你的位置：首页 > 城市交通 > 交通管控 > 正文

视频监控技术大变革时期如何能不再纠结

2012-05-09 10:56:18 来源：安防知识网责任编辑:

　　视频监控技术的发展正受到两个方面的压力。一方面，监控系统作用和功能被认可，各行各业都表现出巨大的需求，视频监控已成社会管理、环境监控、业务监管、状态控制，特别是公共事务管理的首选和必备手段。同时上级领导、主管部门也对监控系统建设及取得的效益给予了充分的肯定，作为政绩考核的重要内容。可以说从上到下对视频监控都表现出巨大的、刚性的需求。
　　另一方面，早期项目和建成系统反映出的许多技术问题与不足，系统运行过程中暴露出的缺欠和管理上的问题没有得到很好的解决。系统获得的信息量巨大，但应用水平低。同时系统建设投入大，实际效益却与期望差别较大。显然，这方面的压力是监控技术发展负面的因素。
　　在这两个压力的相互作用下，加之视频技术快速发展，新技术不断涌现，而其成熟度和实际效果并未得到实践的证明，致使用户在进行选择时犹豫不决。因此有人评论当前视频监控系统建设正处于进退两难、举棋不定的纠结状态。
　　视频监控技术要想得到更广泛的应用，走上新台阶，解开纠结，必须要重新、全面地规划监控系统的结构、功能、技术指标和技术构成。在纷繁的技术环境下做出正确、可行的选择。希望安防技术工作者，不是一味地宣传什么趋势、潮流，呼唤新时代的到来，而是把新技术、新产品创新的实质、它将带来的影响和改变，可以达到的限度(技术限值)、特别是它们目前的成熟性、适用范围及应用的切入点告诉大家。
　　增加量、提高质
　　公共事务管理需要建设大型的视频监控系统，许多小系统也需要通过联网进行整合，大型化成为视频监控系统的趋势。但正是这种大型系统突现了上述的负面问题。因此在进一步推广和普及监控系统应用时，是通过增加量来实现系统的大型化，还是努力提高质量来提高系统的效能，成为须首要决定的问题。
　　在传统视频监控系统的设计模式上，增加摄像机的数量，扩大系统的覆盖是最简单的方法。但它会加剧上述问题，导致更严重的负面影响。而且单纯的提高摄像机的数量，并不能解决看不见、看不清、系统信息资源利用率低的问题。提高系统的质，意味着要采用新技术和新产品，然而在目前的技术环境下，新技术和新产品在功能、性能和成熟性方面有一定的限度。即使大家寄予厚望的高清摄像机、视频智能分析技术也不能从根本上解决看不见、看不清、看不了的问题。看不见并不完全是因为没有摄像机，看不清通常不是由于摄像机分辨率不够，而看不见、看不清的时候无法进行智能分析，智能处理并不能生成没有获得的信息和恢复丢失的信息。所以提高系统的质，并不是看不见增加摄像机、看不清换高清、看不了上智能这么简单的事，而是一定要采用新的设计思路和理念,在系统设计上进行创新。
　　重视摄像机合理布局的设计
　　要重视摄像机合理布局的设计，要从不同机型的选择、组合和安装方式，方位、数量、照明等方面综合考虑，统一规划;不能孤立地、一个点一个点地规划摄像机的选型和配置。要建立监控区的概念，根据其性质和要求，通过多个摄像机形成有效的覆盖。“有效覆盖”不是传统的摄像机视场的无缝拼接(无死角)，而是通过摄像机的组合，保证在监控区内，目标和事件的捕捉率达到规定的几率，如一个目标在监控区内活动，可以获得的一定数量的图像。按无死角的思路去设计系统，只能是增加摄像机来提高覆盖，是没有限度的;有效覆盖则是按规定的要求去设计系统，追求系统的综合效果、最优性价比，正是法网恢恢、疏而不漏的哲学。
　　加强系统的实时监控功能
　　要加强系统的实时监控功能，视频监控系统原本就是依此设计的，实时监控是系统的基本功能，毕竟人的观察是发现稍纵即逝的事件(信息)和实现快速响应的最好方式。
　　无论系统智能化程度多高，实时监控都是系统不可缺少的功能。然而目前许多系统已弱化了这一功能，甚至不具备实时监控的条件，系统的基本功能已转变为事后查证(信息存贮)。主要表现为：图像显示环境的人机关系不适合于人的观察;系统的控制不便于针对目标或事件的监控。所以加强实时监控功能一定要改变系统设计思路和理念，并在系统结构上实现创新：
　　·要专门设计系统的监控位，建立较好的观看环境(屏幕的布置和人机关系)，保证系统具有监控适当数量图像的能力;加强值机人员的培训并采用适当的激励机制，提高观察方法和技巧，提高通过实时监控发现事件及其动向的能力;
