安防对视：揭开视频监控常用的技术核心

　　随着频监控的发展，未来的视频监控系统将是各种先进技术的集合。第一代为全模拟监控，也叫闭路电视监控，从上个世纪80年代到90年初期的十多年的时间里它一直主导着安防市场，并大量应用在公安、银行、军工、交通、酒店等重要单位和部门。下面阐述目前视频监控需要用到的各种主流技术。

流媒体技术

      实时视频监视与录像回放是视频监控的两大重要基本业务，其本质是将视频源上的多媒体数据传送到视频接收端。实时视频监视要求完成视频的实时传输，具有很强的实时性;录像回放则类似于VOD业务，具有一定的实时性(但并非很强)，要求画面清晰流畅，并且能完成各种播放控制操作。

      我们可以将前端的摄像机看成是实时的A/V源，而将录像文件看成是存储的A/V文件，那么目前解决此类问题的一个很好的办法便是运用流媒体技术。

      我们知道，流式传输及流媒体(StreamingMedia)是为了解决信息传输实时性问题而开发的。流式传输主要指通过网络传输媒体(如音频、视频等)的技术总称，其特定含义为通过网络将音视频等信息传输到用户终端播放时，无须等全部文件下载完毕才可播放，而是将连续的音视频信息压缩后放于服务器，用户终端播放时只要将开始部分的内容存入其内存，其余数据流由用户终端在后台继续接收并播放，直至播放完毕或用户中止操作。这样，用户播放媒体的等待时间将显著减少，且无须太大缓存。流媒体指使用流式传输技术的连续时基媒体。

      流式传输主要是为了区别于下载传输而提出的。传统的下载转输方式有两个基本条件，一是基于文件操作，二是文件要全部下载后才能使用(播放)。对于实时视频监视而言，不存在文件的概念，因此无法用“下载”的方式实现。对于录像业务，录像数据可以以文件形式存在，但是，如果录像数据如果必须等完全下载后才能播放的话，会带来很大的时延，用户无法忍受。所以，比较理想的方式是采用流式传输。

      实现流式传输有顺序流式传输(ProgressiveStreaming)和实时流式传输(RealtimeStreaming)两种方法。视频监控业务主要采用实时流式传输。

      网络摄像机可以看成是一台提供实时A/V源的服务器，当用户请求进行实时监视时，网络摄像机采用实时流式传输方式向用户终端传送监控画面。考虑到多个用户同时访问网络摄像机将带来流量瓶颈等问题，可以使用视频服务器来进行中转，让视频服务器来提供强大的负载能力。

      以上只是原理性的简要说明。上述方案可以满足小型的视频监控系统，但在大型的视频监控系统中，监控前端设备与用户终端的数目都非常庞大，除了增加考虑组播、广播等方案外，更需要一套完善的媒体分发、调度机制来保证媒体的高效传送。在这方面，目前尚无现成的成熟方案，中国通信标准化组织(CCSA)正对此展开积极研究，以便为未来的视频监控系统提供标准的媒体传送机制。

智能视频监控技术

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      智能视频(IV，IntelligentVideo)源自计算机视觉(CV，ComputerVision)技术。计算机视觉技术是人工智能(AI，ArtificialIntelligent)研究的分支之一，它能够在图像及图像描述之间建立映射关系，从而使计算能够通过数字图像处理和分析来理解视频画面中的内容。

      视频监控中所提到的智能视频技术主要是指：“自动的分析和抽取视频源中的关键信息。”如果把摄像机看作人的眼睛，而智能视频系统或设备则可以看作人的大脑。

      建造视频监控系统的目的，一是为了视觉上的延伸——把处于别地的画面通过网络与设备“拉近”到眼前，因此有了远程监控;二是为了智力上的延伸——让系统自动为我们分析问题并解决问题，于是有了智能监控。当然，后者是更高层次上的要求，但也是视频监控今后发展的必然要求。

      传统的视频监控系统缺乏智能，在很大程度上依赖于人的判断。然而，人类有着自身难以克服的弱点，比如：(1)人力有限，人的反应与处理速度有限，导致我们在指定的时间内能够进行监视的地点有限。这也就意味着各个被监控点并非每时每刻都处于监控当中。(2)人并非一个可以完全信赖的观察者，无论是在观看实时的视频流还是在观看录像回放的时候，由于自身生理上的弱点，我们经常无法察觉安全威胁，从而导致漏报现象的发生。

      从上述分析来看，当开展大规模视频监控以后，智能监控实际上已不是可有可无的装饰品，而是系统所必备的一种能力。否则，巨大的投资将由于缺乏人力资源的跟进以及人类自身的弱点，而有可能变为一种浪费。

智能视频技术可以在很多地方得到应用。比如：

      (1)高级视频移动侦测：在复杂的天气环境中(例如雨雪、大雾、大风等)精确地侦测和识别单个物体或多个物体的运动情况，包括运动方向、运动特征等。

      (2)物体追踪：侦测到移动物体之后，根据物体的运动情况，自动发送PTZ控制指令，使摄像机能够自动跟踪物体，在物体超出该摄像机监控范围之后，自动通知物体所在区域的摄像机继续进行追踪。

