浅谈视频综合集控系统实现低功耗高能效的原则

部署大规模视频综合管理系统的挑战

　　随着视频监控系统阔步向海量资源分布和社会化应用的方向推进，IP化、高清化、智能化的技术发展趋势让视频监控行业进入到一个全新的转型时期。在传统模拟视频监控系统实施大规模改造升级的过程中，在新建视频监控系统架构设计选型的过程中，用户不仅对图像的清晰度、实时性、可靠性和易用性提出了日益苛刻的要求，更对设备制造商和系统集成商提出了节能、高效、环保的系统综合考量要求。如果给出具有相同特性和价格的两种产品，用户肯定选择耗能最低的产品，目的在于实现绿色环保。

　　一个完整的视频监控系统包括前端采集、中间传输、后端显示管理和存储等主要环节，负责后端显示管理的设备是整套系统的核心控制中枢。不论是一个节点形成的单系统，还是多个节点组成的联网系统，不论是模拟视频接入、数字视频接入还是模数混合接入，只有通过后端显示管理设备，才能对分散部署的图像资源进行汇聚处理，并形成人机接口。这种视频综合集中控制的核心作用使其成为每个系统中不可或缺的灵魂，由于这种系统架构的繁复多变，特别是需要解决模拟视频与数字视频综合接入的问题，具体构成也最为丰富，涉及到接收光端机、网络视频解码器、矩阵切换控制器、硬盘录像机、管理服务器、磁盘阵列等设备。由于负责前端采集的摄像机/.和负责中间传输的线缆光纤的能量损耗相对较低，所以降低功耗、提高能效、压缩综合成本的提升目标就放在了后端显示管理环节，这类设备普遍存在几类问题：

　　1、低集成度，部署麻烦

　　目前市场现存比例较大的模拟视频接入系统中，后端显示管理设备大多配置了矩阵用于对全部视频的整体快速浏览、实时非压缩显示和即时控制。1个256路输入32路输出的矩阵，大多要配置2个以上的大型插卡式机箱，而且还要外置CPU控制器和码分配器等，不包括硬盘录像机/视频分配器等就已占用将近1个标准机柜的空间。超过单一机箱的视频容量，就需要不同机箱之间的多个CPU单元之间的协同工作，以及在多个机箱之间的连接大量视频线缆，容易引入信号干扰和不稳定因素。如果采用嵌入式DVR录像加数字解码矩阵，或者网络视频编解码器的方案，则需要配置大量的网络资源，系统的可靠性/稳定性易受影响，运营维护的成本较高。

　　2、扩容受限，演进困难

　　目前视频监控系统中，模拟标清CVBS、模拟高清SDI、数字标清D1、数字高清720P等各类视频格式的多样化，给用户带来系统演进的不确定性和较高的设备升级成本。除了模拟视频的两类信号属于国际通用标准，可以直接使用转换外，数字视频信号目前是每个厂家都有自己的压缩算法和标准，很难互相兼容，造成设备替换废弃，占用存储空间且污染环境。即便是负责视频切换控制的模拟矩阵，也存在结构设计的局限性，比如每种功能板卡只能安插在背板上的固定插槽，无法灵活组合，而且除了视频输入输出模块可以扩展，无法为系统扩充增加新的功能单元。

　　3、高功耗，高排放

　　过去，与大多数其他变量(速度/性能、造价成本、上市时间、系统风险)相比，功耗往往被排在较低的优先级。然而在如今的市场，在设计的决策过程中，功耗已经成为一个非常重要的组成部分。比如，在每年为各类监控中心支出的数亿元电费中，25%的费用是直接归因于系统中的大型设备和各类服务器供电，而50%的费用用于为冷却系统和风扇等供电，以消除运行设备而产生的热量。此外，即便一个小型监控中心每年也会因为设备运行而排放20吨二氧化碳。

　　视频综合集控系统实现低功耗高能效的原则

　　1、高密度紧凑设计

　　缩减控制管理设备的组成数量和体积，不但可以减少系统功耗，而且还能压缩占地空间。比如硬盘录像机从早期的工控式DVR到后来的嵌入式DVR，从安装压缩卡到16路CIF乃至目前的16路D1;比如硬盘容量从三年前的80G到目前1T成为主流;比如矩阵切换控制器，从早期的单机箱192入16出到目前业内主流的单机箱256入64出，以及针对车载/会议室应用推出的1U机箱32入16出的业内最紧凑小系统;比如光端机从点对点传输到单纤传16路，以及节点式/汇聚式光系统。

　　高密度紧凑结构设计使得相同空间容纳更多视频接入、相同功耗提供更优图像画质、相同视频指标占用更小带宽资源和磁盘容量、相同系统设备花费更少造价成本。比如，一台256入64出的大型智能网络矩阵，视频输入输出单模块重量不超过1kg，矩阵满配置重量不超过25kg，整机满负荷耗仅90w，相比上一代模拟矩阵，重量减少70%，功耗减少85%。此外，由于CPU单元/码分配器/电源模块等全部内置，减少了配套设备的供电需求，高整合度、高集成度也大幅提高了系统安装部署的速度，无需考虑多机箱、多设备间的相互连接和反复设置。高密度的7U机架式机箱降低对机房/机柜的空间要求，节省了用户资源(图1所示)。

　　2、模块化结构配置，灵活扩容

　　视频监控系统根据不同的客户需求以及技术实现方式，分为多个功能模块，包括：音视频切换、前端云镜控制、报警采集联动、数字录像存储、网络远程传输和数据传输转发等等。每个功能模块经过多年演变发展，已经成为各自独立的行业和产品线。每种设备实现不同的功能，起到不同的作用，满足用户相对独立的需求，因此设计成不同的功能板卡和硬件结构，机箱的大小规格和外观工艺也各不相同。但是在全方位竞争日益激烈的大环境和专注行业化解决方案的大趋势下，必须考虑如何整合多个不同类别的产品，为用户提供高集成度、使用便捷、运维高效的一体化产品、系统;以及为应对价格竞争，必须实现成本压缩和质量控制的产业化要求。即便是同一公司的产品也面临着产品种类多产量少、硬件结构各不相同、板卡机箱不通用、无法保证检验标准的低效率问题。而模块化结构设计已成为最有效的解决手段。

　　以当前比较先进的MSIP通用化模块结构技术为例，其核心设计思想是将视频输入输出、音频输入输出、中文字符叠加、全交叉切换管理、光接收发射、报警输入输出、网络视频编解码等各功能模块按照标准协议统一硬件接口和底层协议栈，通过标准机架式机箱的内嵌式导轨卡槽组装到通用高速总线背板上。各种功能模块根据统一的标准属性类别编码，能够依照实际需求灵活搭配，内置到通用总线背板的任意插槽，板卡数量位置无须地址限定，系统自动扫描识别后快速上线运行，日后客户可自行扩展升级维护各类功能模块，系统部署成本降低至少20%。比如基于此平台开发的VMS视频综合集控平台系统，采用7U标准插卡式机箱，CPU单元、码分器、网络交换机、电源模块全部内置，支持256路模拟视频输入64路模拟视频输出，支持多路网络视频编解码模块，支持数字视频输入输出，实现模拟数字视频信号的混合切换控制，用户在网络内任意节点即可远程浏览控制前端图像场景，还可内置多个32路报警信号输入模块或者网络报警主机，实现对周界报警探测器各种报警类型的支持(图2所示)。