視頻綜合集控系統(tǒng)的低功耗設(shè)計原則

以當前比較先進的MSIP通用化模塊結(jié)構(gòu)技術(shù)為例，其核心設(shè)計思想是將視頻輸入輸出、音頻輸入輸出、中文字符疊加、全交叉切換管理、光接收發(fā)射、報警輸入輸出、網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼等各功能模塊按照標準協(xié)議統(tǒng)一硬件接口和底層協(xié)議棧，通過標準機架式機箱的內(nèi)嵌式導軌卡槽組裝到通用高速總線背板上。各種功能模塊根據(jù)統(tǒng)一的標準屬性類別編碼，能夠依照實際需求靈活搭配，內(nèi)置到通用總線背板的任意插槽，板卡數(shù)量位置無須地址限定，系統(tǒng)自動掃描識別后快速上線運行，日后客戶可自行擴展升級維護各類功能模塊，系統(tǒng)部署成本降低至少20%。比如基于此平臺開發(fā)的VMS視頻綜合集控平臺系統(tǒng)，采用7U標準插卡式機箱，CPU單元、碼分器、網(wǎng)絡(luò)交換機、電源模塊全部內(nèi)置，支持256路模擬視頻輸入64路模擬視頻輸出，支持多路網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼模塊，支持數(shù)字視頻輸入輸出，實現(xiàn)模擬數(shù)字視頻信號的混合切換控制，用戶在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意節(jié)點即可遠程瀏覽控制前端圖像場景，還可內(nèi)置多個32路報警信號輸入模塊或者網(wǎng)絡(luò)報警主機，實現(xiàn)對周界報警探測器各種報警類型的支持（圖2所示）。

　　模擬視頻、數(shù)字視頻都可通過采用接口標準相同的編解碼模塊實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)范，即插即用，解決多種視頻制式兼容的問題。而對視頻圖像進行綜合管理的軟件單元也需要模塊化設(shè)計，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的實際需求對CMS總控管理、錄像存儲、用戶權(quán)限、代理轉(zhuǎn)發(fā)、WEB服務(wù)、報警管理、GIS地圖等各軟件單元進行菜單式配置，既可以獨立部署，也能夠協(xié)同工作。

　　多模塊集成的主要作用就在于能夠?qū)崿F(xiàn)與聲音圖像的綜合聯(lián)動，比如周界報警探測器觸發(fā)報警后關(guān)聯(lián)預設(shè)的一路或多路視頻切換顯示和錄像存儲，音頻信號超過設(shè)定分貝閾值后關(guān)聯(lián)預設(shè)的視頻切換顯示，視頻場景感知設(shè)定區(qū)域有物體移動后關(guān)聯(lián)預設(shè)的視頻切換顯示，如果前端攝像機是云臺變焦攝像機，則會啟動預設(shè)的預置位和巡航軌跡。對于這類綜合聯(lián)動的智能預設(shè)處理，可以借助宏指令實現(xiàn)快捷編輯和自定義調(diào)用。宏是一個用戶自定義的操作指令，以替代人工進行的一系列費時而難以記憶的重復性鍵盤操作，自動完成預設(shè)的各種操作，提供對緊急事態(tài)的應(yīng)急預案處理。通過宏這個友好的人機交互界面，將需求輸入，就可以讓系統(tǒng)自動實現(xiàn)對各個擴展功能模塊的統(tǒng)一調(diào)用和關(guān)聯(lián)操作，用戶無需關(guān)心底層的硬件設(shè)備如何實現(xiàn)指令互通和數(shù)據(jù)交換。究其根本就在于所有功能模塊均采用了統(tǒng)一的協(xié)議棧和標準的接口設(shè)計，從而組成高度智能的一體化集成設(shè)備。

　　3、統(tǒng)一平臺應(yīng)用，平滑演進

　　面對設(shè)備眾多復雜的大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，管理環(huán)節(jié)中最低效的是不能進行快捷有效地操作。為此，需要從統(tǒng)一平臺應(yīng)用接口和強化單類產(chǎn)品事件流管理兩方面入手。

　　統(tǒng)一平臺應(yīng)用接口要求所有軟件單元和硬件模塊都通過一臺總控服務(wù)器管理，統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換、統(tǒng)一時鐘、統(tǒng)一視頻傳輸，共享處理資源。以VMS視頻綜合集控平臺系統(tǒng)為例，通過這臺總控服務(wù)器可以實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)所有的基準功能模塊和擴展功能模塊的管理，包括對視頻輸入輸出、存儲磁盤、錄像通道、用戶權(quán)限、事件觸發(fā)、操作日志的全部設(shè)置，用戶通過客戶端只需要訪問到這個IP即可，不但節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源，而且提高了執(zhí)行效率。

　　事件流管理則將單核中樞向多核節(jié)點推進，核心思想是將相對龐大的視頻綜合集控平臺系統(tǒng)分解為二三級的子設(shè)備，從而便于中小系統(tǒng)的低成本快速部署。比如智能網(wǎng)絡(luò)矩陣通過WEB集控技術(shù)，以音視頻信息流為數(shù)據(jù)參照主線，綁定網(wǎng)絡(luò)視頻輸入輸出、報警輸入聯(lián)動、報警分區(qū)控制、用戶權(quán)限管理、前端操作級別等功能，將多業(yè)務(wù)模塊一體化集成，用戶通過IE瀏覽器便捷管理，無需專用工作站服務(wù)器，也無需復雜連接和繁瑣調(diào)試，基于標準協(xié)議接口的網(wǎng)絡(luò)鍵盤也為用戶提供了方便靈活的人機交互界面。

　　4、低功耗，高能效

　　不論是高密度緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計，還是模塊化接口通用高速總線，都需要在系統(tǒng)設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計中考慮采用多種創(chuàng)新技術(shù)手段、使用更高主頻、更高性能、更小封裝體積的芯片處理方案。在眾多的復雜系統(tǒng)設(shè)計中，F(xiàn)PGA是一種較好的選擇，可以幫助設(shè)計人員提高系統(tǒng)易用性擴展性、提高單位密度。比如在視頻切換和字符疊加電路中，原先的通用方案需要配置多路芯片，致使電路復雜，PCB電路板面積增加，系統(tǒng)集成度下降。通過FPGA可以自動識別視頻制式并產(chǎn)生同步信號實現(xiàn)視頻同步無抖切換，而且可以同時用戶自定義字符圖形疊加到多路視頻信號中，執(zhí)行效率和能耗壓縮率提高了8倍。比如目前最新上市的S系列32入16出視頻矩陣，機箱僅有1U高度，采用了多核單板式平臺技術(shù)，切換、控制、交換、疊加全部由一枚主芯片解決，為緊湊型小系統(tǒng)提供了最優(yōu)選擇。

　　功耗是一筆較大的綜合成本開支，因為要處理過多的功耗所造成的熱問題時，電路板設(shè)計的復雜性增加了，對端口的密度和帶寬的要求上升了，但是波形因數(shù)下降了，迫使開發(fā)工程師對項目進度和預算做出調(diào)整。(圖3所示)

　　芯片能耗包括多方面，比如FPGA的功耗就來自于預編程靜態(tài)器件功耗、浪涌編程電流、編程后的靜態(tài)功耗、動態(tài)功耗。為解決此問題；一方面利用更小芯片制程工藝比如65nm可以解決這些問題，另一方面深入挖掘節(jié)能潛力，利用多種節(jié)電技術(shù)降低整機功耗，比如采用低耗高效能的DSP和PCB、采用智能軟件節(jié)電技術(shù)、功率控制技術(shù)(圖4所示)。