您必須知道的新一代數(shù)字安全監(jiān)控系統(tǒng)的選購(gòu)秘訣

近些年由于恐怖襲擊事件頻傳，進(jìn)而引發(fā)對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)的高度需求，利用新科技防范未然成為趨勢(shì)，全球視頻監(jiān)控設(shè)備市場(chǎng)成長(zhǎng)快速，根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IHS的調(diào)查與預(yù)測(cè)，全球視頻監(jiān)控設(shè)備市場(chǎng)總值在過去十年，幾乎每年都呈兩位數(shù)成長(zhǎng)，且預(yù)測(cè)今年(2014年)將持續(xù)成長(zhǎng)12%以上，從2013年的141億美元增加到159 億美元。

而趨動(dòng)市場(chǎng)快速成長(zhǎng)的另一項(xiàng)重要因素是新科技的發(fā)展，特別是”智能影像分析”(Intelligent Video Analytics, IVA) 的出現(xiàn)。另一家研究機(jī)構(gòu)MarketsandMarkets 在它的《全球市場(chǎng)預(yù)測(cè)與分析(2012—2017年)》中指出，未來(lái)三到五年，與智能影像分析相關(guān)的產(chǎn)品，將是視頻監(jiān)控市場(chǎng)中成長(zhǎng)最快速的部分，到2017年以前可以達(dá)到近8.7億美元，相比2011年的1.8億美元市值，年均復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)高達(dá)30.4%。

智能型數(shù)字安全與監(jiān)控(DSS)的未來(lái)趨勢(shì)

智能影像分析是一門從視頻串流中自動(dòng)辨識(shí)、追蹤、分析影像與動(dòng)作的科技，并配合數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，采集出有意義的影像數(shù)據(jù)，可用于犯罪偵查或交通執(zhí)法等，以便進(jìn)行立即的介入或處理，大幅提升視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效率。

也就是說(shuō)，視頻監(jiān)控的垂直市場(chǎng)隨著競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的變化，決勝的因素也隨之變化。從傳統(tǒng)單純的影像紀(jì)錄和播放，演化到基于IP網(wǎng)絡(luò)的智能型數(shù)字安全與監(jiān)控(Digital Security Surveillance, DSS)，因此如何運(yùn)用新技術(shù)讓系統(tǒng)執(zhí)行智能型加值應(yīng)用儼然成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

智能型數(shù)字安全與監(jiān)控系統(tǒng)將攝影機(jī)、控制器等前端設(shè)備全部串連于一個(gè)與數(shù)據(jù)庫(kù)連接的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)時(shí)捕捉、處理、分析影像數(shù)據(jù)并傳送到控制中心。由于前端的控制器必須實(shí)時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)分析與統(tǒng)計(jì)工作，因此需要更強(qiáng)大的CPU運(yùn)算能力方能勝任。

使用者需求

除了提供更清晰豐富的影像信息，現(xiàn)今視頻監(jiān)控的用戶也要求更高的影像輸出質(zhì)量， 高清(HD)畫質(zhì)已不符需求，1080p的全高清(Full HD)高畫質(zhì)影像成為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，且為了進(jìn)行實(shí)時(shí)影像分析的演算，未壓縮的高畫質(zhì)的傳輸與處理，同時(shí)也代表需要更強(qiáng)大的計(jì)算能力支持。

要做到實(shí)時(shí)分析，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理不可或缺。就硬件層面而言，指的就是由一臺(tái)后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)控，使系統(tǒng)管理員得以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行基本的系統(tǒng)診斷和故障排除，避免系統(tǒng)宕機(jī)，同時(shí)可減少現(xiàn)場(chǎng)維修所需的人力和成本。

而在應(yīng)用層面，遠(yuǎn)程管理乃是指由前端現(xiàn)場(chǎng)控制器先就錄像設(shè)備取得的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并實(shí)時(shí)傳送到控制中心，讓控制中心可就突發(fā)事件立即反應(yīng)，同時(shí)就各地傳來(lái)的資料作進(jìn)一步的歷史、區(qū)域或統(tǒng)計(jì)分析，提供決策所需的寶貴信息或更多應(yīng)用。

由于許多數(shù)字安全與監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備是布置于戶外或半戶外環(huán)境中，且必需全年無(wú)休的運(yùn)轉(zhuǎn)，不容許有任何非預(yù)期的故障停機(jī)而產(chǎn)生出額外的管理成本，因此所采用的嵌入式系統(tǒng)需要更堅(jiān)固的設(shè)計(jì)以滿足嚴(yán)苛的使用環(huán)境，包括能夠防阻水氣和污染物質(zhì)滲透，能抵抗沖擊和振動(dòng)、支持寬溫工作、防浪涌保護(hù)措施等都是選購(gòu)時(shí)必需考慮的重點(diǎn)。

