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　　隨著視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展，通過無所不在的監(jiān)控?cái)z像機(jī)將有助于安防人員處理、顯示、評(píng)估并存儲(chǔ)大量視頻內(nèi)容。然而如何將操作人員從繁重的監(jiān)控工作中解放出來，成為當(dāng)前化解視頻監(jiān)控技術(shù)障礙的重點(diǎn)。隨之而來的視頻智能分析技術(shù)將更好的解決這一難題。

　　針對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)而言，主要任務(wù)就是需要一種低成本方式，在幾小時(shí)、幾天、幾周乃至幾個(gè)月的時(shí)間里實(shí)現(xiàn)視頻影像的傳輸、存儲(chǔ)以及搜索。就此，隨著關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展，安全監(jiān)控行業(yè)正經(jīng)歷著重大技術(shù)提升。

　　其發(fā)展主要表現(xiàn)在：數(shù)百萬像素的低成本數(shù)字?jǐn)z像機(jī)不斷涌現(xiàn)；低成本高清（HD）監(jiān)控器的出現(xiàn)，具有壓縮協(xié)處理器的新型DSP的推出；IP技術(shù)的普及與統(tǒng)一站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)融合；以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)推進(jìn)成本下降，且不用再為每個(gè)攝像機(jī)配備電源；以及大容量存儲(chǔ)設(shè)備成本下降等。此外，內(nèi)置計(jì)算功能的新一代智能攝像機(jī)已經(jīng)上市，可執(zhí)行視頻分析功能，并承擔(dān)一定處理任務(wù)，將操作人員從繁重的監(jiān)控工作中解放出來。

　　這些重要技術(shù)的發(fā)展將有助于安防人員處理、顯示、評(píng)估、存儲(chǔ)大量視頻內(nèi)容，而這些視頻是通過無所不在的監(jiān)控?cái)z像機(jī)透過各類網(wǎng)絡(luò)收集而來的。

　　一、帶寬、延遲以及存儲(chǔ)容量仍然是主要技術(shù)難題

　　安全技術(shù)人員很清楚地認(rèn)識(shí)到，監(jiān)控視頻與“好萊塢大片”式的視頻完全不同，不是在攝影棚里拍攝的。安全監(jiān)控?cái)z像機(jī)通常工作在光照較暗、對(duì)比度較低的環(huán)境下，而且攝像機(jī)所在位置通常對(duì)捕獲目標(biāo)區(qū)域都不是非常理想。

　　非常幸運(yùn)，安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要目標(biāo)是人員、物體或特定區(qū)域，因此通常不需要廣播級(jí)的影像質(zhì)量。針對(duì)高端應(yīng)用而言，系統(tǒng)或許需要較高分辨率進(jìn)行捕獲與讀取某些信息，如在惡劣環(huán)境下捕捉并讀取行駛車輛的車牌號(hào)。

　　北美電視標(biāo)準(zhǔn)幀速率為每秒30幀，有源影像分辨率為720X480像素。安全監(jiān)控系統(tǒng)的分辨率與幀速率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槠涓静恍枰东@所有細(xì)節(jié)。這樣就具有獲得存儲(chǔ)與通道密度等優(yōu)勢(shì)。因此，許多模擬安全監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行幀速率僅為7.5FPS，影像分辨率則僅為352X288像素（CIF標(biāo)準(zhǔn)）。

　　通過降低幀速率或分辨率，在一定帶寬下甚至可支持四個(gè)攝像機(jī)影像，而不僅是一個(gè)。如果同時(shí)降低幀速率與分辨率，正常情況下，一個(gè)攝像機(jī)影像所占帶寬就可支持16個(gè)攝像機(jī)的影像。當(dāng)然，節(jié)省帶寬也是有代價(jià)的，即影像質(zhì)量下降。在幀速率為7.5FPS時(shí)，畫面可能會(huì)不流暢，在影像分辨率為352X288像素時(shí)，細(xì)節(jié)可能比較模糊，不過操作人員通常仍可分辨出場景內(nèi)容。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，通常要通過降低幀速率或分辨率或同時(shí)調(diào)低這兩個(gè)參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)降低成本的目的。

