基于傳統(tǒng)監(jiān)控護(hù)C人臉抓拍盒子設(shè)計(jì)

林東海 李煥

摘要

本文介紹一種基于傳統(tǒng)監(jiān)控IPC（IP攝像機(jī)）的人臉識(shí)別改造方案，前端IPC接入人臉抓拍盒子，盒子接收并硬解碼IPC視頻流，實(shí)時(shí)進(jìn)行人臉檢測(cè)，抓取最佳人臉圖上傳給后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行人臉識(shí)別。該方案定位于項(xiàng)目改造，充分利用現(xiàn)有的監(jiān)控IPC資源，通過接入人臉抓拍盒子使之成為人臉抓拍IPC，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目智能化升級(jí)改造。

【關(guān)鍵詞】監(jiān)控 IPC 人臉抓拍盒子

1 引言

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，“平安城市”、“雪亮工程”建設(shè)的推進(jìn)，人臉識(shí)別技術(shù)在視頻監(jiān)控的應(yīng)用越來越廣泛。面對(duì)海量的高清監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)，常見的做法是搭建昂貴的GPU后臺(tái)服務(wù)器集群，高度依賴服務(wù)器強(qiáng)大的算力進(jìn)行視頻解碼，人臉檢測(cè)及人臉識(shí)別。為解決GPU服務(wù)器集群昂貴和壓力大問題，市面上出現(xiàn)一些將人臉識(shí)別技術(shù)融入前端產(chǎn)品的智能人臉抓拍IPC.對(duì)于已安裝了視頻監(jiān)控的項(xiàng)目，直接采用智能人臉抓拍IPC替換傳統(tǒng)IPC，存在資源浪費(fèi)、改造成本高的問題。于是，人臉抓拍盒子應(yīng)運(yùn)而生。人臉抓拍盒子定位于一種基于傳統(tǒng)監(jiān)控IPC的人臉識(shí)別改造方案，應(yīng)用場(chǎng)景如圖1所示。

一路監(jiān)控IPC接一個(gè)人臉抓拍盒子，盒子實(shí)時(shí)處理監(jiān)控IPC的視頻流，抓取最佳人臉圖通過網(wǎng)絡(luò)上傳給后臺(tái)人臉識(shí)別服務(wù)器，人臉識(shí)別服務(wù)器無需處理大量的高清視頻流，職責(zé)變得很簡(jiǎn)單：一是接收各路盒子上傳的人臉圖，二是人臉識(shí)別。采用這種方式，一臺(tái)人臉識(shí)別服務(wù)器可以對(duì)接上百路的監(jiān)控IPC。實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，一個(gè)人臉抓拍盒子也可同時(shí)接多路IPC，需要盒子的性能能夠滿足同時(shí)處理多路視頻的強(qiáng)大算力。本文暫且只討論一對(duì)一的應(yīng)用場(chǎng)景。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

人臉抓拍盒子選用RK3288作為主處理器，該處理器采用四核Cortex-A17，主頻最高達(dá)1.8GHz，采用ARM Mali-T764 GPU，支持TE，ASTC，AFBC內(nèi)存壓縮技術(shù)，支持4K、H.265硬解碼。RK3288實(shí)時(shí)接收IPC傳過來的高清視頻流，解碼采用硬解碼方式，解碼后依靠CPU算力進(jìn)行人臉檢測(cè)、人臉跟蹤、人臉質(zhì)量評(píng)估，然后往人臉識(shí)別服務(wù)器智能推送最優(yōu)的人臉。

鑒于盒子不需要UI交互，Linux系統(tǒng)相對(duì)Android系統(tǒng)存在資源占用率低，運(yùn)行效率高，穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，盒子采用原廠開放的Buildroot Linux SDK進(jìn)行二次開發(fā)。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，需要對(duì)內(nèi)核和文件系統(tǒng)進(jìn)行定制并裁剪，同時(shí)刪除一些不必要的進(jìn)程和應(yīng)用程序。

2.2 人臉?biāo)惴ㄔO(shè)計(jì)

人臉?biāo)惴ㄊ侨四樧ヅ暮凶拥暮诵摹Ｈ四標(biāo)惴ㄖ饕獙?shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

2.2.1 人臉檢測(cè)與跟蹤

每?jī)蓭∫粠M(jìn)行人臉檢測(cè)，檢測(cè)出人臉并標(biāo)記人臉位置信息，同時(shí)對(duì)當(dāng)前檢測(cè)到的人臉持續(xù)跟蹤。對(duì)于同一個(gè)人，通過目標(biāo)持續(xù)跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)抓拍最優(yōu)人臉，有效降低人臉抓拍重復(fù)率。人臉檢測(cè)與跟蹤算法非常占用硬件資源，同一時(shí)刻的人臉越多，CPU占用率越高，所以算法需要針對(duì)嵌入式硬件進(jìn)行優(yōu)化，充分發(fā)揮硬件性能，滿足同時(shí)檢測(cè)與跟蹤15張人臉要求。

