自從美國(guó)911事件以來(lái),，全球視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求越來(lái)越強(qiáng)勁。在國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)推出了“平安城市”項(xiàng)目后,，中國(guó)的視頻監(jiān)控市場(chǎng)也開(kāi)始起飛,。特別是2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2010年上海世博會(huì)更是大力推動(dòng)了中國(guó)視頻監(jiān)控市場(chǎng)的發(fā)展,。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示,，近幾年全球視頻監(jiān)控市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率接近10%,，而中國(guó)市場(chǎng)的增長(zhǎng)率更是在20%以上，預(yù)計(jì)2014年,，全球視頻監(jiān)控市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到410億美元,。

　　在市場(chǎng)的快速發(fā)展的同時(shí)，相關(guān)視頻技術(shù)也不斷升級(jí),，視頻監(jiān)控技術(shù)與市場(chǎng)呈現(xiàn)了以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：

　　1.從CCTV到DVR再到NVR

　　傳統(tǒng)的模擬閉路電視視頻監(jiān)控(CCTV),，進(jìn)行實(shí)時(shí)的錄像，需要大量的磁帶進(jìn)行記錄,，分析管理不方便，市場(chǎng)份額正在逐漸被數(shù)字視頻監(jiān)控(DVR)吞食,。數(shù)字視頻監(jiān)控,，因?yàn)閷?duì)輸入的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行了數(shù)字化處理，后端可以方便地對(duì)圖像進(jìn)行處理――降噪,、縮放,、OSD、壓縮等等,，大大減少了對(duì)存儲(chǔ)空間的需求,，降低了成本，也為視頻智能分析提供了基礎(chǔ),。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控(NVR)是在DVR的基礎(chǔ)上,，加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)功能，可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和遠(yuǎn)端存儲(chǔ),。隨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的升級(jí),，NVR正獲得迅猛的發(fā)展。

　　2.從CIF到D1再到HD

　　隨著視頻處理芯片能力的增強(qiáng),，集成度的提高和成本的下降,，以及硬盤(pán)單位容量成本的降低，數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品的分辨率正在升級(jí),。目前D1(480i格式,，720×480，水平480線,，隔行掃描)正在逐漸取代CIF(352×288)成為市場(chǎng)的主流,。而一些高端產(chǎn)品，已經(jīng)開(kāi)始支持720p 格式(1280×720,，水平720線,，逐行掃描)，甚至1080p格式(1920×1080,，水平1080線,，逐行掃描),，以滿足一些特殊的應(yīng)用需求，如工業(yè)/醫(yī)療圖像識(shí)別,。更高的圖像分辨率,，意味著更大的存儲(chǔ)空間需求，也為圖像識(shí)別,、智能分析提供了便利,。

　　3.從4/8通道到8/16/32通道

　　隨著單位通道成本的降低，終端客戶愿意設(shè)置更多的攝像頭,，提高布控密度,，以提供更好的安全保障。市場(chǎng)主流需求也由單設(shè)備4/8通道提升到8/16/32通道,。

　　4.視頻監(jiān)控 + 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)

　　隨著視頻監(jiān)控市場(chǎng)的繁榮,，也帶動(dòng)了存儲(chǔ)產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展。過(guò)去,，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)產(chǎn)品主要配合服務(wù)器用于運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)的數(shù)據(jù)備份?，F(xiàn)在，一些行業(yè)應(yīng)用對(duì)圖像分辨率和保存時(shí)間提出了更高的要求,，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)陣列產(chǎn)品也開(kāi)始逐漸引入到視頻監(jiān)控的應(yīng)用中來(lái),，其提供的RAID功能，保證了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性和安全性,。

　　5.智能監(jiān)控

　　更廣泛的視頻監(jiān)控應(yīng)用,，帶來(lái)視頻數(shù)據(jù)爆炸式地增長(zhǎng)，靠人工手動(dòng)查驗(yàn)變得越來(lái)越困難,?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，開(kāi)啟了信息爆炸的時(shí)代,，如果不依靠Google,、Baidu這樣的搜索引擎，我們將迷失在茫茫的信息海洋中,。同樣的道理,，智能監(jiān)控是視頻監(jiān)控發(fā)展的必然趨勢(shì)。在將來(lái)的某一天,，也許我們輸入幾張嫌疑犯的照片,，就可以借助人臉識(shí)別和人體特征識(shí)別技術(shù)，并通過(guò)龐大的互聯(lián)網(wǎng)相連的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),，搜索出可能的嫌疑犯出現(xiàn)過(guò)的位置和視頻信息,。當(dāng)然，這有很大的難度,，但是,，很多前沿的公司正在朝這個(gè)方向努力,。而且，現(xiàn)在的智能監(jiān)控產(chǎn)品已經(jīng)在一些方面取得了可喜的成績(jī),，如車(chē)牌識(shí)別,、人臉識(shí)別、越界報(bào)警,、目標(biāo)跟蹤,、可疑物報(bào)警、人頭數(shù)量統(tǒng)計(jì)……

