最 新 4K 超高清 (UHD) 攝像頭覆蓋更廣泛區域，同時在高縮放水準下保持精緻細節。但是，許多視頻監控管理員沒有認識到 4K 超高清攝像頭和多視頻流對工作站性能的影響。對這些工作站施加如此高的工作負荷會導致視頻性能下降，影響識別、解讀和應對事件的能力。
本文考察安防指揮中心內的監控工作站越來越高的性能需求。我們討論 Intel 與視頻管理軟體 (VMS) 製造商 Milestone Systems 之間的合作，優化配備採用 Intel® Quick Sync Video 技術的 Intel® 處理器的工作站解碼性能。我們研究檢測結果，證明優化解決方案如何處理更多超高清攝像頭，高清視頻流數量達到未優化解決方案的 5 倍。最後，我們探究透過使用最新一代 Intel® Core™ 處理器實現更高性能突破的潛力。
高品質視頻監控崛起
Milestone XProtect* VMS 是一個基於 IP 的開放架構軟體套件，具有多種不同版本，包括業務支持的單一地點解決方案，以及設計處理不同地理位置數萬攝像頭的版本。軟體及其外掛程式解決方案透過系統集成商出售，在全球超過 100,000 個安裝中 使用。
行業存在一個新趨勢，即開發更高解析度的攝像頭，提供更廣視角和更銳利更細緻的圖像（圖 1）。雖然可能在具有多個攝像頭輸入的相對小螢幕上檢視視頻，但 4K 超高清流允許操作員放大特定感興趣區域，而不犧牲顯示幕上的圖像品質。操作員可以讀取加速車輛的車牌號，或者看清校園遠處行人手中拿的東西。
Figure 1: 隨著現代視頻監控解決方案部署 4K 超高清攝像頭，實現更廣視角的高細節和放大局部區域，未來就在這裡呈現。（圖像歸 Bosch 所有）)
在人們發現這些新視頻監控系統的圖像品質功能後，他們經常希望擴展攝像頭部署。增加更多 4K 超高清攝像頭允許更廣覆蓋室內和室外區域，並有助於將攝像頭用於其他用途，如業務流程的視頻實現。
高清視頻流對工作站負荷的影響
新增更多具有更高解析度視頻的攝像頭對安防人員使用的監控工作站帶來更高要求。這些工作站收集視頻流，並解碼後顯示在視頻牆上。隨著系統集成商增加工作站上執行的 H.264 視頻流的數量和解析度，性能可能下降。
急速移動的視頻和圖像品質下降會影響在各種區域辨別活動和其他變化的能力，如建築物走廊、機場航站樓、貨運站、校園或零售銷售層。不佳的圖像品質使得難以清楚確定進行中的事件是否需要立刻採取措施，以及最合適的應對措施。性能下降的圖像還影響為有關機構提供訴訟需要的無懈可擊證據的能力。
要確定工作站可以處理的視頻流數量，集成商必須考慮工作站上執行的其他功能和應用程式。除了管理解碼和顯示幕，VMS 工作站通常還執行用於存取管理層的辦公軟體解決方案和其他安全解決方案。密集解碼多個高解析度視頻流可以獨佔工作站處理器，對其他應用的性能造成負面影響，並影響員工生產力（圖 2，第 63 頁）。
Figure 2: 攝像頭解析度越高，視頻輸入數量越多，對工作站性能、功能和成本的影響越大。
解決方案選擇
新增工作站是處理更多高解析度視頻流的一個解決方案。但是，這是一個成本高昂的提案。每個新工作站都帶來額外前置系統和軟體成本，以及長期員工和維護開銷。更好的解決方案是尋找提高每個工作站性能的方法。
Milestone 開始與 Intel® Quick Sync Video 開發工程師合作一個為期多年的工程項目，力求提高 Intel® 處理器電腦上的工作站軟體處理的視頻流數量和 4K 超高清輸入。Milestone 最初考慮過其他圖形技術提供商，但 Intel 的靈活性和對擴大技術功能的興趣最終推動了合作達成。
監控工作站軟體的作用
Milestone XProtect Smart Client 是 XProtect VMS 的主要使用者介面。作為一個易於使用的強大監控工作站應用程式，XProtect Smart Client 允許安防人員處理任何規模的 Milestone XProtect VMS 安裝的每日操作。
XProtect Smart Client 是一個高效工作環境，提供 XProtect 與其他外掛程式產品的無縫集成以處理全部操作員任務和要求。交互多層地圖、先進調查工具和易於導航的視頻時間軸允許安防人員快速準確檢查事件。與頂尖存取控制和入侵系統的集成實現單個控制點。成熟的匯出選擇，包括故事板和證據鎖定功能，允許整合相關視頻證據，實現事件的完整概覽。
操作員可以選擇不同攝像頭的視頻，在任何時間點，在一個或多個大螢幕上加入馬賽克。安防人員可以快速準確放大和檢查線上視頻事件，標設視頻用於證據。
在傳統安裝中，XProtect Smart Client 採用基於軟體的方法，解碼攝像頭視頻流用於顯示。為處理龐大的攝像頭種類，Milestone 製作 5000 多種用於 H.264、MJPEG 和 MPEG 轉碼器的專用攝像頭驅動程式。
Intel® Quick Sync Video 的作用
所有採用 Intel® Graphics Technology 的 Intel® 處理器中集成的 Intel Quick Sync Video 加速視頻解碼和編碼。Intel Quick Sync Video 使用 Intel Graphics Technology 的專用媒體處理功能，釋放處理器資源用於完成其他任務。
Intel Quick Sync Video 相比其他解決方案提供平衡的解決方案。使用傳統純硬體固定功能解決方案的視頻解碼以低功耗提供高性能，但無法更新以處理最新代碼。另一方面，軟體轉碼器提供完整靈活性，但以犧牲功率和性能為代價。透過使用硬體執行不變化的轉碼器功能，使用 GPU 計算元素中執行的軟體執行變化的功能，Intel Quick Sync Video 能夠以低功耗提供高性能，同時保持靈活性以改善長時間的轉碼器 性能。
