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物联网之IP Camera解决方案简介

简介: IP Camera即网络摄像头,是物联网领域中的一个重要场景。本文将带领读者了解IP Camera这一典型物联网场景的市场、IP Camera的重要组成部分、以及以HaaS IP Camera为代表介绍IP Camera的解决方案的主要内容。
来源 | HaaS技术社区

不看这几篇好文,就别说自己了解物联网

前言

IP Camera即网络摄像头,是物联网领域中的一个重要场景。本文将带领读者了解IP Camera这一典型物联网场景的市场、IP Camera的重要组成部分、以及以HaaS IP Camera为代表介绍IP Camera的解决方案的主要内容。

IP Camera市场概述

近些年来,随着AI技术、云服务以及IoT技术的发展,网络摄像机IP Camera迎来了高速发展期。除了工业级的工程使用场景的专业iPC之外,各行各业的智能IPC也正在百花齐放,个人和家庭的民用IPC应用场景也越来越多。结合AI技术、云服务和智能手机,IPC设备可设定多种智能分析策略,联动多种周边外设,形成一个完整的智能系统。IPC市场已经发展为全球AIoT最为确定且最大的市场之一。各种IPC使用场景对IPC产品的各项技术指标,包括稳定性、功耗、成本等都提出了相应的要求。在激烈的市场竞争下,各IPC芯片厂商也使出了浑身解数去推出有市场竞争力的产品。

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图1:IPC的各种产品形态

(图片来自互联网公开数据,如有侵权请告知作者删除)

IP Camera主要组成部分

先来看一下一个IPC产品的主要功能组成。由下图所示,除了IPC SoC之外,相应的外围硬件和设备如镜头、传感器、麦克风、网络、DDR、存储、供电等都是重要组成部分。

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图2:IPC的主要组成部分

(图片来自互联网公开数据,如有侵权请告知作者删除)

  • 镜头:如果把IPC机器比喻成一台小型机器人的话,IPC的镜头相当于机器视觉的晶状体。光圈相当于瞳孔,瞳孔可以控制光进量的多少,晶状体进行折射和屈光矫正。
  • 传感器:当图像的可见光经过IPC镜头输入后,将由sensor进一步转化为相应的数字信号。Sensor相当于机器人的视网膜,图像信号通过透镜成像原理传达到视网膜之后进行成像,以数字信号传输进大脑中进行分析处理。
  • IPC SoC:IPC产品的核心部件,相当于机器人的大脑。IPC SoC芯片通常集成了嵌入式处理器(CPU)、图像信号处理器(ISP)、音视频编码模块、网络接口模块等。
  • ISP:通过Sensor输出的电信号,经过ISP的处理生成数字化的图像信息。ISP模块在整个SoC大脑里主要负责处理视觉辅助相关功能,用来对前端图像传感器输出信号处理,通过自动白平衡、自动曝光、自动对焦等功能,得到清晰的图像信息,同时通过动态范围调整、降噪等多种辅助功能,以机器视觉的强大性能帮助我们对图像细节看得更清楚。集成ISP,不但可大幅降低系统成本,更能大大增强视频的稳定性,优化影响在光学方面的性能,有力提升IPC的成像品质。
  • CPU:CPU是IPC SoC机器视觉的逻辑和控制中心,可以说是大脑的中枢神经。用于协同各个功能模块更高效地处理数据和智能分析。通过一些本地存储设备将ISP处理后的数据存储在本地,或者通过网络设备将图像数据传送到云端进行更多的后续处理。一些视觉算法也可以在CPU中实现。包括视频异常的诊断,越界入侵在内的多种视觉算法,能在实际生活中带来丰富的应用。
  • VPU:视频处理单元。图像经过ISP模块图像处理后,会传输到VPU进行压缩。VPU是大脑中视频处理平台的核心引擎,主要负责将从ISP传入的大视频流进行视频编码压缩处理,向外高效输出视频码流。VPU通常采用H.264/H.265编码,可在不同目标应用中提供低功耗、高性能的视觉处理解决方案。VPU的存在可以有效减少CPU符合并降低服务器负载和网络带宽的消耗。
  • AI:SoC中的AI处理单元则相当于机器视觉的智能处理单元。在进行图像信号处理的同时,AI讲同时进行智能化的视频内容分析处理,对目标识别进行进一步的分析,比如人脸识别、人行检测以及车牌识别等。传统的监控智能依赖于云端的智能处理和分析,对数据传输、云端运算存储都造成了较大压力,同时实时性得不到保障。越来越多的IPC厂商开始将视频分析技术集成到前端摄像机,利用AI引擎的分析算法实现分布式的智能监控,这有助于降低监控系统带宽、存储成本,同时实现智能化的分析、处理和应用。
  • Audio DSP:音频的协处理器,在IPC SoC中负责将麦克风收录的音频信号进行处理和加工,让声音更清晰。麦克风会将整个环境的声音都进行收入,通过Audio DSP的抑制啸叫、去除杂音等功能处理,能将现场声音还原的更清晰、更真实。
  • 网络模块:当音视频信号经过IPC SoC的高效数字化处理及智能分析后,最终通过网络传输到后端进行接收处理并存储。既可实现通过web端或者移动端的实时音视频流查看,也可在后期需要回溯时可轻松调出存储的音视频数据进行检索回放。