      (3)人物面部识别：自动识别人物的脸部特征，并通过与数据库档案进行比较来识别或验证人物的身份。此类应用又可以细分为“合作型”和“非合作型”两大类。“合作型”应用需要被监控者在摄像机前停留一段时间，通常与门禁系统配合使用。“非合作型”则可以在人群中识别出特定的个体，此类应用可以在机场、火车站、体育场馆等安防应用场景中发挥很大的作用。

      (4)车辆识别：识别车辆的形状、颜色、车牌号码等特征，并反馈给监控者。此类应用可以用在被盗车辆追踪等场景中。

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      (5)非法滞留：当一个物体(如箱子、包裹、车辆、人物等)在敏感区域停留的时间过长，或超过了预定义的时间长度就产生报警。典型应用场景包括机场、火车站、地铁站等。

      (6)交通流量控制：用于在公路上监视交通情况，例如统计通过的车数、平均车速、是否有非法停靠、是否有故障车辆等等。

红外热成像技术

      人眼能够感受到的可见光波长为0.38～0.78微米。红外线属于波长大于0.78微米的电磁波。自然界中，一切物体都会辐射不同波长的红外线，因此能够利用特制的探测设备分别检测出监控目标本身和背景之间的红外线波长，从而可以得到不同的红外图像，这红外图像称为热图像。

      采用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备被称为红外热成像仪。

      红外热成像仪在视频监控中的应用举例：

      1.夜间及恶劣气候条件下的目标监控

      夜晚，需可见光工作的设备已经不能正常工作，如果采用人工照明，则容易暴露目标。若采用微光夜视设备，它同样也工作在可见光波段，依然需要外界光照明。而红外热成像仪是被动接受目标自身的红外热辐射，无论白天黑夜均可以正常工作，并且也不会暴露自己。同样在雨、雾等恶劣的气候条件下，由于可见光的波长短，克服障碍的能力差，因而观测效果差，但红外线的波长较长，特别是工作在8～14um的热成像仪，穿透雨、雾的能力较强，因此在夜间以及恶劣气候条件，采用红外热成像监控设备仍可以正常地对各种目标进行监控。

      2.防火监控

      由于红外热成像仪是反映物体表面温度而成像的设备，因此除了夜间可以作为现场监控使用外，还可以作为有效的防火报警设备。很多火灾往往是由不明显的隐火引发的。用现有的普通方法，很难发现这种隐性火灾苗头。而应用红外热成像仪可以快速有效地发现这些隐火，并且可以准确判定火灾的地点和范围，透过烟雾发现着火点，做到早知道、早预防、早扑灭。

      3.伪装及隐蔽目标的识别

      伪装是以防可见光观测为主，犯罪分子作案时通常会隐蔽在草丛及树林中，由于野外环境的恶劣及人的视觉错觉，容易产生错误判断。红外热成像仪是被动接受目标自身的热辐射，人体和车辆的温度及红外辐射一般都远大于草木的温度及红外辐射，因此不易伪装，也不容易产生错误判断。

视频监控相关技术

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      (1)CMOS图像传感器技术的成熟

      监控摄像机的图像传感器正逐渐从传统的CCD向CMOS转变。这两种传感器各有长短，但一直以来，CMOS传感器的缺点渐渐减少。CMOS图像传感器低成本、高集成度为其主要特点，图像质量已不输于CCD。与基于CCD的探头相比，CMOS探头的集成度更高，因为CMOS传感器集成了许多外围处理功能，所需器件比CCD探头少，且CMOS探头的功耗要低得多。从整个系统来看，CMOS传感器可将成本大大降低。

      (2)智能分析技术的发展

      IEEE在图像的智能分析等方面有比较大的成果，比如运动检测、人脸识别、目标跟踪等。

      运动检测是指在指定区域能识别图像的变化，检测运动物体的存在并避免由光线变化带来的干扰。由于背景图像的动态变化，如天气、光照、影子及混乱干扰等的影响，使得运动检测成为一项相当困难的工作。早期的运动检测是对编码后产生的I帧进行比较分析，通过视频帧的比较来检测图像变化。目前常用的方法有背景减除(BackgroundSubtraction)、时间差分(TemporalDifference)、光流(OpticalFlow)、运动向量检测法等。

      (3)芯片技术为视频监视产品提供新方案

      IP摄像机通常集成了视频捕获、视频编码/处理和网络接口功能。在视频监控市场，能够支持这些功能的各种视频信号处理器芯片性能差异很大，但也是最能突显优势的产品。从功能需求最少的低端产品到高性能的采用多核数字信号处理器(DSP)芯片的高端产品，针对不同的市场，对视频信号处理器的要求差别很大。高性能的DSP芯片使视频处理器性能得到极大提升。这些DSP是催生智能摄像机的关键要素。正因为这些DSP，IP视频服务器才具备同时对多视频流进行智能管理的能力。

      (4)视频压缩格式越来越先进

      以前的数字视频监控的图像格式主要以MJPEG与MPEG2为主。随着图像压缩技术的提高，出现了越来越先进的视频压缩格式，如MPEG-4，H.264，国内正在大力发展具有自主产权的AVS编码格式。视频压缩技术的发展为视频监控在图像传输、录像存储等方面带来极大的好处。