基于传统监控护C人脸抓拍盒子设计

林东海 李焕

摘要

本文介绍一种基于传统监控IPC（IP摄像机）的人脸识别改造方案，前端IPC接入人脸抓拍盒子，盒子接收并硬解码IPC视频流，实时进行人脸检测，抓取最佳人脸图上传给后台服务器进行人脸识别。该方案定位于项目改造，充分利用现有的监控IPC资源，通过接入人脸抓拍盒子使之成为人脸抓拍IPC，实现项目智能化升级改造。

【关键词】监控 IPC 人脸抓拍盒子

1 引言

随着人工智能技术的发展，“平安城市”、“雪亮工程”建设的推进，人脸识别技术在视频监控的应用越来越广泛。面对海量的高清监控视频数据，常见的做法是搭建昂贵的GPU后台服务器集群，高度依赖服务器强大的算力进行视频解码，人脸检测及人脸识别。为解决GPU服务器集群昂贵和压力大问题，市面上出现一些将人脸识别技术融入前端产品的智能人脸抓拍IPC.对于已安装了视频监控的项目，直接采用智能人脸抓拍IPC替换传统IPC，存在资源浪费、改造成本高的问题。于是，人脸抓拍盒子应运而生。人脸抓拍盒子定位于一种基于传统监控IPC的人脸识别改造方案，应用场景如图1所示。

一路监控IPC接一个人脸抓拍盒子，盒子实时处理监控IPC的视频流，抓取最佳人脸图通过网络上传给后台人脸识别服务器，人脸识别服务器无需处理大量的高清视频流，职责变得很简单：一是接收各路盒子上传的人脸图，二是人脸识别。采用这种方式，一台人脸识别服务器可以对接上百路的监控IPC。实际应用场景中，一个人脸抓拍盒子也可同时接多路IPC，需要盒子的性能能够满足同时处理多路视频的强大算力。本文暂且只讨论一对一的应用场景。

2 系统设计

2.1 总体设计

人脸抓拍盒子选用RK3288作为主处理器，该处理器采用四核Cortex-A17，主频最高达1.8GHz，采用ARM Mali-T764 GPU，支持TE，ASTC，AFBC内存压缩技术，支持4K、H.265硬解码。RK3288实时接收IPC传过来的高清视频流，解码采用硬解码方式，解码后依靠CPU算力进行人脸检测、人脸跟踪、人脸质量评估，然后往人脸识别服务器智能推送最优的人脸。

鉴于盒子不需要UI交互，Linux系统相对Android系统存在资源占用率低，运行效率高，稳定性高等优势，盒子采用原厂开放的Buildroot Linux SDK进行二次开发。为进一步提高系统性能，需要对内核和文件系统进行定制并裁剪，同时删除一些不必要的进程和应用程序。

2.2 人脸算法设计

人脸算法是人脸抓拍盒子的核心。人脸算法主要实现以下几个功能：

2.2.1 人脸检测与跟踪

每两帧取一帧进行人脸检测，检测出人脸并标记人脸位置信息，同时对当前检测到的人脸持续跟踪。对于同一个人，通过目标持续跟踪技术实现抓拍最优人脸，有效降低人脸抓拍重复率。人脸检测与跟踪算法非常占用硬件资源，同一时刻的人脸越多，CPU占用率越高，所以算法需要针对嵌入式硬件进行优化，充分发挥硬件性能，满足同时检测与跟踪15张人脸要求。

2.2.2 人脸质量评估

对检测出的人脸进行质量评估，得出人脸的大小、清晰度、角度，在人脸持续跟踪过程中，根据评估的结果智能筛选出最优人脸。

2.2.3 人脸推送

智能剔除人脸像素大小、人脸模糊度、人脸角度明显不合格的图片，每个人推送一张质量最优的人脸给后台人脸识别服务器。

2.2.4 场景适应和优化

算法基于卷积神经网络深度学习，结合实际使用场景，利用大量数据对人脸检测模型进行重新训练，使算法满足场景适应和优化。

2.3 多网口设计

人脸抓拍盒子应用于改造项目，安装位置可位于前端（靠近IPC）也可位于后端（机房）。为满足应用于前端能够简易快捷安装，无需重新布线或者尽量少布线的需求，盒子应采用支持多网口的设计方案，即集成小型交换机功能。

如图2所示，盒子通过外接RTL8365MB方式实现集成交换机功能，实际使用2个网口，最多可支持4个网口。RTL8365MB是一款高性能的4+1端口千兆以太网交换机芯片，与普通交换机芯片最大区别在于它配有CMIFRGMII/MII接口，可以直接与主处理器连接。

2.4 散热设计

抓拍盒子需要实时处理IPC的视频流，CPU占用率高，RK3288必然会出现发热发烫现象。为避免RK3288因发热发烫导致性能下降和死机问题，保证系统长时间稳定工作，需要引入良好的散热机制。由于盒子小体积因素限制，不宜采用风扇散热设计，应采用全铝材散热片结构外壳设计。盒子外壳被设计成一个和空气接触面积很大的散热片，和内部小散热片紧密相连，CPU的热量通过内部小散热片传导至外壳进行充分散热。

2.5 其他必要设计

以下是人脸抓拍盒子必要的功能：

2.5.1 外部硬件看门狗

RK3288自带内部软件看门狗，其可靠性不如硬件看门狗，比如无法检测系统内部定时器自身发生故障。人脸抓拍盒子使用外部硬件看门狗替代内部看门狗，确保盒子因软硬件潜在缺陷或外部环境影响等因素导致死机的情况下能够快速自动恢复正常工作状态。

2.5.2 在线升级

人脸算法版本存在升級迭代，为避免每次升级需要人工现场处理，人脸抓拍盒子必须支持在线升级功能。后台服务器负责设备管理、版本管理和版本推送，当需要升级时往目标盒子推送新版本，盒子接收到新的版本后自动完成升级。

3 结束语

基于RK3288的人脸抓拍盒子，满足对一路高清视频进行人脸抓拍，全天候稳定工作。实际场景测试，支持同时抓拍15张不同人脸，抓拍率大于98%，抓拍重复率低于10%，后台服务器人脸识别率大于98%.

RK3288是一款通用成熟的高速处理器，不是针对此应用的专门处理器，人脸检测高度依赖CPU的计算能力。随着Al产业的发展，基于DSP、GPU、FPGA等方案的AI芯将凸显出更为专业而强大的算力优势，将成为未来的发展趋势，但目前用于像人脸抓拍盒子对性能和成本敏感的嵌入式应用仍有待进一步探索和落地。

人脸抓拍盒子在未来终将由于智能IPC的普及而被淘汰，但是智能IPC逐步取代传统IPC将是一个漫长的过程，在此期间它将扮演重要的改造角色。

参考文献

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