Milestone-Intel 解決方案
Intel Quick Sync Video 使用的早期版本 Optimized Media Library 支援更少 H.264 選擇。要充分發揮 Intel Quick Sync Video 並支持 Milestone XProtect VMS 處理的多種攝像頭，庫中需要更多 H.264 選擇。Intel 和 Milestone 合作擴展這些選擇。然後 Milestone 工程師優化 XProtect VMS 和 Smart Client，用於使用 Intel® Media Server Studio 套件和 Intel® Media SDK 的 Intel Quick Sync Video。
測試設定
為了測試優化 XProtect Smart Client 和非優化版本，公司配置了兩個完全相同的測試工作站。測試裝置配置使用高端 Intel® Core™ i7-4790K 處理器、16 GB RAM、顯卡和 1 Gbps Ethernet。測試工程師設定全高清 1920×1080 圖元和 4K 超高清 3840×2160 圖元的顯示幕解析度。
工作站的唯一區別是 XProtect Smart Client 的版本。在本文剩下內容中，我們考察以下兩個不同版本的測試平台：
XProtect Smart Client 2014 工作站 – 利用軟體解碼的非優化平台
XProtect Smart Client 2016 工作站 – 利用 Intel Quick Sync Video 加速的優化平台
顯著不同的結果
XProtect Smart Client 2016 工作站流暢顯示視頻，以全高清（1920×1080 圖元，25/30 幀/秒 (fps)）同時呈現來自多達 25 個攝像頭的完整圖像清晰度。相當於在一個或多個顯示器上同時顯示 25 部藍光*電影而不掉一幀。XProtect Smart Client 2016 工作站還流暢支持多個 4K 超高清攝像頭的沉重負荷，以 25/30 fps 顯示流暢視頻。有關完整結果，請參考圖 3。
Figure 3: 測試結果顯示 Intel® Quick Sync Video 為全高清和 4K 超高清視頻流維持高幀率同時減少 CPU 利用率方面的優勢。
Milestone 測試還表現出 CPU 利用率下降的出眾結果 （圖 4）。XProtect Smart Client 2014 設定在執行 10 個全高清視頻流時很快達到 95% 的 CPU 利用率。在相同負荷下，XProtect Smart Client 2016 工作站僅佔用 15% 的 CPU。在此設定下即使執行 25 個全高清視頻流，CPU 利用率仍在 40% 以下。
Figure 4: 使用 Intel® Quick Sync Video 的工作站在相同負荷下 CPU 利用率更低， 性能更高。
利用更新處理器提高性能
和以上結果同樣驚豔，第 6 代 Intel® Core™ i5/i7 處理器產品系欄提供比測試處理器更強大的解決方案，用於以所有解析度同時處理多個 H.264 視頻流 （圖 5，第 65 頁）。這些處理器採用 Intel 14 nm 工藝技術製造，相比上一代，CPU 和圖形性能顯著提高。它們加入 Intel 新的 Gen9 圖形引擎和所有改進功能，帶來更快更流暢的視頻播放體驗和出眾清 晰度。
第 6 代 Intel® Core™ i5/i7 處理器產品系欄推出特殊固定功能模式 (FF-Mode)，用於 Intel Quick Sync Video。這一新模式為即時 H.264 優化，在處理多個視頻流時可降低延遲和減少功耗。第 6 代 Intel Core 處理器還加入加速的 4K 硬體媒體轉碼器。這些增強了高密度流處理應用，如視頻監控。
Figure 5: 第 6 代 Intel® Core™ i5/i7 處理器產品系欄提供更強大的解決方案，用於以所有解析度同時處理多個 H.264 視頻流。
新轉碼器支援包括 High-Efficiency Video Coding (HEVC)，這項最近推出的視訊壓縮標準也稱為 H.265，在視頻監控解決方案中的運用越來越多。用於解碼和編碼的硬體固定功能管道 Multi-Format Transcoder (MFX) 現在支援 HEVC Main 設定檔解碼支持（4Kp60，最高 240 Mbps）。Main 10 解碼可透過 GPU 加速進行。
結論
這些結果明確表明，Milestone XProtect Smart Client 2016 等軟體充分發揮 Intel Quick Sync Video 加速的優勢。與 XProtect VMS 合作的視頻監控集成商可以使用新優化版本的 Smart Client 對每個工作站經濟處理更多超高清和高清攝像頭，並且具有更高視頻清晰度和流暢度。此外，這些實施提供更多空間，提高其他工作站的性能。
有關 Milestone XProtect 視頻管理軟體解決方案 （全部包括 XProtect Smart Client）的資訊，請參 見 intel.com/SD-milestone-xprotect。
有關數位安防與監控的更多資訊，請存取 intel.com/embedded-dss。
Milestone Systems (intel.com/MR-milestone) 是開放平台 IP 視頻管理軟體的全球行業領導廠商。Milestone 成立於 1998 年，現在作為 Canon Group 的獨立公司運營，其技術易於管理，可靠，並在數千客戶安裝中得到證明，為網路硬體和與其他系統的集成提供各種靈活選擇。Milestone 解決方案透過合作夥伴社區在 100 多個國家出售，幫助企業管理風險，保護人員和資產，優化流程，並降低成本。