視頻綜合集控系統(tǒng)的低功耗設(shè)計原則

部署大規(guī)模視頻綜合管理系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

　　隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)闊步向海量資源分布和社會化應(yīng)用的方向推進，IP化、高清化、智能化的技術(shù)發(fā)展趨勢讓視頻監(jiān)控行業(yè)進入到一個全新的轉(zhuǎn)型時期。在傳統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)實施大規(guī)模改造升級的過程中，在新建視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計選型的過程中，用戶不僅對圖像的清晰度、實時性、可靠性和易用性提出了日益苛刻的要求，更對設(shè)備制造商和系統(tǒng)集成商提出了節(jié)能、高效、環(huán)保的系統(tǒng)綜合考量要求。如果給出具有相同特性和價格的兩種產(chǎn)品，用戶肯定選擇耗能最低的產(chǎn)品，目的在于實現(xiàn)綠色環(huán)保。

　　一個完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括前端采集、中間傳輸、后端顯示管理和存儲等主要環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)后端顯示管理的設(shè)備是整套系統(tǒng)的核心控制中樞。不論是一個節(jié)點形成的單系統(tǒng)，還是多個節(jié)點組成的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，不論是模擬視頻接入、數(shù)字視頻接入還是模數(shù)混合接入，只有通過后端顯示管理設(shè)備，才能對分散部署的圖像資源進行匯聚處理，并形成人機接口。這種視頻綜合集中控制的核心作用使其成為每個系統(tǒng)中不可或缺的靈魂，由于這種系統(tǒng)架構(gòu)的繁復(fù)多變，特別是需要解決模擬視頻與數(shù)字視頻綜合接入的問題，具體構(gòu)成也最為豐富，涉及到接收光端機、網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器、矩陣切換控制器、硬盤錄像機、管理服務(wù)器、磁盤陣列等設(shè)備。由于負(fù)責(zé)前端采集的攝像機/高速球和負(fù)責(zé)中間傳輸?shù)木€纜光纖的能量損耗相對較低，所以降低功耗、提高能效、壓縮綜合成本的提升目標(biāo)就放在了后端顯示管理環(huán)節(jié)，這類設(shè)備普遍存在幾類問題：

　　1、低集成度，部署麻煩

　　目前市場現(xiàn)存比例較大的模擬視頻接入系統(tǒng)中，后端顯示管理設(shè)備大多配置了矩陣用于對全部視頻的整體快速瀏覽、實時非壓縮顯示和即時控制。1個256路輸入32路輸出的矩陣，大多要配置2個以上的大型插卡式機箱，而且還要外置CPU控制器和碼分配器等，不包括硬盤錄像機/視頻分配器等就已占用將近1個標(biāo)準(zhǔn)機柜的空間。超過單一機箱的視頻容量，就需要不同機箱之間的多個CPU單元之間的協(xié)同工作，以及在多個機箱之間的連接大量視頻線纜，容易引入信號干擾和不穩(wěn)定因素。如果采用嵌入式DVR錄像加數(shù)字解碼矩陣，或者網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼器的方案，則需要配置大量的網(wǎng)絡(luò)資源，系統(tǒng)的可靠性/穩(wěn)定性易受影響，運營維護的成本較高。

　　2、擴容受限，演進困難

　　目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，模擬標(biāo)清CVBS、模擬高清SDI、數(shù)字標(biāo)清D1、數(shù)字高清720P等各類視頻格式的多樣化，給用戶帶來系統(tǒng)演進的不確定性和較高的設(shè)備升級成本。除了模擬視頻的兩類信號屬于國際通用標(biāo)準(zhǔn)，可以直接使用轉(zhuǎn)換外，數(shù)字視頻信號目前是每個廠家都有自己的壓縮算法和標(biāo)準(zhǔn)，很難互相兼容，造成設(shè)備替換廢棄，占用存儲空間且污染環(huán)境。即便是負(fù)責(zé)視頻切換控制的模擬矩陣，也存在結(jié)構(gòu)設(shè)計的局限性，比如每種功能板卡只能安插在背板上的固定插槽，無法靈活組合，而且除了視頻輸入輸出模塊可以擴展，無法為系統(tǒng)擴充增加新的功能單元。