2.2.2 人臉質(zhì)量評(píng)估

對(duì)檢測(cè)出的人臉進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，得出人臉的大小、清晰度、角度，在人臉持續(xù)跟蹤過程中，根據(jù)評(píng)估的結(jié)果智能篩選出最優(yōu)人臉。

2.2.3 人臉推送

智能剔除人臉像素大小、人臉模糊度、人臉角度明顯不合格的圖片，每個(gè)人推送一張質(zhì)量最優(yōu)的人臉給后臺(tái)人臉識(shí)別服務(wù)器。

2.2.4 場(chǎng)景適應(yīng)和優(yōu)化

算法基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)，結(jié)合實(shí)際使用場(chǎng)景，利用大量數(shù)據(jù)對(duì)人臉檢測(cè)模型進(jìn)行重新訓(xùn)練，使算法滿足場(chǎng)景適應(yīng)和優(yōu)化。

2.3 多網(wǎng)口設(shè)計(jì)

人臉抓拍盒子應(yīng)用于改造項(xiàng)目，安裝位置可位于前端（靠近IPC）也可位于后端（機(jī)房）。為滿足應(yīng)用于前端能夠簡(jiǎn)易快捷安裝，無需重新布線或者盡量少布線的需求，盒子應(yīng)采用支持多網(wǎng)口的設(shè)計(jì)方案，即集成小型交換機(jī)功能。

如圖2所示，盒子通過外接RTL8365MB方式實(shí)現(xiàn)集成交換機(jī)功能，實(shí)際使用2個(gè)網(wǎng)口，最多可支持4個(gè)網(wǎng)口。RTL8365MB是一款高性能的4+1端口千兆以太網(wǎng)交換機(jī)芯片，與普通交換機(jī)芯片最大區(qū)別在于它配有CMIFRGMII/MII接口，可以直接與主處理器連接。

2.4 散熱設(shè)計(jì)

抓拍盒子需要實(shí)時(shí)處理IPC的視頻流，CPU占用率高，RK3288必然會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱發(fā)燙現(xiàn)象。為避免RK3288因發(fā)熱發(fā)燙導(dǎo)致性能下降和死機(jī)問題，保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，需要引入良好的散熱機(jī)制。由于盒子小體積因素限制，不宜采用風(fēng)扇散熱設(shè)計(jì)，應(yīng)采用全鋁材散熱片結(jié)構(gòu)外殼設(shè)計(jì)。盒子外殼被設(shè)計(jì)成一個(gè)和空氣接觸面積很大的散熱片，和內(nèi)部小散熱片緊密相連，CPU的熱量通過內(nèi)部小散熱片傳導(dǎo)至外殼進(jìn)行充分散熱。

2.5 其他必要設(shè)計(jì)

以下是人臉抓拍盒子必要的功能：

2.5.1 外部硬件看門狗

RK3288自帶內(nèi)部軟件看門狗，其可靠性不如硬件看門狗，比如無法檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器自身發(fā)生故障。人臉抓拍盒子使用外部硬件看門狗替代內(nèi)部看門狗，確保盒子因軟硬件潛在缺陷或外部環(huán)境影響等因素導(dǎo)致死機(jī)的情況下能夠快速自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

2.5.2 在線升級(jí)

人臉?biāo)惴ò姹敬嬖谏?jí)迭代，為避免每次升級(jí)需要人工現(xiàn)場(chǎng)處理，人臉抓拍盒子必須支持在線升級(jí)功能。后臺(tái)服務(wù)器負(fù)責(zé)設(shè)備管理、版本管理和版本推送，當(dāng)需要升級(jí)時(shí)往目標(biāo)盒子推送新版本，盒子接收到新的版本后自動(dòng)完成升級(jí)。

3 結(jié)束語

基于RK3288的人臉抓拍盒子，滿足對(duì)一路高清視頻進(jìn)行人臉抓拍，全天候穩(wěn)定工作。實(shí)際場(chǎng)景測(cè)試，支持同時(shí)抓拍15張不同人臉，抓拍率大于98%，抓拍重復(fù)率低于10%，后臺(tái)服務(wù)器人臉識(shí)別率大于98%.

RK3288是一款通用成熟的高速處理器，不是針對(duì)此應(yīng)用的專門處理器，人臉檢測(cè)高度依賴CPU的計(jì)算能力。隨著Al產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，基于DSP、GPU、FPGA等方案的AI芯將凸顯出更為專業(yè)而強(qiáng)大的算力優(yōu)勢(shì)，將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)，但目前用于像人臉抓拍盒子對(duì)性能和成本敏感的嵌入式應(yīng)用仍有待進(jìn)一步探索和落地。

人臉抓拍盒子在未來終將由于智能IPC的普及而被淘汰，但是智能IPC逐步取代傳統(tǒng)IPC將是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，在此期間它將扮演重要的改造角色。

參考文獻(xiàn)

[1]Rockchip RK3288 datasheet V1.2瑞芯微電子股份有限公司，2014.