智能监控系统解决方案

    近些年由于恐怖袭击事件频传，进而引发对安全监控系统的高度需求，利用新科技防范未然成为趋势，全球视频监控设备市场成长快速，根据市场研究机构IHS的调查与预测，全球视频监控设备市场总值在过去十年，几乎每年都呈两位数成长，且预测今年(2014年)将持续成长12%以上，从2013年的141亿美元增加到159亿美元。
　　而趋动市场快速成长的另一项重要因素是新科技的发展，特别是“智能视频分析”(IntelligentVideoAnalytics,IVA)的出现。另一家研究机构MarketsandMarkets在它的《全球市场预测与分析(2012―2017年)》中指出，未来三到五年，与智能视频分析相关的产品，将是视频监控市场中成长最快速的部分，到2017年以前可以达到近8.7亿美元，相比2011年的1.8亿美元市值，年均复合增长率(CAGR)高达30.4%。
　　一、智能监控的未来趋势
　　智能视频分析是一门从视频串流中自动辨识、追踪、分析视频与动作的科技，并配合数据库进行比对，采集出有意义的视频数据，可用于犯罪侦查或交通执法等，以便进行立即的介入或处理，大幅提升视频监控系统的效率。
　　也就是说，视频监控的垂直市场随着竞争环境的变化，决胜的因素也随之变化。从传统单纯的视频纪录和播放，演化到基于IP网络的智能型数字安全与监控(DigitalSecuritySurveillance,DSS)，因此如何运用新技术让系统执行智能型加值应用俨然成为未来的发展趋势。
　　智能型数字安全与监控系统将摄像机、控制器等前端设备全部串连于一个与数据库连接的网络平台，实时捕捉、处理、分析视频数据并传送到控制中心。由于前端的控制器必须实时进行多项分析与统计工作，因此需要更强大的CPU运算能力方能胜任。
　　二、使用者需求
　　除了提供更清晰丰富的视频信息，现今视频监控的用户也要求更高的视频输出质量，高清(HD)画质已不符需求，1080P的全高清(FullHD)高画质视频成为标准规格，且为了进行实时视频分析的演算，未压缩的高画质的传输与处理，同时也代表需要更强大的计算能力支持。
　　要做到实时分析，通过网络进行远程管理不可或缺。就硬件层面而言，指的就是由一台后台服务器进行远程设备的监控，使系统管理员得以通过网络进行基本的系统诊断和故障排除，避免系统宕机，同时可减少现场维修所需的人力和成本。
　　而在应用层面，远程管理乃是指由前端现场控制器先就录像设备取得的视频数据进行处理和分析，并实时传送到控制中心，让控制中心可就突发事件立即反应，同时就各地传来的资料作进一步的历史、区域或统计分析，提供决策所需的宝贵信息或更多应用。
　　由于许多数字安全与监控系统前端设备是布置于户外或半户外环境中，且必需全年无休的运转，不容许有任何非预期的故障停机而产生出额外的管理成本，因此所采用的嵌入式系统需要更坚固的设计以满足严苛的使用环境，包括能够防阻水气和污染物质渗透，能抵抗冲击和振动、支持宽温工作、防浪涌保护措施等都是选购时必需考虑的重点。
　　三、传统ARM和X86架构的限制
　　大型的视频监控系统，例如城市治安与交通监控系统，所需要布建的前端摄像机、嵌入式系统及其他接口设备数量相当庞大，因此在选购时价格常是关键考虑。
　　多年来，这类大型视频监控系统前端布置大多采用ARM架构的控制器，因为ARM系统与Intelx86系统相较之下，具有CPU架构精简、低耗电、低价位等特色。
　　然而ARM系统计算能力较低，通常一次只能处理一件工作，例如视频的录制与播放，当应用系统被要求处理的功能增加时，例如侦察交通违规事件、交通事故的监控等，使用ARM系统所需要增加部署的摄像机和控制器就会相当多，构建成本也随之大幅增加。
　　虽然近年来基于ARM架构的解决方案在计算能力和视频表现上大有进步，但要进行比较高端的处理功能，例如智能视频分析，还是有所不足的。
　　另一方面，ARM架构也常因为硬件、操作系统及软件之间兼容性较差，使得系统设计的弹性较低，当操作系统升级时，因为新旧版本不兼容，往往所有应用程序都要重写，对系统整合商而言相当不方便，也衍生出新的成本。
　　相比之下，X86系统在计算能力、I/O端口数量、及多任务处理能力上都胜出许多，同时软件资源较丰富、新旧版本间的兼容度高，然而这些优点加起来未能抵过价格因素，而在大型视频监控系统前端构建的选择上未获青睐。但Intel媒体软件开发工具包(MSDK)的出现已开始扭转乾坤，本文稍后将会论述。
　　四、选购最佳的智能型数字安全与监控系统的秘诀
　　每一个安全监控系统都是大手笔的投资，当市场正历经典范转移时，系统构建和选购的决策者就必须考虑：是否今日所选系统可符合明日需求?是否可容易升级或扩展以及，未来升级要花多少钱?
