最 新 4K 超高清 (UHD) 摄像头覆盖更广泛区域，同时在高缩放水平下保持精致细节。但是，许多视频监控管理员没有认识到 4K 超高清摄像头和多视频流对工作站性能的影响。对这些工作站施加如此高的工作负荷会导致视频性能下降，影响识别、解读和应对事件的能力。
本文考察安防指挥中心内的监控工作站越来越高的性能需求。我们讨论 Intel 与视频管理软件 (VMS) 制造商 Milestone Systems 之间的合作，优化配备采用 Intel® Quick Sync Video 技术的 Intel® 处理器的工作站解码性能。我们研究检测结果，证明优化解决方案如何处理更多超高清摄像头，高清视频流数量达到未优化解决方案的 5 倍。最后，我们探究通过使用最新一代 Intel® Core™ 处理器实现更高性能突破的潜力。
高质量视频监控崛起
Milestone XProtect* VMS 是一个基于 IP 的开放架构软件套件，具有多种不同版本，包括业务支持的单一地点解决方案，以及设计处理不同地理位置数万摄像头的版本。软件及其插件解决方案通过系统集成商出售，在全球超过 100,000 个安装中使用。
行业存在一个新趋势，即开发更高分辨率的摄像头，提供更广视角和更锐利更细致的图像（图 1）。虽然可能在具有多个摄像头输入的相对小屏幕上查看视频，但 4K 超高清流允许操作员放大特定感兴趣区域，而不牺牲显示屏上的图像质量。操作员可以读取加速车辆的车牌号，或者看清校园远处行人手中拿的东西。
Figure 1: 随着现代视频监控解决方案部署 4K 超高清摄像头，实现更广视角的高细节和放大局部区域， 未来就在这里呈现。（图像归 Bosch 所有）
在人们发现这些新视频监控系统的图像质量功能后，他们经常希望扩展摄像头部署。增加更多 4K 超高清摄像头允许更广覆盖室内和室外区域，并有助于将摄像头用于其他用途，如业务流程的视频实现。
高清视频流对工作站负荷的影响
添加更多具有更高分辨率视频的摄像头对安防人员使用的监控工作站带来更高要求。这些工作站收集视频流，并解码后显示在视频墙上。随着系统集成商增加工作站上运行的 H.264 视频流的数量和分辨率，性能可能下降。
急速移动的视频和图像质量下降会影响在各种区域辨别活动和其他变化的能力，如建筑物走廊、机场航站楼、货运站、校园或零售销售层。不佳的图像质量使得难以清楚确定进行中的事件是否需要立刻采取措施，以及最合适的应对措施。性能下降的图像还影响为有关机构提供诉讼需要的无懈可击证据的能力。
要确定工作站可以处理的视频流数量，集成商必须考虑工作站上运行的其他功能和应用程序。除了管理解码和显示屏，VMS 工作站通常还运行用于访问管理层的办公软件解决方案和其他安全解决方案。密集解码多个高分辨率视频流可以独占工作站处理器，对其他应用的性能造成负面影响，并影响员工生产力（图 2，第 63 页）。
Figure 2: 摄像头分辨率越高，视频输入数量越多，对工作站性能、 功能和成本的影响越大。
解决方案选择
添加工作站是处理更多高分辨率视频流的一个解决方案。但是，这是一个成本高昂的提案。每个新工作站都带来额外前置系统和软件成本，以及长期员工和维护开销。更好的解决方案是寻找提高每个工作站性能的方法。
Milestone 开始与 Intel® Quick Sync Video 开发工程师合作一个为期多年的工程项目，力求提高 Intel® 处理器计算机上的工作站软件处理的视频流数量和 4K 超高清输入。Milestone 最初考虑过其他图形技术提供商，但 Intel 的灵活性和对扩大技术功能的兴趣最终推动了合作达成。
监控工作站软件的作用
Milestone XProtect Smart Client 是 XProtect VMS 的主要用户界面。作为一个易于使用的强大监控工作站应用程序，XProtect Smart Client 允许安防人员处理任何规模的 Milestone XProtect VMS 安装的每日操作。
XProtect Smart Client 是一个高效工作环境，提供 XProtect 与其他插件产品的无缝集成以处理全部操作员任务和要求。交互多层地图、先进调查工具和易于导航的视频时间轴允许安防人员快速准确检查事件。与顶尖访问控制和入侵系统的集成实现单个控制点。成熟的导出选择，包括故事板和证据锁定功能，允许整合相关视频证据，实现事件的完整 概览。
操作员可以选择不同摄像头的视频，在任何时间点，在一个或多个大屏幕上加入马赛克。安防人员可以快速准确放大和检查在线视频事件，标记视频用于证据。
在传统安装中，XProtect Smart Client 采用基于软件的方法，解码摄像头视频流用于显示。为处理庞大的摄像头种类，Milestone 制作 5000 多种用于 H.264、MJPEG 和 MPEG 编解码器的专用摄像头驱动程序。
Intel® Quick Sync Video 的作用
所有采用 Intel® Graphics Technology 的 Intel® 处理器中集成的 Intel Quick Sync Video 加速视频解码和编码。Intel Quick Sync Video 使用 Intel Graphics Technology 的专用媒体处理功能，释放处理器资源用于完成其他任务。
