物联网应用高清智能IP网络平台攻略

　　
　　
　　随着高清智能IP网络应用的不断推进，所面对的应用目标也更加细化而具有针对性。物联网（Internet of Things，简称IoT）随着新世纪的到来而愈加受到各行各业的重视，其应用领域也不断拓展，其中“视频感知”无疑使得高清智能IP网络具有了更广阔的用武之地。本文将立足于物联网有典型代表性的应用，集中讨论高清智能IP网络平台的选择和实践。

　　物联网客户对高清IP方案的需求：

　　熟识物联网的从业人员对其应用系统的结构应该都比较清晰，如图一所示，总体系统可以根据其所对应的不同对象和解决的不同问题而分为应用层、信息层、网络层、感知层。

　　图一，物联网的应用系统结构图

　　应用层对应的是最终的应用，如智能安防、智能家居、智能交通等等，而视频感知是其中及其重要的目标功能应用。信息层包括数据综合管理、数据库支持、信息安全等；网络层则包括智能网关支持、网络组织和恢复、网状路由协调等。

　　感知层作为最前端的设备，包括智能图像传感器、智能声音传感器，还有其

　　它类型智能传感器等。对于视频感知而言，前端处理设备就是将视频传感器和数字视频处理器结合在一起处理的IP网络产品，其中最具代表性的就是网络摄像机(IPNC)，当然还有网络媒体服务器(DVS)。目前，大量的IP网络产品均采用和延续了美国德州仪器公司(TI)的通用数字媒体处理平台，其系列以艺术大师达芬奇(Davinci)的名字而著称。Davinci之所以能在业界获得持久地应用，主要在于其强大的单片系统(SOC)的高性能、高集成度和高灵活性，并且能够极大程度地满足不同系统应用的需要。

　　对于不同的物联网客户，高清IP方案的需求不尽相同，然而又万变不离其宗最终客户的期待是谁都要面对的，于是，高集成度而减少供应商、优化存储设备、与以往设备兼容、保证操作性效率和集中性备份便成为降低成本的诉求；一致的平台和支持、单独和可信的供货商就成为提高可靠性的保障；灵活商业模式、

　　远端视频监控、易于使用就成为创新性的支撑。由此，OEM厂商也有所关注的基于IP的产品，就有了这样的要求，即适于IP摄像机的系统平台、支持H.264等多编解码格式、系统互操作性、PoE支持的相机等；端到端的解决方案希望投资于一个单一平台，并需要全球性的IC合作伙伴；系统集成不仅需要圆满地组织、协调、分析，还要系统级协作，缩短产品推向市场的时间。

　　芯片厂商就要与时俱进，增加投入力度，在IP视频技术方面，要做到高清像素、宽动态（WDR）、低照度，支持多视频流H.264编解码器及MJPEG/MPEG4, HD-CCTV，支持ONVIF / PSIA，支持PoE解决方案；在单片系统方面，必须做到硬件可伸缩和软件可再用，并具有更强的扩展功能。在特色化方面，需要提供

　　先进的智能视频分析能力、领先的器件能力、完整的参考设计等。

　　除了以上所述共性，针对具体应用系统又有不同需求，如智能安防突出高清视频实时传输和智能分析上的表现；智能家居重在可靠稳定、即时报警且易于使用；智能交通强调超高清抓拍和有力追踪能力，且抗恶劣状况和干扰能力超强。

　　因此首先要从系统平台的选择下手，然后兼顾系统的互联互通性能，还要在系统的应用软件上多下功夫。

　　 针对物联网用的高清IP网络平台选择

　　要满足物联网视频感知应用系统的需求，就需要有各种不同类型的数字视频

　　IP网络平台。TI可应用于视频感知的IP网络媒体处理平台如图二所示，对当前数字视频监控产业具有深远的影响。

　　图二、TI可应用于视频感知的IP网络媒体处理平台

　　对于从业人员的选择，可以根据应用的不同而集中到五个平台。在当今流行的高清IPNC产品中，DM368已被众多的厂商所采用，并为更多的用户所热衷，高清视频的演绎由此而更加精彩，因此这是已被广泛认知的支持1080p@30格式H.264且支持子流的先驱性产品。向前DM368支持720p准高清的DM365软硬件全兼容，向后已经可以看到新一代全新架构支持1080p@60的同类升级平台。

　　智能视频的期望将由其余平台来承载。DM643x是达芬奇系列中的以DSP为主的平台，由此可以开发出适应性强的渐进分析模块，配合高清IPNC的应用。

　　当然，单片实现IP网络视频和智能视频分析也是一种境界，那么可以关注DMVA全系列和DM8127。DMVA可以理解为“数字媒体视频分析（Digital Media Video Analysis）”，但又都具有视频压缩功能，DMVA1支持D1，DMVA2支持720p，