　　依據(jù)其不同的工作原理,、視頻數(shù)據(jù)傳輸和處理方式,，數(shù)字視頻監(jiān)控分為網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)(IPCAM)+網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、基于PC的視頻采集以及嵌入式DVR/NVR三種方案,，每種方案針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境都各有優(yōu)勢(shì),，以下是三種方案的比較:

　　1.IPCAM + 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)

　　該方案的優(yōu)點(diǎn)是部署靈活、方便,，缺點(diǎn)是當(dāng)前主流方案中的單位通道成本較DVR/NVR高,。網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)IPCAM可以通過(guò)以太網(wǎng)口上連到NVR設(shè)備,，也可以直接上連到網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備,。前者適合組建小的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，IPCAM作為NVR的一種補(bǔ)充,；后者適合完全由IPCAM來(lái)組建大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),。

　　IPCAM系統(tǒng)框圖如“圖1”，攝像機(jī)攝像機(jī)如果是模擬信號(hào)輸出,，則需要視頻解碼器將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),，送給后端。視頻處理器對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理,、壓縮,，并包裝成以太網(wǎng)包送出。

　　IPCAM的發(fā)展方向?qū)⑹沁M(jìn)一步降低成本,，并加強(qiáng)智能監(jiān)控的功能,。可以把視頻處理器的功能做得更強(qiáng)大,，將攝像機(jī)功能集成進(jìn)來(lái),，由視頻處理器直接對(duì)Image sensor輸出的信號(hào)進(jìn)行處理。這樣,，就可以省掉攝像機(jī)中進(jìn)行前端處理的ISP (Image signal processor)和如圖所示的視頻解碼器,，從而由單芯片方案實(shí)現(xiàn)IPCAM。

　　網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)產(chǎn)品的系統(tǒng)框圖如“圖2”,，由以太網(wǎng)交換機(jī)對(duì)IPCAM的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚,，通過(guò)千兆以太網(wǎng)口將數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備,。這種方案中的處理器通常是性能比較強(qiáng)的處理器，如多核x86,、PowerPC,、MIPS都有使用。這個(gè)級(jí)別的處理器,，通常帶多組 PCI Express接口,，提供高帶寬的外設(shè)接入。RAID處理需要做大量的XOR運(yùn)算,，如果由處理器直接來(lái)做處理,，會(huì)大大增加處理器的負(fù)荷，系統(tǒng)規(guī)模也就不可能做大,。所以,，通常會(huì)使用專(zhuān)門(mén)的RAID協(xié)處理器。硬盤(pán)擴(kuò)展(HDD Expand)部分,，是用于將外接硬盤(pán)的數(shù)量擴(kuò)展到十幾個(gè),、幾十個(gè)甚至上百個(gè)。通常的方案是用SATA Controller + SATA Port Multiplier,，或者SAS Controller + SAS Expander,。

　　當(dāng)前的RAID協(xié)處理器、SATA Controller和SAS Controller多為PCI-X接口,，為能實(shí)現(xiàn)與處理器的PCI Express接口實(shí)現(xiàn)互連,，就要用到一個(gè)非常重要的橋接芯片，實(shí)現(xiàn)PCI Express到PCI-X的接口轉(zhuǎn)換,。Pericom公司的PI7C9X130,，實(shí)現(xiàn)了PCI Express x4到PCI-X 64bit@133MHz的轉(zhuǎn)換，支持64×133 = 1064MB/s的帶寬,。PCI-X向下兼容PCI,，總線也可以跑在100MHz、66MHz,、33MHz或者其他低于133MHz的頻率,。PI7C9X130工作在PCI模式時(shí)，可以擴(kuò)展6個(gè)PCI設(shè)備,。該芯片也被用于實(shí)現(xiàn)720p,、1080p的高端視頻處理卡。

　　另外,，PI7C9X130還支持Reverse mode,，即可以實(shí)現(xiàn)從PCI-X到PCI Express的橋接，當(dāng)處理器提供的接口是PCI-X，而需要掛接PCI Express接口的外設(shè)時(shí),，就需要工作在此種模式,。

