淺談視頻綜合集控系統實(shí)現低功耗高能效的原則
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隨著(zhù)視頻監控系統闊步向海量資源分布和社會(huì )化應用的方向推進(jìn)，IP化、高清化、智能化的技術(shù)發(fā)展趨勢讓視頻監控行業(yè)進(jìn)入到一個(gè)全新的轉型時(shí)期。在傳統模擬視頻監控系統實(shí)施大規模改造升級的過(guò)程中，在新建視頻監控系統架構設計選型的過(guò)程中，用戶(hù)不僅對圖像的清晰度、實(shí)時(shí)性、可靠性和易用性提出了日益苛刻的要求，更對設備制造商和系統集成商提出了節能、高效、環(huán)保的系統綜合考量要求。如果給出具有相同特性和價(jià)格的兩種產(chǎn)品，用戶(hù)肯定選擇耗能最低的產(chǎn)品，目的在于實(shí)現綠色環(huán)保。
一個(gè)完整的視頻監控系統包括前端采集、中間傳輸、后端顯示管理和存儲等主要環(huán)節，負責后端顯示管理的設備是整套系統的核心控制中樞。不論是一個(gè)節點(diǎn)形成的單系統，還是多個(gè)節點(diǎn)組成的聯(lián)網(wǎng)系統，不論是模擬視頻接入、數字視頻接入還是模數混合接入，只有通過(guò)后端顯示管理設備，才能對分散部署的圖像資源進(jìn)行匯聚處理，并形成人機接口。這種視頻綜合集中控制的核心作用使其成為每個(gè)系統中不可或缺的靈魂，由于這種系統架構的繁復多變，特別是需要解決模擬視頻與數字視頻綜合接入的問(wèn)題，具體構成也最為豐富，涉及到接收光端機、網(wǎng)絡(luò )視頻解碼器、矩陣切換控制器、硬盤(pán)錄像機、管理服務(wù)器、磁盤(pán)陣列等設備。由于負責前端采集的攝像機/.和負責中間傳輸的線(xiàn)纜光纖的能量損耗相對較低，所以降低功耗、提高能效、壓縮綜合成本的提升目標就放在了后端顯示管理環(huán)節，這類(lèi)設備普遍存在幾類(lèi)問(wèn)題：
1、低集成度，部署麻煩
目前市場(chǎng)現存比例較大的模擬視頻接入系統中，后端顯示管理設備大多配置了矩陣用于對全部視頻的整體快速瀏覽、實(shí)時(shí)非壓縮顯示和即時(shí)控制。1個(gè)256路輸入32路輸出的矩陣，大多要配置2個(gè)以上的大型插卡式機箱，而且還要外置CPU控制器和碼分配器等，不包括硬盤(pán)錄像機/視頻分配器等就已占用將近1個(gè)標準機柜的空間。超過(guò)單一機箱的視頻容量，就需要不同機箱之間的多個(gè)CPU單元之間的協(xié)同工作，以及在多個(gè)機箱之間的連接大量視頻線(xiàn)纜，容易引入信號干擾和不穩定因素。如果采用嵌入式DVR錄像加數字解碼矩陣，或者網(wǎng)絡(luò )視頻編解碼器的方案，則需要配置大量的網(wǎng)絡(luò )資源，系統的可靠性/穩定性易受影響，運營(yíng)維護的成本較高。
2、擴容受限，演進(jìn)困難
目前視頻監控系統中，模擬標清CVBS、模擬高清SDI、數字標清D1、數字高清720P等各類(lèi)視頻格式的多樣化，給用戶(hù)帶來(lái)系統演進(jìn)的不確定性和較高的設備升級成本。除了模擬視頻的兩類(lèi)信號屬于國際通用標準，可以直接使用轉換外，數字視頻信號目前是每個(gè)廠(chǎng)家都有自己的壓縮算法和標準，很難互相兼容，造成設備替換廢棄，占用存儲空間且污染環(huán)境。即便是負責視頻切換控制的模擬矩陣，也存在結構設計的局限性，比如每種功能板卡只能安插在背板上的固定插槽，無(wú)法靈活組合，而且除了視頻輸入輸出模塊可以擴展，無(wú)法為系統擴充增加新的功能單元。
3、高功耗，高排放
過(guò)去，與大多數其他變量(速度/性能、造價(jià)成本、上市時(shí)間、系統風(fēng)險)相比，功耗往往被排在較低的優(yōu)先級。然而在如今的市場(chǎng)，在設計的決策過(guò)程中，功耗已經(jīng)成為一個(gè)非常重要的組成部分。比如，在每年為各類(lèi)監控中心支出的數億元電費中，25%的費用是直接歸因于系統中的大型設備和各類(lèi)服務(wù)器供電，而50%的費用用于為冷卻系統和風(fēng)扇等供電，以消除運行設備而產(chǎn)生的熱量。此外，即便一個(gè)小型監控中心每年也會(huì )因為設備運行而排放20噸二氧化碳。