　　而两者都与DM36x硬件管脚相同，软件系统相同。DMVA3支持1080p@30，

　　DMVA3支持1080p@60。与DMVA系列所支持的智能分析功能都是固定的不同，

　　DM8127在支持1080p@60的同时，片上集成的主频高达1GHz的DSP完全开放，可以支持极其复杂的智能视频分析算法。当有多通道应用需求时，无疑DM816x、DM814x,DM810x是极佳的选择。共同拥有高达1GHz主频的Cortex A8主处理器，还有支持1080p@60的高清视频协处理器。所不同的是DM816x和DM814x都集成有高速DSP用于高级别视频分析处理，而DM810x直接集成与DMVA相当的视频处理单元。

　　实现物联网高清IP网络视频的工程实践探讨：

　　对于物联网视频感知的需求，图三所示为具有智能视频分析功能的高清IP网络视频应用系统。作为这样一个典型的高清IP网络视频工程案例，需要对前端视频传感器、高清网络相机、智能分析模块及外围接口设计和集成进行周密考虑并实施，才可以帮助工程商在进行实际工程中解决可能遇到的问题。下面对这几个方面进行具体分析。

　　图三、具有智能视频分析功能的高清IP网络视频应用系统

　　前端视频传感器的选择至关重要，这也决定了系统所面对的是什么样的实际工程需要。在环境变化很大而成像要求极高的场合传统，目前CCD传感器的应用还是非常普遍，虽然价位仍然居高不下，如?Kodak。在大部分通用的场合，CMOS传感器已经发挥着越来越大的作用，这得益于技术的不断改进和低廉的价位。Sony属较高档次上，而Aptina和OVT随后。传感器输出的原始视频信号需要通过影像信号处理器(ISP)进行成像处理，而DM36x系列平台已集成了ISP，所以不需要增加额外的芯片就可实现自动曝光和自动白平衡功能。

　　基于DM368平台的数字化高清网络相机可以实现每秒30 帧率H.264格式的1080P实时视频流与1920x1080 JPEG抓拍图像，并可以同时输出。另外还支持D1或CIF的副流。由于采用智能编码技术(Smart Codec)，可以在低码率状况下，保证感兴趣区的清晰可靠，也就成为工程应用中的一项有效措施。

　　智能分析模块充分利用了通用DSP的可编程特性。达芬奇系列中的备选平台既有DM6437和DM648以纯DSP为核心的器件，也有DM6467多核系统为内核的的器件。特别值得一提的是DM6467智能核心板同时提供ARM 和DSP的可高速运算单元，主频高达1GHz以上。

　　在外围接口设计中扩展WiFi是无线物联网互联性的体现，于是高清智能应用可以摆脱线缆的束缚而自由布署。为适应工程化的需要，CVBS接口便于安装调试的使用。工业级设计也不可忽视，往往需要考虑在-20度+70度范围下连续工作，或者是在高温保护时加浪涌保护。

　　这种体系为二合一组合式，网络相机为主体，而智能分析模块为选配件。

　　在实际工程应用中可以统一规划高清IP视频相机，确定需要特别智能监控的场所再加装视频分析模块。网络系统设置更是要因地制宜，确实做到稳定可靠，并力争实现“无缝视频监控”，从而使系统的功效最大化。

　　 未来高清IP这方面的发展趋势所在

        高集成度必定是高清智能网络摄像机的终极目标，更强大的单片系统已经推出，并已经实现目标应用系统，如图四所示。

　　图四、基于DM812x系列的单片高清智能网络摄像机方案

　　在这个系统中，只有一颗名为DM8127的处理器，而其中集成了Cortex A8的出处理器用于系统的总体控制，还集成了高清视频协处理器HD-VICP,可支持每秒30帧的1080P视频流和D1的实时副流。芯片内集成了包含ISP的增强型视频前端及后端的子系统。高速通用DSP的核心也集成在内，可以进行各种复杂的视频内容分析算法。这套方案目前正在迈向世纪工程应用中，并将在物联网的高清智能视频感知应用中扮演重要的角色，发挥更大的作用。

　　未来的高清IP这方面的发展趋势将表现出更高的性能，在视频方面将向多倍高清（4Kx 2K）发展而达到如临其境的视觉感官，在主处理器方面将提升到Cortex A15这样高端的级别，在DSP方面将有可能采用多核心而进一步提升智能视频分析处理的能力。由于采用更微小线宽的高端半导体工艺，芯片的功耗将有效降低。

　　更多的移动互联技术也将得到系统的应用，于是高清智能IP网络视频产品将有可能成为物物相联中无处不在的“雪亮而智慧的眼睛”。

　　（本文作者为美国德州仪器中国有限公司通用DSP业务发展部经理）