　　为符合新一代智能型数字安全与监控系统的需求，当选购前端系统时建议要考虑下列几个重要因素。
　　（一）系统提供最大的规划弹性
　　CPU资源有限、只能进行单一目的计算的系统虽然比较便宜，将无法应付新一代智能型数字安全与监控系统需要的多任务实时处理功能。因此选择多核的控制器，计算功能强大、CPU资源丰富的平台，可达到多任务且实时化处理的目的。
　　此外，设备之间的相互连结不可或缺。具有多样化I/O端口的嵌入式系统可方便连接设备，例如RS-232串行端口可用于连接摄影所需的闪光灯，无线Wi-Fi可与后台服务器联机，足够的GbE端口则可用于连接多个网络摄像机，选购系统时必须注意系统的I/O端口是否具备足够的弹性来进行整体的系统功能规划。
　　（二）具有高扩展性、容易升级
　　由于处理器、内存、和网络持有成本的降价，加上新科技使单一系统能够支持的视频频道和信号质量大增，使得高画质的监视系统更容易实现。更多视频、更高的视频分辨率和信号质量、以及实时视频监控及分析，这些新增的功能将是升级时必须纳入考虑的重要因素，系统扩展性要达到最高，才能降低未来升级的成本负担。
　　（三）总所有成本(TCO)才是关键
　　数字安全与监控系统集成商在选择计算机系统时，必须考虑不同操作系统版本和应用程序语言之间的兼容性问题，以保有软件使用的最大弹性。不同版本间若具有向上和向下兼容性，将可降低系统发展的成本。
　　说到总所有成本TCO(Totalcostofownership)，维护管理的隐藏性支出经常被忽略。以数字安全与监控系统而言，架设在各地的嵌入式设备数量动辄上百，如果要经常出动人力到现场进行维护检查和故障排除，成本支出将急剧上升。解决之道是通过自动化的远程监控、远程诊断、甚或在线故障排除，减少工程师亲临现场，降低相关的人力物力成本。
　　此外，可靠的计算机系统必须要能承受严苛的使用环境，例如高温、冲击、振动，还要能具备浪涌保护措施，才能降低因额外因素产生的维护成本。
　　五、创新MSDK+带来的改变
　　Intelx86系统以高计算能力、丰富I/O和软件资源著称，如果价格不是个问题，x86架构是构建新一代智能型数字安全与监控系统的首选。而IntelMSDK(MediaSDK)科技的出现，已大幅提升x86系统的价格竞争力。
　　IntelMSDK是一套让配有高速视频同步转码文件(Intel?QuickSyncVideo)多媒体单元的Intel?CPU性能达到最快的技术。工作方式是通过趋动程序将视频转码的工作(译码、处理、重新编码)从CPU移转到GPU，使得CPU负载大幅减少，从而可以专注于逻辑运算的处理而支持更多任务，比如数据分析和接口设备的控制，使得整体计算表现大为改进。
　　IntelInternetofThingsSolutions某联盟高级会员，不只充分发挥MSDK带来的好处，还加上自行发展的创新技术，让MSDK的效益达到加乘的效果，该技术被称为MSDK+技术，意即为IntelMSDK加值的创新技术。
　　MSDK+是基于IntelMSDKCPU卸载技术，再加上该会员自身独家发明的mux多路转换器、demux多路分解器、及RTP接收及串流等技术整合而成的。
