平安城市中的低碼流高清解決方案探討

高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)需要新一代的編碼壓縮算法，但是h.265是以電影、電視行業(yè)為核心利益的，其技術(shù)核心是各種算法兼容性、播放安全性，保證不同專利廠家之間的利益，其技術(shù)發(fā)展、技術(shù)應(yīng)用對于安防行業(yè)來講，都有一定的局限性。與其等待新標(biāo)準(zhǔn)的完善，還不如勇于創(chuàng)新，采用先進(jìn)的私有算法，為廣大安防用戶提供低成本解決方案。

方案二：借助于智能視頻分析技術(shù)

在上文中，筆者已經(jīng)提出，監(jiān)控行業(yè)的視頻畫面特點是，30%的畫面為動感畫面(人/車運動)，其他70%基本上都是次要畫面(背景樹、花草、小動物)。對于錄像存儲來講，如果只錄制人/車的畫面，那將大大節(jié)省存儲空間。

識別重要畫面

而在30%的動感畫面中，可能只有20%的運動畫面是我們所關(guān)注的(興趣區(qū)內(nèi))，其他80%的人/車運動并不影響我們的安全(興趣區(qū)外)。所以，如果利用智能視頻分析將重要畫面識別出來，那么我們就可以節(jié)省94%的高碼流空間，考慮到智能視頻分析算法識別的準(zhǔn)確性，對于這94%的次要畫面，我們可以采用低幀速率+高碼流來進(jìn)行錄像(視場景不同而定，對于實時性畫面要求高的應(yīng)用，可考慮低碼流+高幀速率)。

當(dāng)然，當(dāng)前大部分的攝像機(jī)都具有移動偵測功能，那是不是應(yīng)用免費的移動偵測功能就可以完成以上功能了呢?在筆者看來，不僅攝像機(jī)自帶的移動偵測功能無法實現(xiàn)筆者提出的以上設(shè)想，就連市面上大部分的智能視頻分析產(chǎn)品也無法達(dá)到以上的設(shè)計目的，這是為什么呢?

談智能視頻分析就不得不回顧一下智能視頻分析的技術(shù)核心，智能視頻分析一般是由畫面分割(目標(biāo)探測)、前背景分離(目標(biāo)跟蹤)、目標(biāo)分類、目標(biāo)辨識4大部分組成的。當(dāng)前的VMD移動偵測只能做到畫面分割這一層，而且無法抑制大量的誤報。高級VMD移動偵測，能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)跟蹤，從而大大降低室外環(huán)境引起的誤報。通過手工標(biāo)定景深，利用目標(biāo)像素大小，從而過濾掉一些不符合現(xiàn)實的目標(biāo)，如小昆蟲在鏡頭上快速爬行等;更高級一些的VMD移動偵測，利用多種規(guī)則如目標(biāo)的最小移動速度、目標(biāo)的最小移動像素、目標(biāo)出現(xiàn)的時間、目標(biāo)的對比度、目標(biāo)的最小像素等等多種參數(shù)，將目標(biāo)進(jìn)行簡單分類，如過大的像素、過快的速度的目標(biāo)，則是車輛。

有些先進(jìn)的VMD移動偵測算法通過繁雜的設(shè)置，確實可以得到很好的效果，但是無法自動適應(yīng)天氣、環(huán)境的變化，所以每到季節(jié)變化，則需要重新設(shè)置，這對系統(tǒng)維護(hù)帶來了挑戰(zhàn)。

其實畫面分割、前背景分離、目標(biāo)分類并不是單向的數(shù)據(jù)流，目標(biāo)分類反過來會影響畫面分割的好壞。畢竟只要有像素運動，畫面分割就會把這些像素隔離出來，前背景分離就需要運算量來跟蹤這些像素團(tuán)的運動，以辨確實是噪點，還是晃動的樹枝，還是人目標(biāo)在運動。

另外對于傳統(tǒng)的智能視頻圖像分割算法，在DSP上是一種簡單的高運算量工作，如(圖1)所示，如此大的數(shù)量需要強(qiáng)大的DSP來完成，這就是為何當(dāng)前市場上大部分的智能視頻分析算法都只是運算352x288的CIF格式畫面了，因為一旦運算4CIF畫面，那么DSP就沒有運算能力來進(jìn)行視頻編碼工作了。

而對于高清來講，1080P全高清畫面的視頻數(shù)據(jù)將高達(dá)500Mbps，這對于采用傳統(tǒng)智能視頻分析算法的廠商來講，是無法逾越的。

當(dāng)前最新智能視頻分析算法是模擬人腦的識別模式，人眼并不是靠目標(biāo)的大小來判斷目標(biāo)類別，而是靠目標(biāo)的特征來判斷。例如，假設(shè)人眼看到了一個人的下半身被車遮擋，僅憑上半身，人眼完全可以判斷這是一個人目標(biāo)隱藏在車后，而普通的高級VMD移動偵測靠如此少的像素則斷定這不是人目標(biāo)。

_{通過圖像分割實現(xiàn)目標(biāo)分類}

筆者了解到，美國VideoIQ公司最新基于神經(jīng)元人工智能算法的智能視頻分析技術(shù)，通過內(nèi)置20多萬種目標(biāo)模式，利用強(qiáng)大人工智能神經(jīng)學(xué)習(xí)算法，可以大大抑制自然界引起的誤報，如雨、雪、大風(fēng)、小動物、飛鳥、光影變化、樹枝晃動等。高級移動偵測簡單根據(jù)像素大小來判定目標(biāo)，而不考慮目標(biāo)的外表紋理、顏色、形體幾何組合、步伐等人體/車輛模式，必將導(dǎo)致很高的誤報。如夏天飛蟲、昆蟲在攝像機(jī)前面飛動，露水、雨滴滑過鏡頭表面，這些都會導(dǎo)致依據(jù)像素大小來做目標(biāo)分類錯誤，從而出現(xiàn)大量誤報，浪費錄像空間。

在圖像分割階段就利用初始的目標(biāo)分類技術(shù)，互相補充，這樣大大降低了圖像分割的DSP運算量，從而采用一塊達(dá)芬奇DSP就足可以實現(xiàn)1080P分辨率的智能視頻分析和1080P圖像編碼壓縮。

一旦擁有了這種先進(jìn)的目標(biāo)分類算法，那么高清攝像機(jī)就有能力只回傳重要的高清碼流來錄像;而沒有重要畫面時，則回傳低幀速率碼流，保證1080P畫面清晰度。采用這種算法最好的方法是直接將算法內(nèi)置在前端智能攝像機(jī)內(nèi)，這樣簡化系統(tǒng)的管理。

如果前端攝像機(jī)是普通的網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，那么也可以在后端利用PC機(jī)來實現(xiàn)智能視頻分析，從而獲得同樣的錄像效果。

結(jié)語

平安城市建設(shè)是一個新事物，甚至在歐美等國也沒有太多的案例可以參考，我們國產(chǎn)監(jiān)控廠商應(yīng)該攜手共進(jìn)，創(chuàng)造中國自有的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，從而能夠在我國的平安城市建設(shè)過程中開發(fā)出新的技術(shù)能力，推向全世界。