　　·要改进系统的结构，监控位应具有(经授权)自主生成局域的或以事件为中心的子系统，子系统的摄、存、控可以独立的管理和操作。这样的子系统可以按事件记录图像信息(看与录的内容一致)和以事件为特征进行图像检索。
　　建立报警提示的功能
　　要建立报警提示的功能，报警联动、切换图像是安防系统的传统功能，这一功能现已弱化，主要是没有合适的探测手段。对开放环境，确实不能像封闭性局域系统一样，使用入侵探测器来触发报警，切换相关图像。可以采用人机互动(巡逻人员报警，报警按钮)，形成报警触发机制;在这方面图像智能分析可能会有所作为，通过对不规范行为的识别、及时提示、警告，记录信息、传送警情(图像)，也可适当采用图像智能分析技术提示值机员、切换图像来提高监控的效率，避免遗漏。
　　加强系统深化应用
　　要加强图像搜索、过滤、关联、综合分析技术的研究，提高图像，特别是存贮图像的应用水平。所谓深化应用就是把有用的信息，及时、准确地提取、记录、整理出来。
　　数字、模拟
　　很多人认为数字视频监控系统已经很成熟、很普及，实则不然，目前、数字视频系统还有许多问题需要解决，它真正的优势还没有体现出来，真正的数字视频监控系统也不多。人们一直在对数字、模拟两者的技术优势、经济性和适用性进行权衡、比较。视频监控技术“三化”的趋势确实不是新概念，但远未实现。数字化是网络化、智能化的基础或前提，必须将数字视频技术本质的优势表现出来，并选择适当的切入点，数字视频监控系统才有可能得到广泛的普及。
　　视频监控系统的数字化是必然的，但并不意味着模拟系统会完全被替代，即使数字系统广泛的应用了，模拟视频监控系统仍然有一定的市场和发展空间，特别是在局域性的系统中。两者在不同的环境下，各具优势(技术、标准化、经济性和图像质量)，很多情况下，模数混合方式将是一种合理的选择。
　　数字化的本质优势在于可以获得和表达更加丰富的信息，并能较大的降低系统开销(资源的占用)。数字视频监控系统一定要获得很高的图像质量(比之模拟系统)，才能得到市场真正的认可和接受，因此系统的设计思想应从在规定的(通常是窄带的)资源出发来设计系统可达到的图像质量，转变为以规定的图像质量要求去规划系统所需要的资源。
　　高清摄像系统是视频监控数字化的切入点。在视频系统数字化的进程中，有过最后一根视频电缆多长，既在什么地方进行模数转换的问题。真正的高清摄像机(数字机)没有这根电缆，实现了全系统信息流的数字化，同时传送高清的图像格式(保证高清图像质量)，因此是真正的数字化系统。
　　数字化视频监控的实现途径
　　数字化(高清)视频监控的实现主要有两种途径：HDcctv和网络视频。
　　HDcctv，由广播电视系统SDI方式发展而来，从系统结构上看：它是传统监控模式的延伸，核心的特征是闭路的结构和传输介质的专用性。它对摄像机输出的视频流不分包、不压缩，所以传送图像不失真、不抖动、实时性好，为系统后台的图像智能分析提供最佳的图像。这样的结构利于系统从标清到高清，从模拟到数字平滑的转换，或构成标/高清、模/数混合系统。平滑转换并不意味着完全兼容,所谓“插上就用”是不对的,认为它与模拟视频是完全相同的观点也是错误的。系统中采用的同轴电缆或BNC连接器与模拟CCTV系统中的产品在性能上完全不同。
　　SDI系统的数据流不是通常的视频压缩编码信号,而是将并行的视频分量信号转换为串行顺序制信号的数字流，因其不做压缩处理，故数据率很高。通常、SDI是270M系统，而HD-SDI是1.5G系统。因此、传输距离受到很大的限制，但随着光通信技术的进步和应用，这一点会得到明显的改善，HDcctv方式的应用范围也将不断的扩展。
　　网络视频，利用网络平台的数字视频系统。其特点是开放、系统可自主生成、便于系统的扩展和升级。目前、基于网络传输的视频监控系统已有了大量的应用，但与模拟视频监控系统相比，在图像质量上还没有表现出优势。通常认为图像质量的主要指标是图像格式(分辨率)和延时，其实抖动是一个更严重的问题。网络视频系统产生图像延时有多种原因，如编/解码、数据分包等，也包括摄像机本身的图像处理(宽动态、图像积累等)，但这些因素不会引起图像的抖动。所谓抖动是指图像帧率的波动，主要由网络环境决定，如网络带宽的变化和各种干扰。网络视频监控系统一般没有前向纠错功能，图像传输受网络环境的影响，会产生较大的图像抖动，如出现错码和丢包时，需要进行数据重发。这种图像帧率的不稳定对图像内容分析的影响很大，是今后网络视频系统要注意解决的问题。