Intel Quick Sync Video 相比其他解决方案提供平衡的解决方案。使用传统纯硬件固定功能解决方案的视频解码以低功耗提供高性能，但无法更新以处理最新代码。另一方面，软件编解码器提供完整灵活性，但以牺牲功率和性能为代价。通过使用硬件执行不变化的编解码器功能，使用 GPU 计算元素中运行的软件执行变化的功能，Intel Quick Sync Video 能够以低功耗提供高性能，同时保持灵活性以改善长时间的编解码器性能。
Milestone-Intel 解决 方案
Intel Quick Sync Video 使用的早期版本 Optimized Media Library 支持更少 H.264 选择。要充分发挥 Intel Quick Sync Video 并支持 Milestone XProtect VMS 处理的多种摄像头，库中需要更多 H.264 选择。Intel 和 Milestone 合作扩展这些选择。然后 Milestone 工程师优化 XProtect VMS 和 Smart Client，用于使用 Intel® Media Server Studio 套件和 Intel® Media SDK 的 Intel Quick Sync Video。
测试设置
为了测试优化 XProtect Smart Client 和非优化版本，公司配置了两个完全相同的测试工作站。测试装置配置使用高端 Intel® Core™ i7-4790K 处理器、16 GB RAM、显卡和 1 Gbps Ethernet。测试工程师设置全高清 1920×1080 像素和 4K 超高清 3840×2160 像素的显示屏分辨率。
工作站的唯一区别是 XProtect Smart Client 的版本。在本文剩下内容中，我们考察以下两个不同版本的测试平台：
XProtect Smart Client 2014 工作站 – 利用软件解码的非优化平台
XProtect Smart Client 2016 工作站 – 利用 Intel Quick Sync Video 加速的优化平台
显著不同的结果
XProtect Smart Client 2016 工作站流畅显示视频，以全高清（1920×1080 像素，25/30 帧/秒 (fps)）同时呈现来自多达 25 个摄像头的完整图像清晰度。相当于在一个或多个显示器上同时显示 25 部蓝光*电影而不掉一帧。XProtect Smart Client 2016 工作站还流畅支持多个 4K 超高清摄像头的沉重负荷，以 25/30 fps 显示流畅视频。有关完整结果，请参考图 3。
Figure 3: 测试结果显示 Intel® Quick Sync Video 为全高清和 4K 超高清视频流维持高帧率同时减少 CPU 利用率方面 的优势。
Milestone 测试还表现出 CPU 利用率下降的出众结果 （图 4）。XProtect Smart Client 2014 设置在运行 10 个全高清视频流时很快达到 95% 的 CPU 利用率。在相同负荷下，XProtect Smart Client 2016 工作站仅占用 15% 的 CPU。在此设置下即使运行 25 个全高清视频流，CPU 利用率仍在 40% 以下。
Figure 4: 第 6 代 Intel® Core™ i5/i7 处理器产品系列提供更强大的解决方案，用于以所有分辨率同时处理多个 H.264 视频流。
新编解码器支持包括 High-Efficiency Video Coding (HEVC)，这项最近推出的视频压缩标准也称为 H.265，在视频监控解决方案中的运用越来越多。用于解码和编码的硬件固定功能管道 Multi-Format Transcoder (MFX) 现在支持 HEVC Main 配置文件解码支持（4Kp60，最高 240 Mbps）。Main 10 解码可通过 GPU 加速进行。
结论
这些结果明确表明，Milestone XProtect Smart Client 2016 等软件充分发挥 Intel Quick Sync Video 加速的优势。与 XProtect VMS 合作的视频监控集成商可以使用新优化版本的 Smart Client 对每个工作站经济处理更多超高清和高清摄像头，并且具有更高视频清晰度和流畅度。此外，这些实施提供更多空间，提高其他工作站的性能。
有关 Milestone XProtect 视频管理软件解决方案 （全部包括 XProtect Smart Client）的信息， 请参见 intel.com/SD-milestone-xprotect。
有关数字安防与监控的更多信息， 请访问 intel.com/embedded-dss。
Milestone Systems (intel.com/MR-milestone) 是开放平台 IP 视频管理软件的全球行业领导厂商。Milestone 成立于 1998 年，现在作为 Canon Group 的独立公司运营，其技术易于管理，可靠，并在数千客户安装中得到证明，为网络硬件和与其他系统的集成提供各种灵活选择。Milestone 解决方案通过合作伙伴社区在 100 多个国家出售，帮助企业管理风险，保护人员和资产，优化流程，并降低成本。