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(diǎn)：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(gè)攝像頭來(lái)檢測(cè)可疑活動(dòng)會(huì)耗費(fèi)大量人能監(jiān)控系統(tǒng)能夠高效運(yùn)行至少5種算力，而且由于人為錯(cuò)誤還會(huì)造成假警報(bào)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(zhǎng)，因而無(wú)法預(yù)防犯罪，甚至也無(wú)法逮住不法分子。

　　毫不夸張地說(shuō)，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(bào)，而安全性也更是無(wú)從談起。視頻監(jiān)控市場(chǎng)正在迎來(lái)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(lái)提高性能并降低成本。新的模式變革正姍姍而來(lái)，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(shí)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(jí)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(jì)算的算法，運(yùn)行這些算法需要采用價(jià)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(diǎn)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(diǎn)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(gè)主要性能要求。

　　視頻采集：攝像頭嵌入智能后，就能識(shí)別出對(duì)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(shì)非常明朗。下一步重要的發(fā)展方向是將數(shù)百萬(wàn)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?yàn)槠鋫鬏數(shù)闹皇菐浊ё止?jié)的數(shù)據(jù)，而不是數(shù)百萬(wàn)字節(jié)的視頻。這種網(wǎng)絡(luò)還能在無(wú)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(diǎn);

　　決策：智能系統(tǒng)能夠根據(jù)安全人員通過簡(jiǎn)單的點(diǎn)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(dòng)作與執(zhí)行：由于消除了多余的無(wú)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(shí)通過移動(dòng)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，從而使他們能夠更靠近現(xiàn)場(chǎng)，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(shì)，首先它們具有數(shù)字化性質(zhì)，使算法的執(zhí)行變得簡(jiǎn)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(wú)需安全技術(shù)專用的基礎(chǔ)局端。

　　不過，這僅僅是個(gè)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(shì)還另有妙用。

　　應(yīng)用軟件(如Object Video公司的Onboard)采用邊緣檢測(cè)與其它影像算法創(chuàng)建監(jiān)控區(qū)域某個(gè)對(duì)象的獨(dú)特統(tǒng)計(jì)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(shí)別在監(jiān)控區(qū)域移動(dòng)的對(duì)象(或靜止對(duì)象)。

　　一般情況下，目標(biāo)對(duì)象類別包括人、非人類(動(dòng)物)和車輛。另外還可以識(shí)別走、跑、閑逛和攀爬等動(dòng)作。通過選用其它算法可以定義描述對(duì)象類型和動(dòng)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(dòng)、縮放和聚焦等操作，或者，如果在特定方向移動(dòng)的某個(gè)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(wú)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(shí)別出對(duì)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(chǔ)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(gè)現(xiàn)場(chǎng)，以便儲(chǔ)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?yàn)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/智能監(jiān)控">智能監(jiān)控技術(shù)還具有重要的刑偵優(yōu)勢(shì)，它可以通過分析保存的數(shù)據(jù)搜索特定的事件或時(shí)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(chǎng)收集到的嫌犯的唯一識(shí)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(shí)別某個(gè)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(duì)比視頻中的嫌犯是否與其它不相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)的嫌犯相似??整個(gè)過程無(wú)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(duì)安全性進(jìn)行優(yōu)化。傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的假警報(bào)率高達(dá)40%，會(huì)浪費(fèi)安全人員無(wú)數(shù)小時(shí)的時(shí)間。智能監(jiān)控系統(tǒng)的假警報(bào)率僅為2%，原因是它可以設(shè)置十分精細(xì)的警報(bào)觸發(fā)規(guī)則。例如，在停車場(chǎng)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(chǎng)的人不會(huì)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(shí)現(xiàn)高效的系統(tǒng)。這種方式尤其可以實(shí)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(gè)模擬攝像頭網(wǎng)絡(luò)的情況下。

　　通過實(shí)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(gè)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(yùn)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(gè)攝像頭的輸入信號(hào)，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)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)取＿h(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(gè)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(shí)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(bào)。 不過，這并非易如反掌，因?yàn)?FONT color=#000000>手機(jī)、PDA、膝上型計(jì)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(shí)，一般情況下必須針對(duì)接收設(shè)備調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)速率，同時(shí)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(shí)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(shì)。

　　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?yàn)樗軌蛱峁┬逝c存取性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于錄像帶的存儲(chǔ)介質(zhì)。壓縮技術(shù)允許在更小的空間內(nèi)儲(chǔ)存更多數(shù)據(jù)，而且其優(yōu)勢(shì)并不僅限于此。

　　此外，DVR還具有完美的“靜止圖像暫?！惫δ埽@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(dú)立設(shè)備也可以用作PC卡。

　　DVR保存的數(shù)碼影像不會(huì)隨時(shí)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(jì)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(hào)處理

　　智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠高效運(yùn)行至少5種算法：影像處理(邊緣檢測(cè)與其它對(duì)象識(shí)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(shí)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(tái)的信號(hào)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(hào)處理算法的理想選擇。需要對(duì)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(jí)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(shí)際控制系統(tǒng)總成本，處理器可以同時(shí)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(lái)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(duì)目前的模擬實(shí)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(lái)越多的批評(píng)。

　　利用軟件智能對(duì)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(gè)層面都具有優(yōu)勢(shì)。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(chǔ)數(shù)據(jù)與視頻使我們能在發(fā)生安全問題幾個(gè)星期，乃至幾個(gè)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(jià)比優(yōu)勢(shì)，所以說(shuō)它是一種顛覆性技術(shù)并不為過。