同價位DSP中Blackfin DSP的低功耗特性和穩(wěn)定性是最好的。