數(shù)字技術(shù)使智能監(jiān)控超越模擬監(jiān)控系統(tǒng)

　　模擬系統(tǒng)構(gòu)成了目前絕大部分視頻安全系統(tǒng)，但是這些基于傳統(tǒng)TV線纜技術(shù)的系統(tǒng)具有很多缺點：建設(shè)與維護(hù)可提供連接的寬帶線纜基礎(chǔ)設(shè)施耗資巨大;依靠人力監(jiān)視多個攝像頭來檢測可疑活動會耗費大量人能監(jiān)控系統(tǒng)能夠高效運行至少5種算力，而且由于人為錯誤還會造成假警報和降低安全性;最重要的是，發(fā)生違反安全的行為和發(fā)現(xiàn)這種行為的間隔往往太長，因而無法預(yù)防犯罪，甚至也無法逮住不法分子。

　　毫不夸張地說，模擬視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)死胡同。一大堆人需要整天坐在那里盯住一大堆屏幕，因此有可能產(chǎn)生一大堆假警報，而安全性也更是無從談起。視頻監(jiān)控市場正在迎來一種具有顛覆性的技術(shù)，它依賴的概念是通過在網(wǎng)絡(luò)中嵌入機(jī)器智能來提高性能并降低成本。新的模式變革正姍姍而來，智能化將走出控制中心，進(jìn)入安全系統(tǒng)的外圍，甚至最終走進(jìn)攝像頭。

　　實現(xiàn)上述藍(lán)圖的技術(shù)是一種集成數(shù)字系統(tǒng)，它采用一系列高級軟件，其中包括圖像處理、視頻壓縮以及基于規(guī)則的機(jī)器智能等。所有這些程序都采用復(fù)雜并且需要大量計算的算法，運行這些算法需要采用價格合理、功能強(qiáng)大的DSP。

　　分散智能

　　智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用許多與傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)相同的組件，如攝像頭、網(wǎng)絡(luò)路由器、視頻服務(wù)器和監(jiān)視器。不過，模擬和智能視頻監(jiān)控之間的相似點也僅此而已。下圖顯示了一種典型的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

　　通過在網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)略要點上增加智能技術(shù)，并且利用這種智能技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行決策就能顯著提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的性能。以下列舉了幾個主要性能要求。

　　視頻采集：攝像頭嵌入智能后，就能識別出對象類別，然后通過搖移與變焦操作(Pan and zoom)提供更詳盡的信息;

　　數(shù)據(jù)處理：數(shù)字化數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢非常明朗。下一步重要的發(fā)展方向是將數(shù)百萬字節(jié)的原始視頻處理為僅包含重要信息的數(shù)據(jù);

　　分配：智能安全網(wǎng)絡(luò)所需的帶寬較小，因為其傳輸?shù)闹皇菐浊ё止?jié)的數(shù)據(jù)，而不是數(shù)百萬字節(jié)的視頻。這種網(wǎng)絡(luò)還能在無需人工干預(yù)的情況下將信息路由到正確的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點;

　　決策：智能系統(tǒng)能夠根據(jù)安全人員通過簡單的點擊界面創(chuàng)建的、基于規(guī)則的算法處理相關(guān)數(shù)據(jù);

　　動作與執(zhí)行：由于消除了多余的無用信息，盡可能縮減了數(shù)據(jù)流，這使安全人員能在巡邏時通過移動設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，從而使他們能夠更靠近現(xiàn)場，迅速采取最有效的措施;

　　存檔：智能安全技術(shù)還可將數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔并進(jìn)行索引編制，以供日后刑偵使用。

▲典型的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　數(shù)碼IP攝像頭

　　IP攝像頭與傳統(tǒng)模擬攝像頭相比具有兩種優(yōu)勢，首先它們具有數(shù)字化性質(zhì)，使算法的執(zhí)行變得簡單直接，其次IP攝像頭還可以利用現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)，從而無需安全技術(shù)專用的基礎(chǔ)局端。

　　不過，這僅僅是個開始。當(dāng)在攝像頭機(jī)架內(nèi)部的智能系統(tǒng)中集成了智能安全軟件和高性能DSP之后，上述兩種優(yōu)勢還另有妙用。

　　應(yīng)用軟件(如Object Video公司的Onboard)采用邊緣檢測與其它影像算法創(chuàng)建監(jiān)控區(qū)域某個對象的獨特統(tǒng)計文件(statistical profile)。這些算法能夠生成稱為元數(shù)據(jù)的信息。推理引擎然后可以采用專用的人工智能算法分析相關(guān)元數(shù)據(jù)，以便識別在監(jiān)控區(qū)域移動的對象(或靜止對象)。