　　2.基于PC應(yīng)用的視頻采集卡

　　視頻采集卡的優(yōu)點(diǎn)是配置簡(jiǎn)單、操作方便,。占用PC的PCI插槽或者PCI Express插槽,，程序運(yùn)行在Windows或者Linux下，操作跟日常使用電腦一樣簡(jiǎn)單,。PC價(jià)錢(qián)越來(lái)越便宜,，性能也越來(lái)越強(qiáng)，基于Windows和Linux操作系統(tǒng),，有更多的軟件資源支持,，使得產(chǎn)品開(kāi)發(fā)變得更容易。這為智能監(jiān)控功能的開(kāi)發(fā)提供了極大的便利,。視頻采集卡的缺點(diǎn)是,，如果客戶要為采集卡新配置PC，那么,，計(jì)算上PC的成本,，視頻監(jiān)控單位通道成本將較之DVR/NVR高。

　　視頻采集卡分為兩種,，硬件壓縮視頻采集卡和軟件壓縮視頻采集卡,。顧名思義，硬壓卡是由專(zhuān)門(mén)的DSP或者ASIC來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的處理和壓縮,，而軟壓卡只實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采集,，處理和壓縮都由PC的處理器來(lái)實(shí)現(xiàn),。所以,，硬壓卡對(duì)PC處理器的耗用較少，數(shù)據(jù)壓縮后傳輸,，占用傳輸帶寬少,；而軟壓卡的所有負(fù)荷都在PC處理器上，原始數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸,，占用傳輸帶寬大,。就單卡成本而言，硬壓卡的成本遠(yuǎn)高于軟壓卡,，但單卡通道數(shù)可以做得更多,，對(duì)PC配置要求不高。通過(guò)這種簡(jiǎn)單的比較,，我們不難看出,，硬壓卡的定位介于軟壓卡和DVR/NVR之間。雖然現(xiàn)在PC價(jià)錢(qián)非常便宜,，性能也足夠強(qiáng),，但是最便宜的PC也還是比嵌入式的處理器貴,。所以，硬壓卡的市場(chǎng)份額有可能逐漸被軟壓卡和DVR/NVR蠶食,。

　　當(dāng)前,，視頻采集卡的主流還是PCI插卡。但是,，因?yàn)镻C的PCI總線工作在33MHz,，無(wú)法實(shí)現(xiàn)8路D1的原始數(shù)據(jù)傳輸；另外,，Intel在大力推廣PCI Express總線,，新推出的芯片組，提供更多的PCI Express接口,，并讓PCI接口逐漸淡出市場(chǎng),。所以，PCI Express的視頻采集卡在逐漸流行起來(lái),。

　　硬壓卡功能框圖如“圖3”,，軟壓卡功能框圖如“圖4”、“圖5”,。

　　在視頻采集卡中,，為了單卡實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道，需要掛接更多的PCI設(shè)備,，如圖所示的DSP/ASIC或視頻解碼器,，故需要進(jìn)行PCI總線的擴(kuò)展。Pericom公司的PI7C8152是完全透明的PCI橋,，可以擴(kuò)展4個(gè)PCI設(shè)備,，用于硬壓卡；PI7C8150,，可以擴(kuò)展9個(gè)PCI設(shè)備,，用于8路軟壓卡；PI7C8140,，可以擴(kuò)展4個(gè)PCI設(shè)備,，用于4路軟件卡。這三顆芯片都在PCI視頻采集卡上得到了廣泛的應(yīng)用,，而Pericom公司推出的PCI Express x1到PCI 的橋接 – PI7C9X111SL和PI7C9X112SL更是專(zhuān)門(mén)為視頻監(jiān)控應(yīng)用量身打造,，已經(jīng)成為PCI Express視頻采集卡應(yīng)用的必然選擇。

　　PI7C9X111SL和PI7C9X112SL專(zhuān)為視頻監(jiān)控應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化,，支持512Byte的“Max Payload Size”,，PCI to PCI Express進(jìn)行upstream memory write的實(shí)際測(cè)試，當(dāng)PCI工作在32bit@33MHz時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)120MB/s,；當(dāng)PCI工作在32bit@66MHz時(shí),，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)230MB/s，完全滿足軟壓卡單卡實(shí)現(xiàn)8路D1的應(yīng)用需求,。

　　PI7C9X111SL可以擴(kuò)展4個(gè)PCI設(shè)備,；PI7C9X112SL可以擴(kuò)展8個(gè)PCI設(shè)備。兩款芯片采用同樣 的封裝,，客戶可以方便地實(shí)現(xiàn)4路卡和8路卡的兼容設(shè)計(jì),，共用一個(gè)PCB。封裝為14*14mm的128 LQFP,，方便客戶焊接,、調(diào)試。較之BGA封裝,，減小了設(shè)計(jì)難度,，可以使用更少的PCB層數(shù)，降低了成本,。芯片功耗只有0.45W,。