傳統(tǒng)ARM和X86架構(gòu)的限制

大型的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，例如城市治安與交通監(jiān)控系統(tǒng)，所需要布建的前端攝影機(jī)、嵌入式系統(tǒng)及其他接口設(shè)備數(shù)量相當(dāng)龐大，因此在選購(gòu)時(shí)價(jià)格常是關(guān)鍵考慮。

多年來(lái)，這類大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端布置大多采用ARM架構(gòu)的控制器，因?yàn)锳RM系統(tǒng)與Intel® x86系統(tǒng)相較之下，具有CPU架構(gòu)精簡(jiǎn)、低耗電、低價(jià)位等特色。

然而ARM系統(tǒng)計(jì)算能力較低，通常一次只能處理一件工作，例如影像的錄制與播放，當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)被要求處理的功能增加時(shí)，例如偵察交通違規(guī)事件、交通事故的監(jiān)控等，使用ARM系統(tǒng)所需要增加部署的攝影機(jī)和控制器就會(huì)相當(dāng)多，構(gòu)建成本也隨之大幅增加。

雖然近年來(lái)基于ARM架構(gòu)的解決方案在計(jì)算能力和影像表現(xiàn)上大有進(jìn)步，但要進(jìn)行比較高端的處理功能，例如智能影像分析，還是有所不足的。

另一方面，ARM架構(gòu)也常因?yàn)橛布⒉僮飨到y(tǒng)及軟件之間兼容性較差，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)的彈性較低，當(dāng)操作系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，因?yàn)樾屡f版本不兼容，往往所有應(yīng)用程序都要重寫，對(duì)系統(tǒng)整合商而言相當(dāng)不方便，也衍生出新的成本。

相比之下，x86系統(tǒng)在計(jì)算能力、I/O端口數(shù)量、及多任務(wù)處理能力上都勝出許多，同時(shí)軟件資源較豐富、新舊版本間的兼容度高，然而這些優(yōu)點(diǎn)加起來(lái)未能抵過價(jià)格因素，而在大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端構(gòu)建的選擇上未獲青睞。但I(xiàn)ntel® 媒體軟件開發(fā)工具包(MSDK)的出現(xiàn)已開始扭轉(zhuǎn)乾坤，本文稍后將會(huì)論述。

選購(gòu)最佳的智能型數(shù)字安全與監(jiān)控系統(tǒng)的秘訣

每一個(gè)安全監(jiān)控系統(tǒng)都是大手筆的投資，當(dāng)市場(chǎng)正歷經(jīng)典范轉(zhuǎn)移時(shí)，系統(tǒng)構(gòu)建和選購(gòu)的決策者就必須考慮：是否今日所選系統(tǒng)可符合明日需求?是否可容易升級(jí)或擴(kuò)展?以及，未來(lái)升級(jí)要花多少錢?

為符合新一代智能型數(shù)字安全與監(jiān)控系統(tǒng)的需求，當(dāng)選購(gòu)前端系統(tǒng)時(shí)建議要考慮下列幾個(gè)重要因素：

系統(tǒng)提供最大的規(guī)劃彈性

CPU資源有限、只能進(jìn)行單一目的計(jì)算的系統(tǒng)雖然比較便宜，將無(wú)法應(yīng)付新一代智能型數(shù)字安全與監(jiān)控系統(tǒng)需要的多任務(wù)實(shí)時(shí)處理功能。因此選擇多核的控制器，計(jì)算功能強(qiáng)大、CPU資源豐富的平臺(tái)，可達(dá)到多任務(wù)且實(shí)時(shí)化處理的目的。

此外，設(shè)備之間的相互連結(jié)不可或缺。具有多樣化I/O端口的嵌入式系統(tǒng)可方便連接設(shè)備，例如RS-232串行端口可用于連接攝影所需的閃光燈，無(wú)線Wi-Fi可與后臺(tái)服務(wù)器聯(lián)機(jī)，足夠的GbE端口則可用于連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)，選購(gòu)系統(tǒng)時(shí)必須注意系統(tǒng)的I/O端口是否具備足夠的彈性來(lái)進(jìn)行整體的系統(tǒng)功能規(guī)劃。

具有高擴(kuò)展性、容易升級(jí)

