智能分析技術(shù)將化解數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)障礙

隨著視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展，通過(guò)無(wú)所不在的監(jiān)控攝像機(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(lái)，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(lái)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(wàn)像素的低成本數(shù)字攝像機(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(lái)。

　　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(guò)無(wú)所不在的監(jiān)控?cái)z像機(jī)透過(guò)各類網(wǎng)絡(luò)收集而來(lái)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 720 X 480 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 7.5 FPS，影像分辨率則僅為 352 X 288 像素（CIF 標(biāo)準(zhǔn)）。

　　通過(guò)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 7.5 FPS 時(shí)，畫(huà)面可能會(huì)不流暢，在影像分辨率為 352 X 288 像素時(shí)，細(xì)節(jié)可能比較模糊，不過(guò)操作人 員通常仍可分辨出場(chǎng)景內(nèi)容。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，通常要通過(guò)降低幀速率或分辨率或同時(shí)調(diào)低這兩個(gè)參數(shù)，來(lái)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?？蛇_(dá) 720 X 480 全像素分辨率與 30 FPS 幀速率。若有需要，新型 系統(tǒng)也可通過(guò)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(zhǎng)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(wèn)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(wèn)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(lái)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(lái)，這樣才能滿足必需的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。不過(guò)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)記并能在檢索時(shí)快速跳轉(zhuǎn)到特定部分，比如直接跳到有人出現(xiàn)，或者 某輛車駛離停車場(chǎng)等某幀。

　　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(lái)，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(lái)，不同的壓縮方案層出不窮，不過(guò)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(cè)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(guò)，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(huà)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(huà)質(zhì)。H.264 則是最新增加的標(biāo)準(zhǔn)，也稱作 MPEG-4 Part 10 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) 30 FPS 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(zhǎng)。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)。