視頻監(jiān)控的昨天、今天、明天

　　智能監(jiān)控系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)時代

　　3.1網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)

　　1996年，全球第一臺網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在安訊士誕生，由此奠定了安訊士網(wǎng)絡(luò)視頻輝煌之路的基礎(chǔ)。由于當(dāng)時中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展處于起步階段，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控更是無人問津。在互聯(lián)網(wǎng)大浪潮的背景下，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，如今網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已經(jīng)隨處可見。

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，也叫IP攝像機(jī)，即IP Camera，簡稱IPC，近幾年得益于網(wǎng)絡(luò)帶寬、芯片技術(shù)、算法技術(shù)、存儲技術(shù)的進(jìn)步而得到大力發(fā)展。IPC的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在“ IP”上，即支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的攝像機(jī)，IPC可以看成是“模擬攝像機(jī)+視頻編碼器”的結(jié)合體，從圖像質(zhì)量指標(biāo)講，又可實(shí)現(xiàn)高于“模擬攝像機(jī)+視頻編碼器”能達(dá)到的效果。

　　IPC是新一代網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的核心硬件設(shè)備，通常采用嵌入式架構(gòu)，集成了視頻音頻采集、信號處理、編碼壓縮、智能分析、緩沖存儲及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N功能，再結(jié)合錄像系統(tǒng)及管理平臺，就可以構(gòu)建成大規(guī)模、分布式的智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

　　在模擬攝像機(jī)中，CCD傳感器所產(chǎn)生的模擬信號首先經(jīng)過模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由攝像機(jī)內(nèi)置的DSP芯片進(jìn)行信號處理，如增益、降噪、背光補(bǔ)償?shù)忍幚?。?jīng)過DSP處理后的數(shù)字信號又經(jīng)過數(shù)/模( D/A)轉(zhuǎn)換重新轉(zhuǎn)化為模擬信號，用于在同軸電纜上進(jìn)行傳輸，然后傳輸至DVR或DVS后再次進(jìn)行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換來完成編碼壓縮工作，這樣多次模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換過程犧牲了大量圖像質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就避免了這一問題，保證了圖像的清晰度

　　IPC的硬件構(gòu)成一般包括鏡頭、圖像傳感器、聲音傳感器、信號處理器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、編碼芯片、主控芯片、網(wǎng)絡(luò)及控制接口等部分組成。光線通過鏡頭進(jìn)入傳感器，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號由內(nèi)置的信號處理器進(jìn)行預(yù)處理，處理后的數(shù)字信號由編碼壓縮芯片進(jìn)行編碼壓縮，最后通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。

　　3.2高清監(jiān)控

　　在模擬監(jiān)控時代，根據(jù)攝像機(jī)的電視線數(shù)量來區(qū)分高清與否;在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控時代，高清主要指百萬像素級的IP攝像機(jī)。目前高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)可謂三足鼎立，模擬高(960H)、數(shù)字高清(HD-SDI)、網(wǎng)絡(luò)高清(IP高清)同時存在并各有其市場及應(yīng)用。960H攝像機(jī)的清晰度相對傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)可以提升30%，提升雖然有限但是基本可延續(xù)原來的模擬系統(tǒng)架構(gòu);HD-SDI的優(yōu)勢在于其高清晰度及無延時特點(diǎn)，不過整體系統(tǒng)相關(guān)配套設(shè)備要求較高;網(wǎng)絡(luò)高清發(fā)展迅猛，隨著編碼效率的提高、帶寬成本及存儲成本的逐步降低，已經(jīng)得到越來越多的認(rèn)可，不過實(shí)時性稍差。

　　目前，IP高清占絕對優(yōu)勢，HD-SDI技術(shù)在一定領(lǐng)域有其自身的優(yōu)勢及價值空間。 HD-SDI監(jiān)控以未壓縮高清數(shù)字信號實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、低延時、高保真的圖像應(yīng)用;而IP高清系統(tǒng)為了解決網(wǎng)絡(luò)傳輸及存儲問題，進(jìn)行了視頻的壓縮及解壓縮過程。SDI系統(tǒng)在很大程度上是針對IP高清系統(tǒng)的無法克服的弱點(diǎn)而產(chǎn)生的， 即IP高清系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)延遲性、 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜、攝像機(jī)與后端平臺&存儲設(shè)備的不兼容性等問題，但SDI的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用靈活性遠(yuǎn)不如IP高清應(yīng)用