　　一般情況下，目標(biāo)對象類別包括人、非人類(動物)和車輛。另外還可以識別走、跑、閑逛和攀爬等動作。通過選用其它算法可以定義描述對象類型和動作的其它類別。

　　另外需要的步驟是，采用基于規(guī)則的決策指令攝像頭做出搖動、縮放和聚焦等操作，或者，如果在特定方向移動的某個人越過了監(jiān)控區(qū)域的虛擬“絆網(wǎng)”，攝像頭甚至可以提醒安全人員。

　　IP攝像頭可以利用上述數(shù)據(jù)、在無需人工干預(yù)情況下進(jìn)行操作。它可以“聰明地”選擇最適合相關(guān)情況、用于視頻采集與傳輸?shù)膲嚎s技術(shù)。例如，如果識別出對象是人，則攝像頭可以拉近侵入者的面孔，拍下高清晰度照片，將照片壓縮成JPEG文件，然后發(fā)送到相應(yīng)存儲區(qū)域，或者在所違反的規(guī)則需要立即響應(yīng)的情況下將該文件發(fā)送到安全人員的PDA。

　　IP攝像頭將繼續(xù)采用MPEG4低分辨率視頻格式連續(xù)記錄整個現(xiàn)場，以便儲存和隨后用于刑偵分析。系統(tǒng)保存MPEG數(shù)據(jù)，以供日后使用，這是因為智能監(jiān)控技術(shù)還具有重要的刑偵優(yōu)勢，它可以通過分析保存的數(shù)據(jù)搜索特定的事件或時間標(biāo)記。

　　安全分析專家經(jīng)常根據(jù)新信息檢查保存的錄像，如在數(shù)百公里之外的不相關(guān)現(xiàn)場收集到的嫌犯的唯一識別特征。利用智能監(jiān)控軟件以及用于執(zhí)行上述算法的高性能、可編程DSP，用戶可以創(chuàng)建一條或多條新的規(guī)則，如識別某個背有帶特殊標(biāo)志的背包的嫌犯。利用保存的視頻生成的元數(shù)據(jù)可以接收新規(guī)則的檢查，以便對比視頻中的嫌犯是否與其它不相關(guān)現(xiàn)場的嫌犯相似??整個過程無需用戶頭暈眼花地觀看視頻文件。

　　嵌入監(jiān)控系統(tǒng)的智能技術(shù)還可以通過其它方式對安全性進(jìn)行優(yōu)化。傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的假警報率高達(dá)40%，會浪費安全人員無數(shù)小時的時間。智能監(jiān)控系統(tǒng)的假警報率僅為2%，原因是它可以設(shè)置十分精細(xì)的警報觸發(fā)規(guī)則。例如，在停車場監(jiān)控過程中，可以將閑逛設(shè)置為告警原因，而路過停車場的人不會觸發(fā)告警。

　　網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器與路由器

　　在IP攝像頭中嵌入智能技術(shù)，并通過安全網(wǎng)絡(luò)發(fā)送壓縮數(shù)據(jù)或元數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)高效的系統(tǒng)。這種方式尤其可以實現(xiàn)低成本的新安裝。不過，為現(xiàn)有系統(tǒng)添加這種功能成本昂貴，尤其是在需要連接整個模擬攝像頭網(wǎng)絡(luò)的情況下。

　　通過實現(xiàn)所謂的“后端”攝像頭，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器可以解決這個難題。為了給傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成上文所提到的智能性，可以在網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器中安裝系統(tǒng)運行的DSP和軟件套件。

　　網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器必須具有足夠的速度和效率，以便處理多個攝像頭的輸入信號，同時通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)字媒體內(nèi)容的數(shù)字化、壓縮以及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?。遠(yuǎn)程用戶配置與控制是不容忽視的重要功能。在不具備DVR的情況下，服務(wù)器也能夠保存視頻。

　　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的首要任務(wù)是將多個模擬視頻流轉(zhuǎn)換成數(shù)字流。在完成轉(zhuǎn)換之后，系統(tǒng)即可以提取元數(shù)據(jù)，實施相關(guān)規(guī)則并且執(zhí)行上文所描述的操作。

