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(duì)于安防行業(yè)來(lái)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(huà)面特點(diǎn)是，30%的畫(huà)面為動(dòng)感畫(huà)面(人/車運(yùn)動(dòng))，其他70%基本上都是次要畫(huà)面(背景樹(shù)、花草、小動(dòng)物)。對(duì)于錄像存儲(chǔ)來(lái)講，如果只錄制人/車的畫(huà)面，那將大大節(jié)省存儲(chǔ)空間。

識(shí)別重要畫(huà)面

而在30%的動(dòng)感畫(huà)面中，可能只有20%的運(yùn)動(dòng)畫(huà)面是我們所關(guān)注的(興趣區(qū)內(nèi))，其他80%的人/車運(yùn)動(dòng)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(huà)面識(shí)別出來(lái)，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(shí)別的準(zhǔn)確性，對(duì)于這94%的次要畫(huà)面，我們可以采用低幀速率+高碼流來(lái)進(jìn)行錄像(視場(chǎng)景不同而定，對(duì)于實(shí)時(shí)性畫(huà)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(dòng)偵測(cè)功能，那是不是應(yīng)用免費(fèi)的移動(dòng)偵測(cè)功能就可以完成以上功能了呢?在筆者看來(lái)，不僅攝像機(jī)自帶的移動(dòng)偵測(cè)功能無(wú)法實(shí)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(wú)法達(dá)到以上的設(shè)計(jì)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(huà)面分割(目標(biāo)探測(cè))、前背景分離(目標(biāo)跟蹤)、目標(biāo)分類、目標(biāo)辨識(shí)4大部分組成的。當(dāng)前的VMD移動(dòng)偵測(cè)只能做到畫(huà)面分割這一層，而且無(wú)法抑制大量的誤報(bào)。高級(jí)VMD移動(dòng)偵測(cè)，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(bào)。通過(guò)手工標(biāo)定景深，利用目標(biāo)像素大小，從而過(guò)濾掉一些不符合現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)，如小昆蟲(chóng)在鏡頭上快速爬行等;更高級(jí)一些的VMD移動(dòng)偵測(cè)，利用多種規(guī)則如目標(biāo)的最小移動(dòng)速度、目標(biāo)的最小移動(dòng)像素、目標(biāo)出現(xiàn)的時(shí)間、目標(biāo)的對(duì)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(jiǎn)單分類，如過(guò)大的像素、過(guò)快的速度的目標(biāo)，則是車輛。

有些先進(jìn)的VMD移動(dòng)偵測(cè)算法通過(guò)繁雜的設(shè)置，確實(shí)可以得到很好的效果，但是無(wú)法自動(dòng)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(duì)系統(tǒng)維護(hù)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

其實(shí)畫(huà)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(guò)來(lái)會(huì)影響畫(huà)面分割的好壞。畢竟只要有像素運(yùn)動(dòng)，畫(huà)面分割就會(huì)把這些像素隔離出來(lái)，前背景分離就需要運(yùn)算量來(lái)跟蹤這些像素團(tuán)的運(yùn)動(dòng)，以辨確實(shí)是噪點(diǎn)，還是晃動(dòng)的樹(shù)枝，還是人目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)。

另外對(duì)于傳統(tǒng)的智能視頻圖像分割算法，在DSP上是一種簡(jiǎn)單的高運(yùn)算量工作，如(圖1)所示，如此大的數(shù)量需要強(qiáng)大的DSP來(lái)完成，這就是為何當(dāng)前市場(chǎng)上大部分的智能視頻分析算法都只是運(yùn)算352x288的CIF格式畫(huà)面了，因?yàn)橐坏┻\(yùn)算4CIF畫(huà)面，那么DSP就沒(méi)有運(yùn)算能力來(lái)進(jìn)行視頻編碼工作了。

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

當(dāng)前最新智能視頻分析算法是模擬人腦的識(shí)別模式，人眼并不是靠目標(biāo)的大小來(lái)判斷目標(biāo)類別，而是靠目標(biāo)的特征來(lái)判斷。例如，假設(shè)人眼看到了一個(gè)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(gè)人目標(biāo)隱藏在車后，而普通的高級(jí)VMD移動(dòng)偵測(cè)靠如此少的像素則斷定這不是人目標(biāo)。

_{通過(guò)圖像分割實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分類}

筆者了解到，美國(guó)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(guò)內(nèi)置20多萬(wàn)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(bào)，如雨、雪、大風(fēng)、小動(dòng)物、飛鳥(niǎo)、光影變化、樹(shù)枝晃動(dòng)等。高級(jí)移動(dòng)偵測(cè)簡(jiǎn)單根據(jù)像素大小來(lái)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(bào)。如夏天飛蟲(chóng)、昆蟲(chóng)在攝像機(jī)前面飛動(dòng)，露水、雨滴滑過(guò)鏡頭表面，這些都會(huì)導(dǎo)致依據(jù)像素大小來(lái)做目標(biāo)分類錯(cuò)誤，從而出現(xiàn)大量誤報(bào)，浪費(fèi)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(bǔ)充，這樣大大降低了圖像分割的DSP運(yùn)算量，從而采用一塊達(dá)芬奇DSP就足可以實(shí)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(lái)錄像;而沒(méi)有重要畫(huà)面時(shí)，則回傳低幀速率碼流，保證1080P畫(huà)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(jiǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)智能視頻分析，從而獲得同樣的錄像效果。

結(jié)語(yǔ)

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