　　新型攝像機(jī)技術(shù)改進(jìn)了壓縮方法，并采用更低成本存儲(chǔ)設(shè)備。這樣，系統(tǒng)就可支持更高的幀速率與分辨率，通常可達(dá)720X480全像素分辨率與30FPS幀速率。若有需要，新型系統(tǒng)也可通過編程采用較低的幀速率或分辨率降低成本。

　　安全監(jiān)控系統(tǒng)的另一關(guān)鍵要求就是低延遲，延遲涉及兩方面內(nèi)容，一是視頻顯示在顯示器上所需時(shí)間，二是攝像機(jī)平移與縮放某一可疑事件的速度。實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控有時(shí)會(huì)因延遲較長而受影響，導(dǎo)致操縱桿控制與攝像機(jī)的移動(dòng)不同步。之前，模擬電視系統(tǒng)的發(fā)射延遲總是要比IP視頻系統(tǒng)好。要想降低數(shù)字視頻延遲，就應(yīng)解決以太網(wǎng)多變的延遲與損失問題，還要解決視頻編碼與解碼本身造成的延遲。通常情況下，確保良好網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)局端，并采用高級(jí)編解碼器與視頻壓縮技術(shù)，即可解決上述問題。

　　視頻存儲(chǔ)也是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)安全監(jiān)控系統(tǒng)都必須支持存儲(chǔ)功能，要在幾天、幾周、幾個(gè)月乃至幾年后還可將視頻內(nèi)容調(diào)出來檢索。系統(tǒng)應(yīng)將高效壓縮算法與低成本大容量存儲(chǔ)設(shè)備結(jié)合起來，這樣才能滿足必需的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。不過考慮到數(shù)據(jù)量確實(shí)非常大，存儲(chǔ)技術(shù)還應(yīng)該能夠標(biāo)

　　這種要求催生了視頻分析，計(jì)算機(jī)可進(jìn)行分析運(yùn)算，識(shí)別目標(biāo)事件并將其標(biāo)記下來，以供人工解釋或進(jìn)行其它操作。

　　二、根據(jù)不同應(yīng)用采取不同壓縮方法

　　正如前部分提到的那樣，壓縮方案對(duì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)至關(guān)重要。多年來，不同的壓縮方案層出不窮，不過安全監(jiān)控系統(tǒng)一直主要采用MPEG與H.264標(biāo)準(zhǔn)。這些算法會(huì)頻繁采用參考影像，后續(xù)影像只存儲(chǔ)相對(duì)于參考影像發(fā)生變化的信息，這就有助于將影像尺寸降到最低。

　　幀預(yù)測不一定總是最佳解決方案。在幀速率較低時(shí)，不同影像間的變化可能較大，這時(shí)，這種運(yùn)動(dòng)估計(jì)節(jié)省的帶寬就非常有限。不過，更新的、低成本的新技術(shù)是采用必要而實(shí)用技術(shù)（如MPEG-4與H.264編解碼器），以支持電視畫質(zhì)的幀速率。

　　實(shí)現(xiàn)MPEG算法的壓縮標(biāo)準(zhǔn)在視頻系統(tǒng)中很受歡迎。MPEG實(shí)際包含了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2是一種較早期的標(biāo)準(zhǔn)，主要用于DVD與廣播視頻，而MPEG-4則可針對(duì)特定比特率實(shí)現(xiàn)更加清晰的畫質(zhì)。H.264則是最新增加的標(biāo)準(zhǔn)，也稱作MPEG-4Part10或高級(jí)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（AVC），該標(biāo)準(zhǔn)具有更高的壓縮性能。

　　一般規(guī)律是，標(biāo)準(zhǔn)30FPS模擬攝像機(jī)采用H.264壓縮技術(shù)，比特率是1Mbps。通常MPEG-4所用帶寬要高于50%，而MPEG-2所用帶寬又要比MPEG-4再多出50%。

　　要實(shí)現(xiàn)這種高質(zhì)量壓縮，運(yùn)行壓縮算法的計(jì)算能力就會(huì)相應(yīng)提高，這會(huì)導(dǎo)致成本提高，乃至延遲時(shí)間加長。但是，隨著信號(hào)處理器功能變得日益強(qiáng)大，價(jià)格不斷降低，這種計(jì)算性能提高的負(fù)面影響在今后幾年會(huì)有所降低。