　　目前有所谓三大标准(HDcctv、ONVIF、PSIA)之争，实际上就是上面的两种选择，有人认为网络视频是最终的解决方案，HDcctv是其完善前的过渡。其实两者各有长处，具有互补性，在相当长的时间内，两者会共同存在，并各有自己的市场。
　　高清、标清
　　高清晰度摄像机是借用广播电视的概念，应用电视一直用分辨率来评价图像表达细节的能力。高分辨率是应用电视摄像机一直追求的目标，在保持扫描格式不变的条件下，水平分辨率不断地提高，如所谓模拟高清摄像机,其分辨率可达600-700TVL。有些摄像机的摄像器件像素数可达130万、500万，甚至更高，它们的输出信号是标清的视频信号，在电子变焦(拍摄或显示局部图像)时，可得到很高的分辨率,但它们仍是标准电视制式设备，与之保持完全的互换性。还有些大像素的摄像机，因不能保证足够的帧率，已属数码相机的范畴。
　　高清电视摄像机则不同，它要求图像分辨率在水平、垂直两方向上比平均标准电视增加一倍，并且亮、色分离(标清是通过频谱交错技术复合在一起)，所以(电视)扫描制式、基带信号格式与标清电视不同，两者不再兼容，不可互换。目前高清摄像机的图像输出主要是数字流。
　　推广高清监控系统，首先要明确高清图像在哪些方面能表现出它的优势。显然，在观察局部图像和希望获得图像细节信息时，高清图像的价值才能体现出来。如将局部图像全屏显示时，图像仍具有很高分辨率，并不出现马赛克现象;电子警察或道路卡口系统在进行号牌识别时，足够的像素数才能得到较高识别率。再如进行图像个体识别时、高分辨率(像素)图像是重要的条件。但在通常的实时监控环境下(观看距离与显示动态图像)，高清图像与标清图像的观察效果差别不大;在进行图像行为分析时，对图像的帧率稳定性(时间分辨能力)要求很高，而对图像(空间)分辨率要求并不高。所以建设视频监控系统时，要具体问题具体分析、因地而宜，选择合适的场合和部位采用高清摄像机，不要简单地从概念出发，一刀切。
　　目前高清视频监控系统还没有形成统一的标准(制式)，如何实现系统中摄像、传输、录像、显示、图像变换和处理设备完整的配套和统一的接口。这也是高清视频监控技术要尽快解决的问题。只有建立统一的标准，形成完整的配套，才能做到，各厂家设备的互换性和通用性，为用户提供更多的选择。
　　最重要的是要解决高清图像与标准图像系统的集成问题。它们不能简单地成为两个独立的系统，以保证高清系统的高质量图像和高分辨率。视频监控系统必须对系统中各种信号源的图像进行综合显示、记录和编辑等处理，对高清图像进行下变换，或对标准图像进行上变换。目前很少见到将标清信号上变换的系统，大多系统在图像显示时，都是将高清图像信号解码成标清格式(下变换)，显然这样的系统将高清摄像机的图像质量打了折扣。
　　谈到实现高清视频监控系统的技术途径，又回到上节的问题，既存在HDcctv和网络视频两种方案。从媒体的宣传看，网络视频的呼声似乎很高，最近有关HDcctv的声音才逐渐多起来，其实在技术成熟性和图像质量方面，后者是有优势的，只是受传输带宽的限制，应用范围上有一定限度。而网络视频目前主要应用于视频监控系统的组网，重点还放在解决网络间的互联，系统间的互操作和数据间的互通(解码)等方面，对实现高清图像的传输并没提出更好的方案。
　　强调制订统一的标准就引出一个问题，既高清监控系统是否与广播电视保持基本相同的制式。我们知道应用电视一直采用与广播电视基本相同的制式，保持基本设备的通用和互换性，在传输、记录、显示、编辑方面基本采用广播电视的设备，而把专用摄像机做为自己研发的重点。视频监控技术在数字化过程中，产生了许多独具特色的设备，如数字存贮设备和上面提到的摄像机，好像要与广播电视分道扬镳，于是产生了高清监控系统是否继续坚持原有的选择的疑问。其实毋庸置疑，在高清时代，应用电视仍将与广播电视保持基本相同的制式。做为电视技术的两个轮子，它们具有共同的技术基础，广播电视在巨大市场需求的拉动下,是电视技术进步的箭头，也带动着应用电视的技术进步。保持这种方式符合技术规律和市场规律，也最具经济性。
