智能分析技術將化解數(shù)字視頻監(jiān)控技術障礙

隨著視頻監(jiān)控關鍵技術的不斷發(fā)展，通過無所不在的監(jiān)控攝像機將有助于安防人員處理、顯示、評估并存儲大量視頻內(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，成為當前化解視頻監(jiān)控技術障礙的重點。隨之而來的視頻智能分析技術將更好的解決這一難題。

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

　　其發(fā)展主要表現(xiàn)在：數(shù)百萬像素的低成本數(shù)字攝像機不斷涌現(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 技術的普及與統(tǒng)一站點網(wǎng)絡融合；以 太網(wǎng)供電 （PoE） 技術推進成本下降，且不用再為每個攝像機配備電源；以及大容量存儲設備成本下降等。此外，內(nèi)置計算功能的新一代智能攝像機已經(jīng)上市，可執(zhí)行視頻分析功能 ，并承擔一定處理任務，將操作人員從繁重的監(jiān)控工作中解放出來。

　　這些重要技術的發(fā)展將有助于安防人員處理、顯示、評估、存儲大量視頻內(nèi)容，而這些視頻是通過無所不在的監(jiān)控攝像機透過各類網(wǎng)絡收集而來的。

一、帶寬、延遲以及存儲容量仍然是主要技術難題

　　安全技術人員很清楚地認識到，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)控攝像機通常工作在光照較暗、對比度較低的環(huán)境下，而且攝像機 所在位置通常對捕獲目標區(qū)域都不是非常理想。

　　非常幸運，安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要目標是人員、物體或特定區(qū)域，因此通常不需要廣播級的影像質(zhì)量。針對高端應用而言，系統(tǒng)或許需要較高分辨率進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。

　　北美電視標準幀速率為每秒 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遠低于該標準，因為其根本不需要捕獲所有細節(jié)。這樣就具有獲得 存儲與通道密度等優(yōu)勢。因此，許多模擬安全監(jiān)控系統(tǒng)的運行幀速率僅為 7.5 FPS，影像分辨率則僅為 352 X 288 像素（CIF 標準）。

　　通過降低幀速率或分辨率，在一定帶寬下甚至可支持四個攝像機影像，而不僅是一個。如果同時降低幀速率與分辨率，正常情況下，一個攝像機影像所占帶寬就可支持 16 個攝像 機的影像。當然，節(jié)省帶寬也是有代價的，即影像質(zhì)量下降。在幀速率為 7.5 FPS 時，畫面可能會不流暢，在影像分辨率為 352 X 288 像素時，細節(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調(diào)低這兩個參數(shù)，來實現(xiàn)降低成本的目的。

　　新型攝像機技術改進了壓縮方法，并采用更低成本存儲設備。這樣，系統(tǒng)就可支持更高的幀速率與分辨率，通?？蛇_ 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間，二是攝像機平移與縮放某一可疑事件的速度。實時視頻監(jiān)控有時會因延遲較 長而受影響，導致操縱桿控制與攝像機的移動不同步。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)絡基礎局端，并采用高級編解碼器與視頻壓縮技術，即可解決上述問題。

　　視頻存儲也是一個挑戰(zhàn)，因為大多數(shù)安全監(jiān)控系統(tǒng)都必須支持存儲功能，要在幾天、幾周、幾個月乃至幾年后還可將視頻內(nèi)容調(diào)出來檢索。系統(tǒng)應將高效壓縮算法與低成本大容量 存儲設備結合起來，這樣才能滿足必需的數(shù)據(jù)存儲量。不過考慮到數(shù)據(jù)量確實非常大，存儲技術還應該能夠標記并能在檢索時快速跳轉(zhuǎn)到特定部分，比如直接跳到有人出現(xiàn)，或者 某輛車駛離停車場等某幀。

　　這種要求催生了視頻分析，計算機可進行分析運算，識別目標事件并將其標記下來，以供人工解釋或進行其它操作。

二、根據(jù)不同應用采取不同壓縮方法

　　正如前部分提到的那樣，壓縮方案對實現(xiàn)強大視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)至關重要。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 標準。這些算法會 頻繁采用參考影像，后續(xù)影像只存儲相對于參考影像發(fā)生變化的信息，這就有助于將影像尺寸降到最低。

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

　　實現(xiàn) MPEG 算法的壓縮標準在視頻系統(tǒng)中很受歡迎。MPEG 實際包含了多個標準。MPEG-2 是一種較早期的標準，主要用于 DVD 與廣播視頻，而 MPEG-4 則可針對特定比特率實現(xiàn)更 加清晰的畫質(zhì)。H.264 則是最新增加的標準，也稱作 MPEG-4 Part 10 或高級視頻編碼標準 （AVC），該標準具有更高的壓縮性能。

　　一般規(guī)律是，標準 30 FPS 模擬攝像機采用 H.264 壓縮技術，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%。
要實現(xiàn)這種高質(zhì)量壓縮，運行壓縮算法的計算能力就會相應提高，這會導致成本提高，乃至延遲時間加長。但是，隨著信號處理器功能變得日益強大，價格不斷降低，這種計算性 能提高的負面影響在今后幾年會有所降低。

　　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、計算量以及 存儲空間大小。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)。