　　另外，PI7C9X111SL還支持Reverse mode,，即可以實(shí)現(xiàn)PCI到PCI Express的橋接,，當(dāng)處理器提供的接口是PCI，而需要掛接PCI Express接口的外設(shè)時(shí),，就需要工作在此種模式,。

　　少數(shù)視頻解碼器提供PCI Express x1接口，Pericom公司專(zhuān)門(mén)為監(jiān)控市場(chǎng)提供了低端口數(shù)的PCI Express Packet Switch,，實(shí)現(xiàn)PCI Express port擴(kuò)展,。應(yīng)用功能框圖如“圖5”，常用型號(hào)如下：

　　除此之外,，Pericom公司還為監(jiān)控應(yīng)用配套提供晶體振蕩器(Crystal oscillator),、信號(hào)轉(zhuǎn)換器(Signal switch),、PCI時(shí)鐘緩沖器(PCI clock buffer),、PCI Express時(shí)鐘發(fā)生器(PCI Express clock generator), PCI Express時(shí)鐘緩沖器(PCI Express clock buffer)、PCI Express Redriver以及SATA/SAS Redriver等完整解決方案,。

　　3.嵌入式DVR/NVR

　　嵌入式DVR/NVR功能框圖如“圖6”,，和“PC + 硬壓卡”的應(yīng)用非常類(lèi)似。

　　嵌入式DVR/NVR因?yàn)椴捎眉赏庠O(shè)接口,、性能適中的低成本嵌入式處理器,，使得視頻監(jiān)控的單位通道成本大幅降低，系統(tǒng)功耗也大幅下降，契合當(dāng)前“綠色環(huán)保”的產(chǎn)品理念,。因?yàn)槭且粋€(gè)封閉的系統(tǒng),，所以，也就不存在兼容性的問(wèn)題,。

　　嵌入式DVR/NVR多采用Linux操作系統(tǒng),，如果想通過(guò)shell command來(lái)進(jìn)行配置、管理,，對(duì)終端客戶會(huì)是非常困難的一件事情,。所以，必須要開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單,、易用的管理軟件,。再者，當(dāng)前的嵌入式DVR/NVR產(chǎn)品通常是固定通道數(shù)設(shè)計(jì),，擴(kuò)展性不好,。也許采用模塊化的設(shè)計(jì)會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。另外,，嵌入式DVR/NVR的視頻處理是由DSP/ASIC完成,，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)智能監(jiān)控功能，較基于PC的開(kāi)發(fā),，難度更大,。

　　Pericom公司的PI7C8152，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展4個(gè)PCI設(shè)備,；PI7C8150實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展9個(gè)PCI設(shè)備,，可以工作在66MHz或33MHz，廣泛應(yīng)用于嵌入式DVR/NVR,。經(jīng)驗(yàn)證,，對(duì)不同廠家的嵌入式處理器和PCI設(shè)備，都實(shí)現(xiàn)了完美的互連,。隨著越來(lái)越多的嵌入式處理器提供PCI Express接口,，PI7C9X111SL和PI7C9X112SL也開(kāi)始用于嵌入式DVR/NVR，實(shí)現(xiàn)PCI Express接口到PCI的擴(kuò)展,。

　　作為Intel的合作伙伴,，隨著Intel嵌入式平臺(tái)Atom和下一代Tunnel Creek的推廣，PI7C9X111SL和PI7C9X112SL必將在嵌入式領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用,。就嵌入式DVR/NVR而言,，Atom平臺(tái)，特別是下一代的Tunnel Creek平臺(tái),，客戶將可以在低功耗,、低成本,、易開(kāi)發(fā)性、軟件繼承性和縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期等方面找到新的更好的平衡點(diǎn),。

　　總結(jié)：受應(yīng)用市場(chǎng)上更多先進(jìn)功能需求的推動(dòng),，視頻監(jiān)控技術(shù)和市場(chǎng)正在向數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的方向快速發(fā)展，除了高清晰度的圖像傳感器,，更高效,、低功耗的視頻編解碼，更強(qiáng)大的處理器和應(yīng)用系統(tǒng)外,，大量數(shù)據(jù)在不同總線和接口之間的傳輸,，已經(jīng)成為提升系統(tǒng)性能的又一個(gè)關(guān)鍵。Pericom的系列高速信號(hào)處理方案以及配套的各種器件,，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在從板卡到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中提升視頻監(jiān)控系統(tǒng)性能的重要支撐性技術(shù),。