　　系統(tǒng)集成商或安全管理人員必須確定系統(tǒng)可接受的最低視頻質(zhì)量，這決定了視頻的影像解析度與幀速率，配合所用的編解碼器，也就決定了視頻所需的數(shù)據(jù)傳輸速率、計(jì)算量以及存儲(chǔ)空間大小。目前，MPEG-2算法用于原有系統(tǒng)中，而新系統(tǒng)則不采用這種算法。MPEG-4是一種處于中間水平的壓縮算法，常用于低端系統(tǒng)。

　　三、視頻分析技術(shù)減輕存儲(chǔ)空間負(fù)擔(dān)

　　一些因素推動(dòng)壓縮算法從MPEG-4向H.264轉(zhuǎn)變。自MPEG-4被開發(fā)出以來，工程師不斷改進(jìn)壓縮技術(shù)，很多是在H.264上的創(chuàng)新，這種新算法不是只使用一個(gè)參考幀，而是采用多個(gè)參考幀，而且支持尺寸可變的預(yù)測塊。

　　根據(jù)具體實(shí)施的特性與選項(xiàng)的不同，壓縮效率會(huì)有很大差異。不過總體說來，開銷與延遲之間可以進(jìn)行一定的折中。因此，采用H.264壓縮算法時(shí)，人們可以從一些預(yù)定義的特性集中選擇（也稱作配置文件），其中的H.264高規(guī)范可以支持低延遲多解析度視頻的數(shù)據(jù)流，而這正是視頻監(jiān)控應(yīng)用的重要要求。此外，在視頻質(zhì)量與比特率之間折中平衡時(shí)，有許多可調(diào)節(jié)的"旋鈕（knob）"，必須作出適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。

　　如前所述，延遲問題非常重要。目前，如果從事件發(fā)生到事件在屏幕上顯示出來有100毫秒延遲通常還可以接受。我們最好把延遲作為系統(tǒng)級(jí)問題來解決。由于延遲非常重要，因此系統(tǒng)應(yīng)將原始視頻直接提交預(yù)覽顯示，而不應(yīng)先傳輸?shù)戒浿?存儲(chǔ)系統(tǒng)，然后再顯示。當(dāng)然，不同的壓縮算法會(huì)在原始數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)影像之間造成不同程度的延遲，我們建議關(guān)注延遲問題的系統(tǒng)開發(fā)人員認(rèn)真考慮采用H.264壓縮算法。

　　人們還會(huì)關(guān)注視頻數(shù)據(jù)的傳輸問題，即有沒有足夠的帶寬實(shí)時(shí)傳輸所有影像數(shù)據(jù)。在采用內(nèi)置硬盤的模擬攝像機(jī)與DVR的混合系統(tǒng)中，DVR必須具備足夠高的帶寬以處理所有視頻輸入。即便是完全采用IP攝像機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)，也會(huì)出現(xiàn)同樣的問題。編解碼器與比特率的選擇會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)設(shè)備是否適用產(chǎn)生影響。

　　在安全監(jiān)控應(yīng)用中，我們必須避免網(wǎng)絡(luò)過載，因此輕載（over-provisioning）是最好的解決方法。100Mbps以太網(wǎng)通常可以非常可靠地支持8個(gè)1Mbps攝像機(jī)，而10Mbps以太網(wǎng)則難以勝任

　　智能視頻分析功能正日益成為安全應(yīng)用的必備特性，因?yàn)樗兄诓僮魅藛T更高效地開展工作。例如，如果我們通過人工盯著多部攝像機(jī)畫面來監(jiān)控活動(dòng)目標(biāo)的話，就會(huì)消耗大量時(shí)間和人力，甚至可能發(fā)生誤報(bào)或者漏報(bào)。在沒有智能化支持的情況下，視頻監(jiān)控只是一種被動(dòng)的工具。智能視頻分析技術(shù)能幫助我們縮短檢測到非正常情況并發(fā)出警報(bào)的時(shí)間，避免反應(yīng)過慢，貽誤戰(zhàn)機(jī)。

　　四、設(shè)計(jì)出優(yōu)化視頻智能的系統(tǒng)