　　3.3智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　人工進(jìn)行視頻監(jiān)控效率極低，比如一個監(jiān)控人員去監(jiān)控兩路不太繁忙的畫面，10分鐘之后將會丟失45%的監(jiān)控信息，22分鐘之后將會忽略95%的視頻信息。在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展下，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生了。智能視頻監(jiān)控是針對紛繁復(fù)雜、動態(tài)變化的場景內(nèi)感興趣的區(qū)域和目標(biāo)自動進(jìn)行檢測、分割、跟蹤、分類和識別，并對異常事件進(jìn)行檢測和標(biāo)注，對動態(tài)場景進(jìn)行語義描述，包括IBM、Sony、CMU等科研院校和公司都在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究。

　　馬里蘭大學(xué)在1999年開發(fā)了W4智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對室外場景人的行 為識別展開研究，通過提取外觀特征可實(shí)時對人體四肢和頭部進(jìn)行跟蹤，并根據(jù)局部跟蹤結(jié)果進(jìn)行遮擋條件下的多人跟蹤、攜帶物品檢測、多人交互以及簡單的動作識別。AVITRACK (Aircraft surroundings, categorized Vehicles and Individuals Tracking for Airport Region Activity model interpretation and Check ) 的研究團(tuán)隊(duì)以法國SILOGIC 為首，包括英國雷丁大學(xué)、法國INRIA、以及挪威、奧地利等國的多個計(jì)算機(jī)視覺研究機(jī)構(gòu)，該系統(tǒng)于2003年立項(xiàng)，2005年10月初步實(shí)現(xiàn)了主要功能。

　　隨著智能視頻研究的不斷深入，采用多攝像機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行大范圍、長時間跟蹤成為新的研究熱點(diǎn)。2007 年，位于硅谷的美國富士施樂帕拉阿圖 實(shí)驗(yàn)室(FXPAL) 率先構(gòu)建了一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下室內(nèi)多攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)DOTS (Dynamic Object Tracking System)，采用二十部AXIS 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)對辦公大樓內(nèi)的走廊、電梯、出入口、會議室等公共場所進(jìn)行24小時不間斷監(jiān)控。

　　智能視頻監(jiān)控的核心就是通過計(jì)算機(jī)來提取出符合人類認(rèn)知的語義理解，像人一樣分析視頻數(shù)據(jù)，比如判斷目標(biāo)的行為以及運(yùn)動軌跡等，不論是目標(biāo)識別階段或者是行為分析階段，智能視頻監(jiān)控算法是其核心。

　　隨著日益嚴(yán)峻的安全形勢，全球范圍內(nèi)對視頻監(jiān)控的需求與日俱增，部署的攝像頭密度也越來越高。根據(jù)獨(dú)立報(bào)數(shù)據(jù)，2006年英國有450萬個由閉路電視控制的攝像頭，每個英國人平均每天會被拍到300次;2008年美國安裝的攝像機(jī)已經(jīng)超過了2000萬臺;2010年中國超過1000萬個監(jiān)控?cái)z像頭用于城市監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)。據(jù)國土安全市場研究報(bào)告，攝像頭安裝的年復(fù)合增長率為10%左右，到2020年，每年將會產(chǎn)生3.3萬億小時的視頻。面對海量的數(shù)據(jù)，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)是大勢所趨。

　　目前的智能攝像頭或多或少都具有計(jì)算能力，集成了數(shù)據(jù)處理芯片。簡單的比如對視頻圖像進(jìn)行壓縮，功能強(qiáng)大的可以在攝像頭內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析直接達(dá)到報(bào)警或者目標(biāo)識別的預(yù)期功能。隨著最近十年來人工智能與深度學(xué)習(xí)的快速發(fā)展，智能視頻監(jiān)控算法的準(zhǔn)確性與效率也上了一個新臺階。在2015年LFW國際人臉識別比賽中，機(jī)器識別的準(zhǔn)確率達(dá)到了99.55%，首次超越了人眼。技術(shù)瓶頸逐漸被打破使得智能視頻監(jiān)控逐漸成為未來的主流。