由于處理器、內(nèi)存、和網(wǎng)絡(luò)持有成本的降價(jià)，加上新科技使單一系統(tǒng)能夠支持的視頻頻道和信號(hào)質(zhì)量大增，使得高畫質(zhì)的監(jiān)視系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)。更多視頻、更高的影像分辨率和信號(hào)質(zhì)量、以及實(shí)時(shí)影像監(jiān)控及分析，這些新增的功能將是升級(jí)時(shí)必須納入考慮的重要因素，系統(tǒng)擴(kuò)展性要達(dá)到最高，才能降低未來(lái)升級(jí)的成本負(fù)擔(dān)。

總體擁有成本 (TCO)才是關(guān)鍵

數(shù)字安全與監(jiān)控系統(tǒng)集成商在選擇計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，必須考慮不同操作系統(tǒng)版本和應(yīng)用程序語(yǔ)言之間的兼容性問題，以保有軟件使用的最大彈性。不同版本間若具有向上和向下兼容性，將可降低系統(tǒng)發(fā)展的成本。

說(shuō)到總體擁有成本 (TCO)，維護(hù)管理的隱藏性支出經(jīng)常被忽略。以數(shù)字安全與監(jiān)控系統(tǒng)而言，架設(shè)在各地的嵌入式設(shè)備數(shù)量動(dòng)輒上百，如果要經(jīng)常出動(dòng)人力到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)檢查和故障排除， 成本支出將急劇上升。解決之道是通過自動(dòng)化的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、甚或在線故障排除，減少工程師親臨現(xiàn)場(chǎng)，降低相關(guān)的人力物力成本。

此外，可靠的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須要能承受嚴(yán)苛的使用環(huán)境，例如高溫、沖擊、振動(dòng)，還要能具備浪涌保護(hù)措施，才能降低因額外因素產(chǎn)生的維護(hù)成本。

凌華科技 MSDK+ 帶來(lái)的改變

Intel® x86系統(tǒng)以高計(jì)算能力、豐富I/O和軟件資源著稱，如果價(jià)格不是個(gè)問題，x86架構(gòu)是構(gòu)建新一代智能型數(shù)字安全與監(jiān)控系統(tǒng)的首選。而Intel® MSDK (Media SDK)科技的出現(xiàn)，已大幅提升x86系統(tǒng)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。

Intel® MSDK是一套讓配有高速影像同步轉(zhuǎn)碼文件(Intel® Quick Sync Video)多媒體單元的Intel® CPU性能達(dá)到最快的技術(shù)。工作方式是通過趨動(dòng)程序?qū)⒁曨l轉(zhuǎn)碼的工作(譯碼、處理、重新編碼)從CPU移轉(zhuǎn)到GPU，使得CPU負(fù)載大幅減少，從而可以專注于邏輯運(yùn)算的處理而支持更多任務(wù)，比如數(shù)據(jù)分析和接口設(shè)備的控制，使得整體計(jì)算表現(xiàn)大為改進(jìn)。

凌華科技身為Intel®Internet of Things Solutions聯(lián)盟高級(jí)會(huì)員，不只充分發(fā)揮MSDK帶來(lái)的好處，還加上自行發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù)，讓MSDK的效益達(dá)到加乘的效果，我們稱之為MSDK+技術(shù)，意即凌華科技為Intel® MSDK加值的創(chuàng)新技術(shù)。

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凌華科技MSDK+是基于Intel® MSDK CPU卸載技術(shù)，再加上凌華科技獨(dú)家發(fā)明的mux多路轉(zhuǎn)換器、demux多路分解器、及RTP接收及串流等技術(shù)整合而成的。

圖一 凌華科技MSDK+功能圖解

多路分解器與轉(zhuǎn)換器是將影音集中文件中的影像信號(hào)和聲音信號(hào)分流，讓Intel® MSDK引擎專注于影像串流的處理，采集與應(yīng)用目的有關(guān)的影像信息，然后再將采集出的圖像文件與聲音文檔匯流成為新的影音集中文檔。因此可以加快圖像處理的速度。

凌華科技MSDK+的RTP技術(shù)則是在影音串流中去除文件頭信息，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，提升影音串流的速度。

嵌入式系統(tǒng)搭載凌華科技MSDK+技術(shù)可降低CPU負(fù)載，增強(qiáng)繪圖能力和加快媒體串流速度，如同表2所示，通過CPU將10秒鐘的1080p影片轉(zhuǎn)檔成480p，只能同步處理兩串影音信息流，CPU使用量達(dá)96%，如同時(shí)轉(zhuǎn)第三支影片處理時(shí)間就會(huì)超過10秒，將造成畫面停滯。表3則是通過GPU進(jìn)行轉(zhuǎn)檔，同樣將10秒鐘的1080p影片轉(zhuǎn)檔成480p，一次可以處理超過12串影音信息流，CPU使用量卻僅11%，CPU卸載量超過8成，轉(zhuǎn)碼速度增加2.5倍。