　　图像识别、内容分析
　　人们把解决现行视频监控系统的不足寄望予智能化，甚至期望它能解决目前存在的所有问题，然而现实与期望相差还很远。
　　图像的自动解释是视频监控系统智能化的基本标志，但其真正的含义、基本功能及实现的途径是经过很长时间的探索才逐渐清楚的。通过图像来识别个体是安全系统最迫切的要求，近年来，图像识别有了大量的成果，各领域，特别是安全领域都有了初步的应用，主要有两种方式：
　　·验证：通过对监控目标的识别，确认目标的身份及正在发生行为的合法性。这是安防系统的基本功能和典型应用;
　　·识别：将输入特征与数据库中大量的参考值进行比对，确定目标的身份，以发现各种事件的相关线索。是侦察系统的典型应用,这样的系统要建立海量的样本数据库。
　　以上两种方式和应用都要求系统首先要定义特征，并保证原始输入和现场输入的相关性，也就是建立一个稍加限制的环境。然而通常的视频监控系统达不到这个要求。这就必须导找一个新的途径，我们知道图像的两个分辨能力为图像识别、内容分析提供了条件，成为图像技术研究的方向。内容分析自主的定义(简单)特征不与原始输入相对比，而是通过图像关联来实现目标的识别、行为分析和预测等，所以称为图像内容分析。它以通常的视频(监控)系统为基础平台，是监控系统智能化的方向和实现途径(笔者六年前在a&s上撰文时提出的)。
　　图像内容分析的研究分四个阶段，产品和应用也分四个层面：
　　·将(运动)目标从视频图像中分离出来。并能在简单环境下(单目标、背景单纯)对目标分类;
　　·在简单环境下对目标进行行为分析，判定其运动的方向、方式，目标的复合或离散，发现和告警异常的行为;产生目标的运动轨迹，并能进行目标的自动跟踪;进行目标的统计、关联、过滤、趋势预测等;
　　·在复杂环境(既通常的视频监控环境)下实现上述功能,并实现(单源、多源)图像的关联;
　　·实现视频语义的解析，通过对一个图像序列的分析，理解其包含的真实信息。
　　前两个层面是图像内容分析的定义，目前已有了一些成果;第三个层面是技术实用性的关键，达到了这一点，系统才具有应用价值，目前大多数产品还达不到这一阶段;视频的语义解释是技术的最高境界，它表明机器具有了与人一样的理解图像的能力，但具有人所不能达到的效率，目前还达不到这个程度，但可以通过内容分析对图像信息进行标引，进而图像信息间的关联，图像与声音、图形、文本之间的关联，这是图像信息深化应用的前提，可称为视频半语义解释。
　　图像内容分析不同于视频探测，也不同于图像识别，视频监控系统智能化的真正含义和基本功能就在于此。图像内容分析既要处理单帧图像(分离目标)，又处理图像序列(行为分析等)，既关联单个图像源(摄像机)的图像，又要关联多源的图像。既可在前端处理，又需要系统(后台)处理。因此一定要采用分布式增强处理结构，引入云计算的概念并成为物联网的核心技术。
　　物联网在安防系统的应用并不是成熟产品的应用，而是概念的推广和关键技术的突破。传感网是物联网的基本单元，它的核心功能是真实感知和各传感器之间的互联(信息的关联)。图像内容分析技术充分实现视频探测的功能，并可进行各种信息的关联，因此可成为传感网的核心，正是物联网迫切需要突破的关键技术。
　　视频监控系统的智能化是逐步发展的过程，不可能一蹴而就，也没有终极的结果，要经过不断的技术积累，特别是核心技术的突破。
　　监控技术智能化已经实现的观点是不正确的，希望它能解决目前监控系统的所有问题和不足也不现实。
　　图像系统智能化的重要标志是信息的机器解释，但不能完全代替实时监控，应通过图像分析技术来提高实时监控的效率和效果，消除和改善实时监控容易出现的问题。通过分析，发现超出正常的状态，确定其相应的(风险)等级，然后产生相应的提示、警告、反应信息，再通过实时监控，捕捉到转瞬即失的事件、事态图像。
　　要积极的选择合适的场合应用图像内容分析技术，只有应用才能促进它的发展，让人们认识到它的作用，改进它的不足。但不能不分场合的、盲目的遍地开花。
　　结语
　　视频监控技术正处在大变革的时期，我们面对多种选择，需要正确的把握方向。因此、要倾听各种声音，既要跟上技术的潮流，又要作到不跟风，不盲从。特别要注意国内外知名品牌(企业)的动向，注意理解技术后面深层次的东西.