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智能视频监控应用系统设计攻略工程施工组织设计

智能视频监控应用系统设计攻略

随着宽带有线和无线网络基础设施的完善以及全球安防市场需求的增长，视频监控的应用正呈爆发性的增长态势。视频监控系统的发展趋势非常明显，在经历了数字化和网络化之后，下一个重要的趋势就是智能化，即智能监控和视频分析技术的应用。

传统的视频监控由人工进行视频监测发现安全隐患或异常状态，或者用于事后分析，这种应用具有其固有的缺点，难以实现实时的安全监控和检测管理。带有智能分析功能的监控系统可以通过区分监控对象的外形、动作等特征，做到主动收集、分析数据，并根据预设条件执行报警、记录、分析等动作。智能监控系统可以运行于服务器，也可以运行在基于DSP的嵌入式系统上柴油机预装车间工程施工组织设计，而后者已逐渐成为主流。

随着准确率和可靠性逐步提高及产品成本的下降，智能视频在越来越多的场合得到了应用，它能够替代部分安防设备，降低安保人员的工作强度，提高工作效率，减少管理成本。事实上，智能视频的应用具有非常巨大的潜力。随着技术日趋成熟，智能视频技术的应用领域正在迅速扩展，这些应用主要包括上述的安防、交通以及零售、服务等行业，如人数统计、人脸识别、人群控制、注意力控制和交通流量控制等。

实时视频监测的需求正在快速增长，特别是随着实时安全监控应用的需求增加，实时发现安全隐患或目标异常行为的功能已经具有越来越重要的现实意义，智能视频监测系统产品在这种日益增长的需求带动下，正在成为视频监控应用的新热点。特别是随着半导体技术的进步，例如以Blackfin汇聚式处理器为代表的先进嵌入式解决平台方案的推出，具有极高性价比和极高实用性的智能视频分析设备不断推出，并在一些关键应用中发挥极为重要的作用。

图1：传统的视频监控应用示意图。

智能视频应用设计攻略硬件平台方案的选择往往决定了系统的整体方案成本、性能、开发工具和方法的可用性，以及方案未来持续升级的可行性等，因此方案平台选型至关重要。智能视频应用自身的独特性要求在硬件平台的选择上进行综合权衡。视频监控系统的网络化和智能分析要求，以及大规模工程安装对成本、体积和功耗的限制，非标准化的智能视频分析方法和几乎定制化的方案优化方式，使得结合了MCU和DSP优势、具有软件设计灵活性和强大处理能力的汇聚式处理器方案平台体现出更加明显的优势。本文将结合ADI公司独特的Blackfin汇聚式DSP处理器的特点，分析智能视频设计中主要的设计技术要点。

一、硬件平台选型可定制化能力非常重要。有很多因素制约着视频监控系统智能化的应用步伐：首先是智能监控的视频算法比较复杂，难于标准化，各个系统提供商的视频分析软件都有自己的独特算法，导致市场上的产品没有统一的标准；其次，视频监控系统的应用场景比较复杂，用户的要求多样化，所以定制化的要求比较多。因此，视频分析方案通常需要针对客户的应用特点和需求进行方案优化，采用的算法千差万别。此外，由于智能视频应用的高复杂性，对方案的处理能力提出了更高的要求。MCU+ASIC的视频监控传统方案难以实现各种个性化的设计和高运算能力要求，即使选择普通DSP+MCU的双芯片方案通常也难以满足智能视频监控应用的复杂运算需求，需要增加协处理器，这种复杂的解决方案无论是BOM成本、功耗还是开发难度都不足取。Blackfin处理器充分发挥了MCU+DSP汇聚式架构的优势，满足了智能视频应用的系统控制和高强度的运算需求，特别是以BF561为代表的高性能双内核架构已经成为智能视频应用的首选方案平台。

低功耗和稳定性很重要。考虑到智能视频监控设备通常都是一周7天，每天24小时运行的GBT51290-2018 建设工程造价指标指数分类与测算标准.pdf，稳定性和功耗也比较重要。在低功耗上，Blackfin处理器采用了多种节能技术：基于一种选通时钟内核设计，可按照逐条指令来选择性地切断功能单元的电源；支持多种针对所需CPU动作极少期间的断电模式；Blackfin处理器支持一种自含动态电源管理电路，借助该电路即可对工作频率和电压进行独立控制，以满足正在执行的算法的性能要求；大多数Blackfin处理器都提供片上内核稳压电路，并可在低至0.8V的电压下工作。而Blackfin独特的汇聚式处理架构、90nm工艺等打下了其领先的低功耗处理的基础。由于高处理能力，基于Blackfin平台的系统方案可以减少主芯片数量，丰富的功能和接口可以满足各种外设和功能扩展需求，降低元器件数量，从而保证更高的稳定可靠性。目前在同价位DSP中BlackfinDSP的低功耗特性和稳定性是最好的。

图2：基于BF561的智能监控终端框图。

二、开发工具和可用资源智能视频监控设备是一个复杂的系统，涉及到复杂的软硬件设计、人机界面、通信连接等，具有较高的系统设计难度。因此，所选择的硬件平台方案是否能提供完善的开发工具套件、必要的软件模块、成熟的参考设计、系统设计支持，以及是否有完整的设计生态系统等，对于是否能按期高质量地完成系统设计非常关键。事实上，并不是所有平台方案提供商都能提供这些支持。

为提高开发效率，降低开发难度，开发时应尽量在已有的资源上进行，比如开放的例程，ADI为此提供了非常丰富的例程和资料。例如，ADI提供免费的“ImageToolBox”图像处理函数库软件包，该软件包专门针对图像处理应用常用的数学函数进行了优化，供客户在进行应用开发时调用。ADI还提供完整的参考设计，以及由本地合作伙伴开发的评估板、开发工具、算法IP、应用模块，以及由第三方合作伙伴提供包括软硬件在内的全套交钥匙方案。Blackfin处理器的视频监控应用目前在中国已经有多家具有丰富工程经验的第三方合作伙伴，已经建立完善的生态系统。

应用方案揭秘——亿维东方智能网络摄像机北京亿维东方科技有限公司(Emvideo)是专业智能安防产品的方案提供商，也是美国ADI公司授权的第三方合作伙伴。亿维东方目前有多款基于ADIBlackfin处理器为核心的硬件平台的产品，其中“软件＋硬件”交钥匙的WiFi无线视频监控整体解决方案基于BF536＋BF561的双处理器架构，方案硬件结构图如图3所示。

图3：采用BlackfinBF536和BF561的解决方案硬件结构图。

该方案采用了先进的背景建模方法，能有效地克服光线变化、树叶摆动以及水面波纹等背景对前景目标分析产生的干扰，实现准确的前景检测，同时在目标跟踪上采用了独特的优化算放，实现了在入侵检测(包括区域警戒、绊线检测)的应用上超过90%的准确率。而所有这些都是基于BF536＋BF561双处理器的硬件架构所具有的强大处理能力来实现的。

该方案的软硬件都经过了应用验证，目前已经由多家客户进行生产DB／T 79-2018标准下载，目标应用将主要是政府行政效能监测、教育系统等行业用户。