表2：通過CPU將1080p影片轉(zhuǎn)檔成480p

表3:通過GPU將1080p影片轉(zhuǎn)檔成480p

運(yùn)用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，這些釋放出來(lái)的CPU資源可以用來(lái)處理影像分析或支持更多視頻。

換句話說(shuō)，過去每一臺(tái)x86系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)只能支持2臺(tái)IP攝影機(jī)，而且絕大多數(shù)CPU資源都用于處理這2個(gè)鏡頭傳送過來(lái)的影像數(shù)據(jù);而如今，支持凌華科技MSDK+的一臺(tái)x86嵌入式系統(tǒng)可以連接超過12臺(tái)IP攝影機(jī)(仍需視網(wǎng)絡(luò)帶寬而定)，而且每個(gè)視頻串流速度還更快。

通過凌華科技MSDK+技術(shù)，基于x86架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)圖形處理能力大增，減少圖像處理占用CPU資源，而使得CPU可以釋放出更多計(jì)算資源處理更多工作，因而可降低前端系統(tǒng)構(gòu)建所需要的計(jì)算機(jī)數(shù)量和整體構(gòu)建成本，相比傳統(tǒng)的x86系統(tǒng)，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力大增。

選擇最佳解決方案

凌華科技MXE-5400嵌入式系統(tǒng)是凌華科技第一個(gè)實(shí)現(xiàn)MSDK+技術(shù)的產(chǎn)品，專為新一代智能型數(shù)字安全與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、使其效益達(dá)到最大且價(jià)格極具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。

凌華科技MXE-5400是工業(yè)計(jì)算機(jī)界第一個(gè)搭載第四代Intel® CoreTM i7中央處理器的無(wú)風(fēng)扇嵌入式計(jì)算機(jī)，同時(shí)具備凌華科技MSDK+技術(shù)的支持，相當(dāng)適合于進(jìn)行戶外或半戶外智能型數(shù)字安全與監(jiān)控系統(tǒng)的前端構(gòu)建，特別是道路與交通方面的應(yīng)用。

光是第四代Intel® CoreTM i系列處理器，性能就比前一代CPU提升20%，再加上凌華科技MSDK+ 的CPU卸載技術(shù)，使得MXE-5400在視頻轉(zhuǎn)碼速度上比未采用MSDK+時(shí)大幅提升250%。

凌華科技MXE-5400在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上特別著重工業(yè)計(jì)算機(jī)的堅(jiān)固耐用和可靠性，采用被動(dòng)式散熱的無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)、無(wú)線纜的載板，并針對(duì)GbE和序列接口作了防浪涌的防護(hù)處理，沖擊耐受度達(dá)100G，防振動(dòng)能力則達(dá)5G， 并且可在-20oC至+60oC的寬溫范圍下工作。

在遠(yuǎn)程能力的實(shí)現(xiàn)上，凌華科技MXE-5400采取硬件內(nèi)建和軟件管理的軟硬兼施的方式，硬件搭載Intel®主動(dòng)管理技術(shù)9.0版 (Intel ® iAMT 9.0) ，搭配凌華科技的嵌入式智能管理軟件平臺(tái)SEMA，即便是在遠(yuǎn)程系統(tǒng)宕機(jī)情況下，系統(tǒng)管理或維修人員都還可以通過遠(yuǎn)程模式來(lái)管理、監(jiān)控和修復(fù)計(jì)算機(jī)。

綜合以上所述，以MXE-5400部署在戶外環(huán)境中高度影像應(yīng)用的監(jiān)視系統(tǒng)，例如道路和交通監(jiān)視系統(tǒng)，可大幅提升圖像處理能力和質(zhì)量，易于進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和維護(hù)，且價(jià)格結(jié)構(gòu)相當(dāng)具競(jìng)爭(zhēng)力。

結(jié)論

面對(duì)視頻監(jiān)控市場(chǎng)對(duì)于智能化功能的需求，系統(tǒng)開發(fā)者和集成商必須判斷，如何設(shè)計(jì)出在性能與價(jià)格之間取得平衡的系統(tǒng)，既滿足客戶需求，又能符合客戶預(yù)算。

凌華科技MSDK+技術(shù)可有效降低構(gòu)建基于x86架構(gòu)的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的總成本，通過類似MXE-5400這樣的產(chǎn)品，已將x86系統(tǒng)推到一個(gè)新的階段，可以在系統(tǒng)前端設(shè)備的構(gòu)建上與ARM系統(tǒng)一決高下。