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(zhuān)利廠(chǎng)家之間的利益，其技術(shù)發(fā)展、技術(shù)應用對于安防行業(yè)來(lái)講，都有一定的局限性。與其等待新標準的完善，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(hù)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(chē)運動(dòng))，其他70%基本上都是次要畫(huà)面(背景樹(shù)、花草、小動(dòng)物)。對于錄像存儲來(lái)講，如果只錄制人/車(chē)的畫(huà)面，那將大大節省存儲空間。

識別重要畫(huà)面

而在30%的動(dòng)感畫(huà)面中，可能只有20%的運動(dòng)畫(huà)面是我們所關(guān)注的(興趣區內)，其他80%的人/車(chē)運動(dòng)并不影響我們的安全(興趣區外)。所以，如果利用智能視頻分析將重要畫(huà)面識別出來(lái)，那么我們就可以節省94%的高碼流空間，考慮到智能視頻分析算法識別的準確性，對于這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，對于實(shí)時(shí)性畫(huà)面要求高的應用，可考慮低碼流+高幀速率)。

當然，當前大部分的攝像機都具有移動(dòng)偵測功能，那是不是應用免費的移動(dòng)偵測功能就可以完成以上功能了呢?在筆者看來(lái)，不僅攝像機自帶的移動(dòng)偵測功能無(wú)法實(shí)現筆者提出的以上設想，就連市面上大部分的智能視頻分析產(chǎn)品也無(wú)法達到以上的設計目的，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(目標探測)、前背景分離(目標跟蹤)、目標分類(lèi)、目標辨識4大部分組成的。當前的VMD移動(dòng)偵測只能做到畫(huà)面分割這一層，而且無(wú)法抑制大量的誤報。高級VMD移動(dòng)偵測，能夠實(shí)現目標跟蹤，從而大大降低室外環(huán)境引起的誤報。通過(guò)手工標定景深，利用目標像素大小，從而過(guò)濾掉一些不符合現實(shí)的目標，如小昆蟲(chóng)在鏡頭上快速爬行等;更高級一些的VMD移動(dòng)偵測，利用多種規則如目標的最小移動(dòng)速度、目標的最小移動(dòng)像素、目標出現的時(shí)間、目標的對比度、目標的最小像素等等多種參數，將目標進(jìn)行簡(jiǎn)單分類(lèi)，如過(guò)大的像素、過(guò)快的速度的目標，則是車(chē)輛。

有些先進(jìn)的VMD移動(dòng)偵測算法通過(guò)繁雜的設置，確實(shí)可以得到很好的效果，但是無(wú)法自動(dòng)適應天氣、環(huán)境的變化，所以每到季節變化，則需要重新設置，這對系統維護帶來(lái)了挑戰。

其實(shí)畫(huà)面分割、前背景分離、目標分類(lèi)并不是單向的數據流，目標分類(lèi)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算量來(lái)跟蹤這些像素團的運動(dòng)，以辨確實(shí)是噪點(diǎn)，還是晃動(dòng)的樹(shù)枝，還是人目標在運動(dòng)。

另外對于傳統的智能視頻圖像分割算法，在DSP上是一種簡(jiǎn)單的高運算量工作，如(圖1)所示，如此大的數量需要強大的DSP來(lái)完成，這就是為何當前市場(chǎng)上大部分的智能視頻分析算法都只是運算352x288的CIF格式畫(huà)面了，因為一旦運算4CIF畫(huà)面，那么DSP就沒(méi)有運算能力來(lái)進(jìn)行視頻編碼工作了。

而對于高清來(lái)講，1080P全高清畫(huà)面的視頻數據將高達500Mbps，這對于采用傳統智能視頻分析算法的廠(chǎng)商來(lái)講，是無(wú)法逾越的。

當前最新智能視頻分析算法是模擬人腦的識別模式，人眼并不是靠目標的大小來(lái)判斷目標類(lèi)別，而是靠目標的特征來(lái)判斷。例如，假設人眼看到了一個(gè)人的下半身被車(chē)遮擋，僅憑上半身，人眼完全可以判斷這是一個(gè)人目標隱藏在車(chē)后，而普通的高級VMD移動(dòng)偵測靠如此少的像素則斷定這不是人目標。

_{通過(guò)圖像分割實(shí)現目標分類(lèi)}

筆者了解到，美國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)內置20多萬(wàn)種目標模式，利用強大人工智能神經(jīng)學(xué)習算法，可以大大抑制自然界引起的誤報，如雨、雪、大風(fēng)、小動(dòng)物、飛鳥(niǎo)、光影變化、樹(shù)枝晃動(dòng)等。高級移動(dòng)偵測簡(jiǎn)單根據像素大小來(lái)判定目標，而不考慮目標的外表紋理、顏色、形體幾何組合、步伐等人體/車(chē)輛模式，必將導致很高的誤報。如夏天飛蟲(chóng)、昆蟲(chóng)在攝像機前面飛動(dòng)，露水、雨滴滑過(guò)鏡頭表面，這些都會(huì )導致依據像素大小來(lái)做目標分類(lèi)錯誤，從而出現大量誤報，浪費錄像空間。

在圖像分割階段就利用初始的目標分類(lèi)技術(shù)，互相補充，這樣大大降低了圖像分割的DSP運算量，從而采用一塊達芬奇DSP就足可以實(shí)現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)的目標分類(lèi)算法，那么高清攝像機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置在前端智能攝像機內，這樣簡(jiǎn)化系統的管理。

如果前端攝像機是普通的網(wǎng)絡(luò )高清攝像機，那么也可以在后端利用PC機來(lái)實(shí)現智能視頻分析，從而獲得同樣的錄像效果。

結語(yǔ)

平安城市建設是一個(gè)新事物，甚至在歐美等國也沒(méi)有太多的案例可以參考，我們國產(chǎn)監控廠(chǎng)商應該攜手共進(jìn)，創(chuàng )造中國自有的技術(shù)和標準，從而能夠在我國的平安城市建設過(guò)程中開(kāi)發(fā)出新的技術(shù)能力，推向全世界。