HaaS IP Camera解决方案

AIoT技术的迅猛发展,带动着各行各业的产品转型。IPC视频监控市场正迎来快速发展期,尤其是今年网络摄像机在人工智能的加持下市场逐年快速增长,其中超低功耗、超长待机、快速启动的电池类网络摄像机也开始备受市场认可,整体市场正在爆发。电池类IPC产品主要有两个应用场景:

  1. 民用IPC:移动互联网、大数据、智能化都在影响着IPC市场的格局,民用IPC市场在这两年也迅速火爆。据业内人士估计,未来5年内民用IPC安防市场规模将达500亿元人民币,人们的安全意识也越来越强,很多业内人士持乐观态度。这与企业的产品战略、政府的导向和老百姓的需求有很大的关系,只有简单实用更贴近人们生活的安防产品才能更快被接受。相比较于传统安防,民用安防迅速崛起极大得益于智能手机的普及和无线标准的统一,简单的一台手机就可以实现视频的采集、传输和存储。省去了传统安防中复杂的布线、繁琐的设置、以及高额的维护成本。除了安防类IPC产品,其他包括运动摄影、自行车行车记录、无人机飞控图传、电池门铃、甚至玩具娱乐等,只要是需要影像或视频的都可以包含在电池类IPC产品的范畴内。可以说低功耗带电池的IPC民用产品的兴起,是AIoT时代下的必然产物。
  2. 供电困难区域:有些不方便寻找稳定供电源的偏远地区也是电池类IPC的绝佳使用场景,利用新能源技术比如风力、太阳能发电等,配合蓄电池进行供电,运用4G/5G无线网络实现远距离传输,为偏远地区供电难、布线难、组网难的监控需求提供最佳的解决方案。

低功耗IP Camera无需带任何外接线路,一直是理想的产品形态。但是由于电池技术的限制,低功耗IP Camera有使用时间短,价格高等硬伤。IPC芯片厂商非常关注低功耗技术在IPC领域的应用。同时,由于低功耗IPC产品往往需要长时间处于休眠待机状态,对于由唤醒事件(比如人行检测、越界入侵、人体识别等)或者手动唤醒(如移动端App唤醒)触发的低功耗待机状态到工作状态的转换时间非常敏感,相应的状态切换时延会直接影响用户的使用体验。这个状态切换主要包含两个部分的耗时:一个是系统启动的时间,一个是IPC前端应用开启到摄像头工作并出图的时间。同时,低功耗待机状态中仍需要保持网络连接,这里面有两方面的原因:一是需要保证网络相关事件的唤醒,一是唤醒后不用花费较长的时间重新建立网络连接。因此IPC系统对于低功耗在网待机、快速启动、快速出图都有着非常高的要求。

在低功耗IP Camera产品形态下,Linux系统不能够很好地满足系统启动速度和资源消耗的技术要求。针对技术要求,RTOS系统具有的启动速度快和资源消耗少的特性,可以很好地解决Linux系统面临的问题。但是,RTOS系统的弱生态,使得它对应用和驱动的支持都不是很友好。针对客户面临的问题,HaaS创新积木重要一员的IP Camera解决方案针对RTOS系统的问题,通过使用AliOS Things,和芯片原厂深度合作软硬件一体解决方案,很好地解决了上述问题,充分体现了HaaS物联网开发框架在IP Camera领域的优势。

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HaaS IP Camera开发板

目前,HaaS IP Camera解决方案由于其低功耗特色,被方案商采用,正在合作产品化低功耗IP Camera,即将进入量产阶段。

同时HaaS团队会将该能力推广给HaaS生态中的其他客户。通过技术输出,被ISV/IHV集成,加速IP Camera方案的落地速度,帮助方案商降低成本,使得产品更加具有竞争力。

另外,HaaS IP Camera解决方案中用到的硬件平台,也将成为HaaS IP Camera开发板,相关的应用能力将使用轻应用的方式提供给开发者方便集成,和广大的开发者一起共建丰富的IP Camera物联网应用生态。

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