2024年3月24日发(作者：)
网络视频监控调查简报初略调查了目前网络视频监控方面的市场和技术概况，结果简单总结如下：一、系统的逻辑架构典型的视频监控系统架构如下图所示：从上图我们可以看到，一个典型的系统逻辑上主要由IP camera、DVR和Client组成。其中IP camera是视频采集终端，被安装在现场，主要功能是采集现场视频。DVR主要是录制、分发和管理视频。可以根据情况安装在现场、本地或远程。Client主要是系统的本地人机界面，用于实时监控现场和整个系统的管理维护。随着应用要求和技术实现方法的不同，监控系统的实际结构往往是不同的。例如，IP
camera可以集成DVR； DVR可以是独立的PC，Client和DVR软件都运行在同一台PC上；如果应用复杂，也可以由几台服务器结合来完成DVR的功能。无论如何，逻辑上来说一个系统是由Camera、DVR和Client这三部分组成，从研发人员的角度分析，这是系统的三个模块。二、市场概况视频监控市场是一个成熟的、客户导向的、竞争激烈、急剧变革的市场。说它成熟是因为闭路电视监控作为一个产业已经存在了几十年，网络视频监控主要是对原有监控系统的技术改进并添加IP网络所提供的功能。许多现有模拟监控系统正在运行，新系统在安装要考虑于老系统的整合的问题。一些跨国公司已在视频监控领域经营多年，如bosh、松下、索尼、西门子和GE等公司。这些公司在模拟视频监控领域有丰厚的积累，而且一些公司已经开发出集成IP网络技术的监控产品。说它客户导向是因为这是一个面向企事业单位的市场，不同客户的需求不同，系统的安装较复杂，需要针对不同的客户定制方案。所谓竞争激烈是指目前全球市场大概是$10B USD的规模，但是还没有垄断级企业，Pelco被认为是最大的企业，每年是$600-700M USD的revenue，6-7%的市场分额。Axis是IP camera的领导者，被报告说是第6大，每年$250M USD的revenue。说它急剧变革是因为随着IP camera的出现，视频监控市场正发生深刻变化，监控系统越来越智能化，常常与其他系统的整合。尤其是IP camera内置ip网络功能后，使许多互联网技术应用到视频监控系统。例如，现在一些video management hosting（视频监控云计算）开始出现，这些公司以包月的形式销售一种SaaS，提供视频管理和分析服务。要在视频监控市场占有一席之地，需要针对上述特点提出相应策略，并在实践中灵活应对。下面简单我所了解到的几家代表性的公司：
是最早做IP camera的代表性公司，没有模拟摄像头产品。由于入IP camera市场较早，而被看做IP摄像头领导者。产品以摄像头设备为主，该产品线比较成熟，质量较高。另外，该公司也提供个人或小型企业使用的Cam Station软件。由于该公司产品价格相对其他公司同类产品较高，目前面临ACTi和Vivotek的竞争。PelcoPelco是模拟视频监控的领导者，正在增加IP camera产品线 Sarix，专攻 H.264 megapixel video。因为面临Axis之类公司的竞争，Pelco借助多年模拟领域的积累，主打高端市场，在IP camera产品中加入一些特殊功能。例如，Auto-focus, PoE, dual streams, 模拟视频输出和mini Sd支持。有些型号，加入TI的芯片支持video analytics. Pelco在IP camera上面临的问题主要是价格竞争，技术问题应该不难解决，考虑到目前IP video技术的普及程度。ACTi和Vivotek这两家公司都都是台湾公司，类似于Axis，都是以各类型IP camera产品为主，兼做视频管理软件和DVR设备。由于产品性价比很高，被中低端客户广泛接受，因此发展很快。有报道说ACTi在2009年10月销售额已达世界第六。他们的策略就是做国际市场，以低价格相同质量或高质量于欧美对手竞争。而且ACTi也开始提供一种CMS系统支持large scale video management，管理分布式的NVR节点。Sony, Panasonic 和bosch这几家公司都是analog camera供应商，也都在做Ip camera，策略上也似乎都侧重销售total solution。考虑到这些公司在成像设备上丰厚地技术积累，成熟的客户群，他们将一直是市场上重要的力量。