　　3、高功耗，高排放

　　過去，與大多數(shù)其他變量（速度/性能、造價成本、上市時間、系統(tǒng)風(fēng)險）相比，功耗往往被排在較低的優(yōu)先級。然而在如今的市場，在設(shè)計的決策過程中，功耗已經(jīng)成為一個非常重要的組成部分。比如，在每年為各類監(jiān)控中心支出的數(shù)億元電費中，25%的費用是直接歸因于系統(tǒng)中的大型設(shè)備和各類服務(wù)器供電，而50%的費用用于為冷卻系統(tǒng)和風(fēng)扇等供電，以消除運行設(shè)備而產(chǎn)生的熱量。此外，即便一個小型監(jiān)控中心每年也會因為設(shè)備運行而排放20噸二氧化碳。

視頻綜合集控系統(tǒng)實現(xiàn)低功耗高能效的原則

　　1、高密度緊湊設(shè)計

　　縮減控制管理設(shè)備的組成數(shù)量和體積，不但可以減少系統(tǒng)功耗，而且還能壓縮占地空間。比如硬盤錄像機從早期的工控式DVR到后來的嵌入式DVR，從安裝壓縮卡到16路CIF乃至目前的16路D1；比如硬盤容量從三年前的80G到目前1T成為主流；比如矩陣切換控制器，從早期的單機箱192入16出到目前業(yè)內(nèi)主流的單機箱256入64出，以及針對車載/會議室應(yīng)用推出的1U機箱32入16出的業(yè)內(nèi)最緊湊小系統(tǒng)；比如光端機從點對點傳輸?shù)絾卫w傳16路，以及節(jié)點式/匯聚式光系統(tǒng)。

　　高密度緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計使得相同空間容納更多視頻接入、相同功耗提供更優(yōu)圖像畫質(zhì)、相同視頻指標(biāo)占用更小帶寬資源和磁盤容量、相同系統(tǒng)設(shè)備花費更少造價成本。比如，一臺256入64出的大型智能網(wǎng)絡(luò)矩陣，視頻輸入輸出單模塊重量不超過1kg，矩陣滿配置重量不超過25kg，整機滿負(fù)荷耗僅90w，相比上一代模擬矩陣，重量減少70%，功耗減少85%。此外，由于CPU單元/碼分配器/電源模塊等全部內(nèi)置，減少了配套設(shè)備的供電需求，高整合度、高集成度也大幅提高了系統(tǒng)安裝部署的速度，無需考慮多機箱、多設(shè)備間的相互連接和反復(fù)設(shè)置。高密度的7U機架式機箱降低對機房/機柜的空間要求，節(jié)省了用戶資源（圖1所示）。

　　2、模塊化結(jié)構(gòu)配置，靈活擴容

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)不同的客戶需求以及技術(shù)實現(xiàn)方式，分為多個功能模塊，包括：音視頻切換、前端云鏡控制、報警采集聯(lián)動、數(shù)字錄像存儲、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸和數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)發(fā)等等。每個功能模塊經(jīng)過多年演變發(fā)展，已經(jīng)成為各自獨立的行業(yè)和產(chǎn)品線。每種設(shè)備實現(xiàn)不同的功能，起到不同的作用，滿足用戶相對獨立的需求，因此設(shè)計成不同的功能板卡和硬件結(jié)構(gòu)，機箱的大小規(guī)格和外觀工藝也各不相同。但是在全方位競爭日益激烈的大環(huán)境和專注行業(yè)化解決方案的大趨勢下，必須考慮如何整合多個不同類別的產(chǎn)品，為用戶提供高集成度、使用便捷、運維高效的一體化產(chǎn)品、系統(tǒng)；以及為應(yīng)對價格競爭，必須實現(xiàn)成本壓縮和質(zhì)量控制的產(chǎn)業(yè)化要求。即便是同一公司的產(chǎn)品也面臨著產(chǎn)品種類多產(chǎn)量少、硬件結(jié)構(gòu)各不相同、板卡機箱不通用、無法保證檢驗標(biāo)準(zhǔn)的低效率問題。而模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計已成為最有效的解決手段。