　　多路分解器与转换器是将影音集中文件中的视频信号和声音信号分流，让Intel?MSDK引擎专注于视频串流的处理，采集与应用目的有关的视频信息，然后再将采集出的图像文件与声音文档汇流成为新的影音集中文档。因此可以加快图像处理的速度。
　　MSDK+的RTP技术则是在影音串流中去除文件头信息，降低网络传输的负担，提升影音串流的速度。
　　嵌入式系统搭载MSDK+技术可降低CPU负载，增强绘图能力和加快媒体串流速度，如同表2所示，通过CPU将10秒钟的1080P影片转档成480P，只能同步处理两串影音信息流，CPU使用量达96%，如同时转第三支影片处理时间就会超过10秒，将造成画面停滞。表3则是通过GPU进行转档，同样将10秒钟的1080P影片转档成480P，一次可以处理超过12串影音信息流，CPU使用量却仅11%，CPU卸载量超过8成，转码速度增加2.5倍。
　　运用到视频监控系统时，这些释放出来的CPU资源可以用来处理视频分析或支持更多视频。
　　换句话说，过去每一台x86系统的计算机只能支持2台IP摄像机，而且绝大多数CPU资源都用于处理这2个镜头传送过来的视频数据;而如今，支持MSDK+的一台x86嵌入式系统可以连接超过12台IP摄像机(仍需视网络带宽而定)，而且每个视频串流速度还更快。
　　通过MSDK+技术，基于x86架构的监控系统图形处理能力大增，减少图像处理占用CPU资源，而使得CPU可以释放出更多计算资源处理更多工作，因而可降低前端系统构建所需要的计算机数量和整体构建成本，相比传统的x86系统，价格竞争力大增。
　　六、选择最佳解决方案
　　MXE-5400嵌入式系统是第一个实现MSDK+技术的产品，也是工业计算机界第一个搭载第四代Intel?CoreTMi7中央处理器的无风扇嵌入式计算机，适合于进行户外或半户外智能型数字安全与监控系统的前端构建，特别是道路与交通方面的应用。
　　光是第四代Intel?CoreTMi系列处理器，性能就比前一代CPU提升20%，再加上MSDK+的CPU卸载技术，使得MXE-5400在视频转码速度上比未采用MSDK+时大幅提升250%。
　　上述产品在机构设计上特别着重工业计算机的坚固耐用和可靠性，采用被动式散热的无风扇设计、无线缆的载板，并针对GbE和序列接口作了防浪涌的防护处理，冲击耐受度达100G，防振动能力则达5G，并且可在-20oC至+60oC的宽温范围下工作。
　　在远程能力的实现上，MXE-5400采取硬件内建和软件管理的软硬兼施的方式，硬件搭载Intel?主动管理技术9.0版(Intel?iAMT9.0)，搭配嵌入式智能管理软件平台，即便是在远程系统宕机情况下，系统管理或维修人员都还可以通过远程模式来管理、监控和修复计算机。
　　综合以上所述，以MXE-5400部署在户外环境中高度视频应用的监视系统，例如道路和交通监视系统，可大幅提升图像处理能力和质量，易于进行远程管理和维护，且价格结构相当具竞争力。
　　七、结论
　　面对视频监控市场对于智能化功能的需求，系统开发者和集成商必须判断，如何设计出在性能与价格之间取得平衡的系统，既满足客户需求，又能符合客户预算。
　　MSDK+技术可有效降低构建基于x86架构的数字监控系统的总成本，通过类似MXE-5400这样的产品，已将x86系统推到一个新的阶段，可以在系统前端设备的构建上与ARM系统一决高下。