　　DSP能支持更高的幀速率，相應(yīng)提高視頻畫質(zhì)，改善壓縮，確保可接受的帶寬占用，并支持視頻分析功能，從而引領(lǐng)趨勢(shì)發(fā)展。TI等供應(yīng)商提供的高性能處理器通常能支持7200MIPS的高性能，而時(shí)鐘頻率在1GHz以下，有助于快速執(zhí)行復(fù)雜算法與操作。

　　上述處理器與高級(jí)軟件相結(jié)合，將監(jiān)控?cái)z像機(jī)與DVR技術(shù)提升到一個(gè)新的層次，實(shí)現(xiàn)了智能視頻分析功能。借助ObjectVideoOnBoard等專用軟件，制造商已能夠開發(fā)出新型監(jiān)控產(chǎn)品，以執(zhí)行可靠的智能視頻功能，如分析視頻、生成警報(bào)，并能根據(jù)用戶定義的規(guī)則生成其它可執(zhí)行的信息。

　　這種高級(jí)視頻內(nèi)容分析技術(shù)能幫助用戶確定相關(guān)對(duì)象，并根據(jù)這些對(duì)象的活動(dòng)做出判斷。例如，判斷他們是否穿過了視頻絆網(wǎng)（videotripwire），闖入特定區(qū)域或只是出現(xiàn)在攝像機(jī)視角范圍之內(nèi)。智能設(shè)備根據(jù)有關(guān)規(guī)則進(jìn)行處理，以便與視頻分析進(jìn)行實(shí)時(shí)比較。通過選擇只輸出警報(bào)情況下的視頻數(shù)據(jù)，還能優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬。此外，智能監(jiān)控?cái)z像機(jī)還可用于需要在關(guān)鍵環(huán)境下及時(shí)采取防范措施的安全應(yīng)用，這些環(huán)境包括機(jī)場、邊境管制以及商業(yè)財(cái)產(chǎn)等。

　　比方說，有的攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了超過120dB的超寬動(dòng)態(tài)范圍傳感器，克服了前景與背景照度差異較大的環(huán)境下，因前景光線不足而致使影像質(zhì)量劣化問題。這種攝像機(jī)還采用可選MJPEG和H.264壓縮技術(shù)，以滿足用戶要求，幫助他們以更高的影像質(zhì)量或更低帶寬傳輸視頻數(shù)據(jù)。

　　通過充分發(fā)揮DSP技術(shù)優(yōu)勢(shì)，攝像機(jī)可執(zhí)行視頻分析功能，減輕了傳輸實(shí)時(shí)視頻至機(jī)房服務(wù)器（backroomserver）的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。智能攝像機(jī)可運(yùn)行整套分析功能，而成本僅為專用服務(wù)器的一小部分，用戶還能輕松定義攝像機(jī)視角規(guī)則。還有一種應(yīng)用設(shè)計(jì)方案，則是采用協(xié)處理器減輕高端視頻分析工作的處理負(fù)載。例如，ARM處理器可用于在影像管道中執(zhí)行簡單的運(yùn)動(dòng)檢測，但我們可添加DSP協(xié)處理器，這樣中端或高清攝像機(jī)就能獲得足夠高的性能，來滿足高級(jí)視頻分析功能的需求了。高性能DSP可執(zhí)行視頻內(nèi)容分析、視頻壓縮與編碼，以進(jìn)行視頻傳輸與存儲(chǔ)，而ARM處理器則負(fù)責(zé)其它任務(wù)與聯(lián)網(wǎng)功能，以及MPEG-4與JPEG編碼等。

　　通過在協(xié)處理器設(shè)計(jì)中集成HDMPEG-4，我們可以提高攝像機(jī)的靈活性，實(shí)現(xiàn)雙數(shù)據(jù)流功能，支持可拆卸存儲(chǔ)，提高數(shù)字縮放功能，并擴(kuò)大攝像機(jī)視野，此外還能通過集成影像管道帶來成本的節(jié)省。

　　很快，安全監(jiān)控應(yīng)用圖像模糊不清、影像抖動(dòng)的日子就將一去不復(fù)返了，智能設(shè)備將幫助操作人員針對(duì)任何可疑活動(dòng)進(jìn)行更高效的定位、跟蹤、探測與反應(yīng)。