MobotixMobotix是最早做decentralised ip camera的。他们的ip camera带有storage，不需要DVR或NVR，只要一个client就可以工作，而且client是免费的。可能因为这样的ip camera价格较高，所以他们只做3M pixel 的高质量camera。他们省去NVR和第三方video management软件降低总成本，似乎很成功。他们2008年的财报说，revenue大概是$50M USD，每年增长 50%。Cisco思科是视频监控领域的后来者，产品主要是于他们的网络设备集成在一起。曾经收购一家做video
encoder设备的公司和一家开发VMS软件的公司。但有评论说他们在视频监控领域并不成功，没有如网络设备领域的地位。Milestone这家公司是纯视频监控软件公司，没有自己的camera和encoder产品。该公司致力于打造一个开放的视频监控软件平台，他们的系统支持众多的摄像头和其他安防系统。Milestone被认为是最大的视频监控软件公司。2008年他们得到$27 M USD的投资。Avaak该公司是一个startup company，研发一种价值299美元的无线ip camera kit，包括两个摄像头和一个basestation。Basestation接受无线视频然后发送到自己公司的video hosting website. 这个kit可在amazon购买。Video hosting第一年免费，以后每年20美金。摄像头上可以使用电池，不需要电源线，而且不需要网络设置，因此安装非常方便。网上有报告说：”In March 2010, Avaak announced $10 Million in
Series B funding. In 2008, Avaak received $8 Million in Series A funding.”Pixim我们知道Pixim是主攻image sensor的公司，John和Dave曾在这里工作过。很多公司的camera使用他们的sensor和ISP chipset。他们的产品在成像质量上有优势，例如wide dynamic range, good color
rendering等等。
三、监控对图像质量的要求目前，市场上出现越来越多的megapixel IP camera产品，这些摄像头比原来标模拟准摄像大很多。头摄像头分辨率的提升对监控质量的提高有多大呢？网上有一个文章做了简单的分析，分析结果总结成下面的表格：上表中的160'是指横向范围160 feet(英尺）。从这张表可以看到，要清除显示人脸的话，5MP的摄像头比480p的一般摄像头覆盖范围要大5倍。也可以说如果覆盖相同范围的目标，5MP比标准摄像头要清晰大约5倍。但是上述比较是在正常光线得到的，如果在阴影、强光、夜间的光线条件下，高分辨率摄像头的优势就大打折扣，有时甚至没有帮助。另外，还要考虑镜头的影响，使用广角镜头还是望远镜头影响摄像头的监视距离。例如下表显示，使用90度镜头监视200英尺的距离，只能达到5-9ppf(每英尺像素个数），只能勉强判断目标是否是一个人。从上面的分析我们可以对视频监控对摄像头图像质量的要求有个总体的认识。例如，人脸识别是监控系统较高端的应用，要实现该应用，摄像头的输出的图像需要满足大致60ppf的要求才能较好的识别人脸。四、摄像头研发的各类问题简单概括，从事IP camera研发需要解决硬件和软件两类问题：
硬件类问题有：1. 成像模块成像模块包括sensor和ISP，是公认的核心部件。成像模块的选择与集成，对产品的图像质量影响很大。一些特殊应用要求使用红外、热成像等特殊类型的成像设备。对IP camera来说，低照度质量和动态范围是两个关键指标。对IP camera的高质量成像模块不同于USB camera，我们需要学习积累并在供应商关系上下功夫。2. 镜头和成像模块一样，镜头也是图像质量相关的部件。从上一张的分析中我们知道，不同的应用也要选择使用不同档次不同类型的镜头。广角合适望远，是否自动光圈，自动对焦等等都是要考虑的因素。3. PTZ、户外、高低温摄像头的机械结构和外包装也是非常重要的，是否PTZ、是否户外防雨、防高低温等等。