　　網(wǎng)絡(luò)路由器執(zhí)行用于補(bǔ)充視頻服務(wù)器的功能。它們可以利用元數(shù)據(jù)和一系列算法決定系統(tǒng)的下一步操作。例如，可以如IP攝像頭相關(guān)描述直接向安全人員發(fā)出警報。 不過，這并非易如反掌，因為手機(jī)、PDA、膝上型計算機(jī)以及工作站在帶寬能力以及可接受的格式方面相去甚遠(yuǎn)。

　　在路由器決定發(fā)送JPEG文件時，一般情況下必須針對接收設(shè)備調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)速率，同時執(zhí)行相關(guān)信息的代碼轉(zhuǎn)換。為此，它需要訪問查詢表，以確定接收設(shè)備是否支持H.26?或MPEG4(或者同時支持二者)。由于具備其它功能，路由器還具備可最大化帶寬利用率的其它優(yōu)勢。

　　數(shù)碼攝像機(jī)

　　數(shù)碼攝像機(jī)(DVR)是智能監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，因為它能夠提供效率與存取性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于錄像帶的存儲介質(zhì)。壓縮技術(shù)允許在更小的空間內(nèi)儲存更多數(shù)據(jù)，而且其優(yōu)勢并不僅限于此。

　　此外，DVR還具有完美的“靜止圖像暫停”功能，這種功能常用于必須人工查看錄像的安全性應(yīng)用中。DVR既可以用作獨立設(shè)備也可以用作PC卡。

　　DVR保存的數(shù)碼影像不會隨時間的推移而降低質(zhì)量，而且允許隨機(jī)訪問;最重要的是，機(jī)器智能可以訪問并轉(zhuǎn)換相關(guān)信息。DSP可用于按照各種標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)視頻格式壓縮圖像。作為全球領(lǐng)先的DSP設(shè)計與供應(yīng)商，德州儀器(TI)及其合作伙伴已經(jīng)在完善智能圖像分析功能以及各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持方面做出了巨大努力。

　　信號處理

　　智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠高效運行至少5種算法：影像處理(邊緣檢測與其它對象識別技術(shù))、壓縮與解壓、用于各種數(shù)字編解碼器的模數(shù)轉(zhuǎn)換與代碼轉(zhuǎn)換、視頻數(shù)據(jù)向?qū)Ｓ迷獢?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換以及用于在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議執(zhí)行。

　　開發(fā)低成本系統(tǒng)的最佳方式是在可編程的DSP芯片中實施所需要的處理能力與靈活性。另外一種必備條件是提供一整套適合相關(guān)硬件平臺的信號處理算法。

　　然后需要考慮系統(tǒng)的控制問題。在架構(gòu)方面，DSP是執(zhí)行信號處理算法的理想選擇。需要對網(wǎng)絡(luò)加以控制，不過這通常需要采用MCU。表1給出了DSP和MCU在高級智能監(jiān)控系統(tǒng)中需要協(xié)同執(zhí)行的主要功能。

　　為了實際控制系統(tǒng)總成本，處理器可以同時配備DSP與MCU內(nèi)核，不過，這還取決于相關(guān)應(yīng)用。雖然單處理器芯片已足以應(yīng)付目前的許多應(yīng)用，不過雙內(nèi)核處理器可以顯著降低成本和提高性能。

　　數(shù)字技術(shù)超越人工監(jiān)控

　　過去10年來的各種恐??擊已使政府和企業(yè)將安全性作為頭等大事。隨著視頻監(jiān)控范圍的不斷擴(kuò)大，工程師與管理人員已開始對目前的模擬實施產(chǎn)生疑慮。另外，出于性能與預(yù)算原因，利用線纜網(wǎng)絡(luò)、通過有人值守的指揮控制中心傳輸視頻的做法也正招致越來越多的批評。

　　利用軟件智能對從視頻獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析在監(jiān)控系統(tǒng)的各個層面都具有優(yōu)勢。此外，我們使監(jiān)控外設(shè)具備盡可能高的智能化程度(比如提高攝像頭的智能化程度)將有助于減輕處理負(fù)載、提高信息質(zhì)量以及加快采取補(bǔ)救措施的速度。

　　另外，利用DVR存儲數(shù)據(jù)與視頻使我們能在發(fā)生安全問題幾個星期，乃至幾個月后仍能進(jìn)行后續(xù)的刑偵分析。由于智能視頻監(jiān)控的應(yīng)用豐富多樣并具有非常明顯的性價比優(yōu)勢，所以說它是一種顛覆性技術(shù)并不為過。