1、高密度緊湊設計
縮減控制管理設備的組成數量和體積，不但可以減少系統功耗，而且還能壓縮占地空間。比如硬盤(pán)錄像機從早期的工控式DVR到后來(lái)的嵌入式DVR，從安裝壓縮卡到16路CIF乃至目前的16路D1;比如硬盤(pán)容量從三年前的80G到目前1T成為主流;比如矩陣切換控制器，從早期的單機箱192入16出到目前業(yè)內主流的單機箱256入64出，以及針對車(chē)載/會(huì )議室應用推出的1U機箱32入16出的業(yè)內最緊湊小系統;比如光端機從點(diǎn)對點(diǎn)傳輸到單纖傳16路，以及節點(diǎn)式/匯聚式光系統。
高密度緊湊結構設計使得相同空間容納更多視頻接入、相同功耗提供更優(yōu)圖像畫(huà)質(zhì)、相同視頻指標占用更小帶寬資源和磁盤(pán)容量、相同系統設備花費更少造價(jià)成本。比如，一臺256入64出的大型智能網(wǎng)絡(luò )矩陣，視頻輸入輸出單模塊重量不超過(guò)1kg，矩陣滿(mǎn)配置重量不超過(guò)25kg，整機滿(mǎn)負荷耗僅90w，相比上一代模擬矩陣，重量減少70%，功耗減少85%。此外，由于CPU單元/碼分配器/電源模塊等全部?jì)戎?，減少了配套設備的供電需求，高整合度、高集成度也大幅提高了系統安裝部署的速度，無(wú)需考慮多機箱、多設備間的相互連接和反復設置。高密度的7U機架式機箱降低對機房/機柜的空間要求，節省了用戶(hù)資源(圖1所示)。
2、模塊化結構配置，靈活擴容
視頻監控系統根據不同的客戶(hù)需求以及技術(shù)實(shí)現方式，分為多個(gè)功能模塊，包括：音視頻切換、前端云鏡控制、報警采集聯(lián)動(dòng)、數字錄像存儲、網(wǎng)絡(luò )遠程傳輸和數據傳輸轉發(fā)等等。每個(gè)功能模塊經(jīng)過(guò)多年演變發(fā)展，已經(jīng)成為各自獨立的行業(yè)和產(chǎn)品線(xiàn)。每種設備實(shí)現不同的功能，起到不同的作用，滿(mǎn)足用戶(hù)相對獨立的需求，因此設計成不同的功能板卡和硬件結構，機箱的大小規格和外觀(guān)工藝也各不相同。但是在全方位競爭日益激烈的大環(huán)境和專(zhuān)注行業(yè)化解決方案的大趨勢下，必須考慮如何整合多個(gè)不同類(lèi)別的產(chǎn)品，為用戶(hù)提供高集成度、使用便捷、運維高效的一體化產(chǎn)品、系統;以及為應對價(jià)格競爭，必須實(shí)現成本壓縮和質(zhì)量控制的產(chǎn)業(yè)化要求。即便是同一公司的產(chǎn)品也面臨著(zhù)產(chǎn)品種類(lèi)多產(chǎn)量少、硬件結構各不相同、板卡機箱不通用、無(wú)法保證檢驗標準的低效率問(wèn)題。而模塊化結構設計已成為最有效的解決手段。
以當前比較先進(jìn)的MSIP通用化模塊結構技術(shù)為例，其核心設計思想是將視頻輸入輸出、音頻輸入輸出、中文字符疊加、全交叉切換管理、光接收發(fā)射、報警輸入輸出、網(wǎng)絡(luò )視頻編解碼等各功能模塊按照標準協(xié)議統一硬件接口和底層協(xié)議棧，通過(guò)標準機架式機箱的內嵌式導軌卡槽組裝到通用高速總線(xiàn)背板上。各種功能模塊根據統一的標準屬性類(lèi)別編碼，能夠依照實(shí)際需求靈活搭配，內置到通用總線(xiàn)背板的任意插槽，板卡數量位置無(wú)須地址限定，系統自動(dòng)掃描識別后快速上線(xiàn)運行，日后客戶(hù)可自行擴展升級維護各類(lèi)功能模塊，系統部署成本降低至少20%。比如基于此平臺開(kāi)發(fā)的VMS視頻綜合集控平臺系統，采用7U標準插卡式機箱，CPU單元、碼分器、網(wǎng)絡(luò )交換機、電源模塊全部?jì)戎?，支?56路模擬視頻輸入64路模擬視頻輸出，支持多路網(wǎng)絡(luò )視頻編解碼模塊，支持數字視頻輸入輸出，實(shí)現模擬數字視頻信號的混合切換控制，用戶(hù)在網(wǎng)絡(luò )內任意節點(diǎn)即可遠程瀏覽控制前端圖像場(chǎng)景，還可內置多個(gè)32路報警信號輸入模塊或者網(wǎng)絡(luò )報警主機，實(shí)現對周界報警探測器各種報警類(lèi)型的支持(圖2所示)。
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