不同应用需要不同的外型和包装，例如PTZ在监控中心的情况下更有意义，如果没有人长期监控，PTZ就没必要。4. 网络带宽网络带宽对视频监控有决定性的影响，在有线局域网环境下，MP IP camera才有用武之地。广域网的带宽还很难可靠的实现高分辨率的应用。至于无线网，能支持标准分辨率就不错了。H264的广泛采用，降低了高分辨率视频的带宽要求，但是即便如此，Mega Pixel camera仍然会超出可用带宽的限制。存储设备存储设备也是监控系统的重要部分。是本地存储（摄像头带存储设备）还是远程存储，是SD卡还是普通硬盘甚至是专用RAID，对监控系统方案设计是重要的问题。5. CPU和系统板视频压缩、视频分析以及车牌或人脸识别都包括大量的计算操作，对CPU和主板当然提出很高要求。另外，摄像头是嵌入式设备，对集成度、能耗也有很高要求，所以只有高计算性能、高集成度、低能耗的计算机系统才能满足要求。目前，ARM+DSP或ARM+ASIC是常见的方案。软件类问题有：1. 操作系统考虑到成本、通用型、灵活性和网络功能的支持，Linux是内置操作系统的不二选择。虽然使用Linux可以使用大量开源项目的成果，但是要打造自己公司专用于IP camera的Linux则不是容易的事情。要做到去粗存精、去伪存真，并能完全驾驭Linux系统，需要有专业的核心软件研发团队。2. 压缩标准和传输协议如果有人问我DVR是什么，我会说DVR是一套视频监控软件。如果问DVR软件实质是什么，我会说是压缩标准和传输协议的实现。压缩标准一般各公司使用国际标准如MJPEG或H264。但是传输协议和应用协议各公司则常常制定自己的标准。不过，Linux下压缩标准和传输协议的研发不用从零做起，有开放源代码项目可以利用。另外，要考虑到OVNIF和PSIA等正在普及的行业标准，是否支持这两项标准可能要考虑市场和销售的需要。从市场普及度来说，ONVIF比PSIA更好一些。从研发角度来看，ONVIF是以SOAP为基础，PSIA以REST为基础。有人认为REST比SOAP更便携，更易实现。SOAP应用于简单场合，例如，PTZ的控制命令，显得协议带宽成本很高。当然，考虑到视频监控系统的总带宽要求，SOAP的带宽影响也是很小的。总的来说，因为主持ONVIF的几家公司的市场占有律较高，所以ONVIF更被看好。3. 用户界面用户界面属于没有核心技术的核心模块，产品销售的不好，很有可能和界面不好有关系。市场上有的公司就是通过出色的用户界面是自己区别于其他的公司。一般来说，Rich client和Web client是两个必备的用户界面软件。Rich client一般是指一个运行在Windows PC上的一个GUI Application，所以研发人员需要是Windows Application开发工程师，一般使用的也是微软的Visual Studio，C#或C++语言，DirectShow等。Web client其实就是一个网站或网络应用，所以研发人员也是web开发工程师，使用HTML、CSS以及PHP或java来开发。无论是上述那个client，UI designer都是必不可少的研发人员，而且最好是高水平的专业人士。好的UI将大大提高产品的附加值。总结一下，上述硬件问题的解决能力，我们可以称为研发团队的硬实力，硬实力的提高对产品研发水平的提升是立竿见影。例如，成像模块升级，会很快提升摄像头的档次，当然需要软件的配合。而软件问题的解决能力，我们可以称之为研发团队的软实力，虽然软实力的提高不容易在短期内实现，但软实力则是产品竞争力的源泉。无数软实力还是硬实力，知识积累和研发人员的内功决定产品的质量。
五、TI方案分析Ti专门为嵌入式高级数字视频应用开发了一系列芯片，比较典型的如DM368, 支持H264 1080P 30fps
encoding，可用于高分辨率IP camera。我们在这里不分析这一系列的芯片，关于这些芯片的详细feature和技术参数可以参考TI的data sheet，我们在这里仅仅对研发影响较大的Development Kit做简单分析。首先看一张图：上图是TI提供的Linux Digital Video Software Development Kit，该SDK于TI的芯片一起配套销售。分析上面这张图使我们对使用Dm268研发IP camera有个大致的了解。从下往上SDK的主要模块依次是：1、DSPBIOS+dsp frameworkDSP BIOS是运行在DSP上的底层软件，相当于操作系统，和一般的RTOS类似。而dsp framework则是为方便用户开发算法模块（如codec）的框架程序。2、Codec ServerCodec Server就是完成音视频codec模块，这个模块被称为server主要是因为其以server形式运行在DSP上，接受运行在ARM处理器上的软件请求。ARM软件和DSP软件使用DSP Link交互。大部分TI的处理器使用DSP+ARM的架构，有少部分TI的处理器使用HW Codec+ARM的架构。例如DM368就是HW codec+ARM926的架构，估计在DM368的开发包中就不需要DSP BIOS、framework和Codec
server，由Codec Engine（下面介绍）控制HW codec完成媒体编解码。3、Codec Engine顾名思义，Codec Engine是完成编解码的模块，该模块封装了底层DSP或HW codec的技术细节，上层软件并不需要考虑这些底层细节，只需要和Codec Engine交互即可。这样的模块需要有一个API规范来约束上层软件的调用，所以TI提出了VISA API。4、Linux kernel+BSPARM处理器上的OS是Linux，具体地说TI使用了Monta Vista Embedded Linux为OS核心，并为不同芯片的开发板研发了BSP（板级支持包）。5、DMAIDMAI是Digital Media Application Interface的缩写，最初，这是TI为便于开发不同芯片产品Demo而总结出来的API抽象层，有了这个抽象层，一个复杂的Demo App可以较容易的移植到不同的芯片系统。随着DMAI的成熟和规范，TI也在SDK中提供DMAI以方面芯片用户的应用开发。6、Gtreamer Plugin简单的说，Gstreamer就是Linux上的DirectShow，DirectShow是微软设计的一套流媒体处理的软件架构，在该架构下，媒体处理是一个流水线操作，流水线上的每个步骤可以单独设计成一个filter模块。有了DirectShow，开发Window下的流媒体应用更方便，更规范。Gstreamer是参照DirectShow设计的Linux下的流媒体处理软件包。该软件包是开发源代码的，渐渐成为Linux下媒体处理软件开发的标准API。
总结一下，TI为芯片用户提供了完善的SDK，这套SDK包括从上到下完备的软件模块，再加上TI的评估板和CCS IDE，这使得用TI的方案开发IP camera并不困难。对熟悉TI开发环境的开发人员来说，开发一套新的IP
camera估计需要3到4个月左右。当然，开发人员需要时间来学习TI的环境。另外开发人员对IP camera技术本身的学习掌握，是使用任何一个方案都回避不了的。六、海思方案分析海思的方案，网上资料并不多，粗略的看了一下，他们的Hi3512在核心模块上是典型的HW codec+ARM9的结构，但是他们的应用和外设接口设计的很好。Hi3512有丰富的视频输入输出接口，处理器可以灵活分配编码和解码所占的处理器百分比，另外，海思的芯片支持PCI bridge，可以将多个Hi3512组合使用，并可以定义PCI Bridge的主设备和从设备。海思芯片的这些功能和特性对DVR设备的研发来说是非常有意义的，大大增加DVR编解码使用方式的灵活性和摄像头数量的可扩展性。至于研发环境上，我了解的并不多，估计是典型的ARM上的Linux开发环境，海思应该像TI一样提供Codec
Engine API和Demo App代码。总结总的来说，IP camera是一个较复杂的网络视频解决方案产品，考虑到行业的历史、市场的现状、未来的发展趋势，以及客户的需求的差异度和安装实施的复杂度。我认为IP camera产品的研发中，市场的定位，产品的定义非常重要。精准的产品定义加上研发团队坚深的内功才能创出一片天地。产品应具有差异化、个性化、高附加值的功能。尤其是随着ONVIF和PSIA等标准的普及，单纯的Ip camera产品将commoditized，利润将越来越薄，这将逼迫各个厂商在产品新功能上展开激烈竞争。研制一套IP camera并不难，研制出一套功能强、高附加值的产品才是真正的课题。
