數字技術(shù)使智能監控超越模擬監控系統

　　模擬系統構成了目前絕大部分視頻安全系統，但是這些基于傳統TV線(xiàn)纜技術(shù)的系統具有很多缺點(diǎn)：建設與維護可提供連接的寬帶線(xiàn)纜基礎設施耗資巨大;依靠人力監視多個(gè)攝像頭來(lái)檢測可疑活動(dòng)會(huì )耗費大量人能監控系統能夠高效運行至少5種算力，而且由于人為錯誤還會(huì )造成假警報和降低安全性;最重要的是，發(fā)生違反安全的行為和發(fā)現這種行為的間隔往往太長(cháng)，因而無(wú)法預防犯罪，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，而安全性也更是無(wú)從談起。視頻監控市場(chǎng)正在迎來(lái)一種具有顛覆性的技術(shù)，它依賴(lài)的概念是通過(guò)在網(wǎng)絡(luò )中嵌入機器智能來(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)入安全系統的外圍，甚至最終走進(jìn)攝像頭。

　　實(shí)現上述藍圖的技術(shù)是一種集成數字系統，它采用一系列高級軟件，其中包括圖像處理、視頻壓縮以及基于規則的機器智能等。所有這些程序都采用復雜并且需要大量計算的算法，運行這些算法需要采用價(jià)格合理、功能強大的DSP。

　　分散智能

　　智能視頻監控系統采用許多與傳統模擬系統相同的組件，如攝像頭、網(wǎng)絡(luò )路由器、視頻服務(wù)器和監視器。不過(guò)，模擬和智能視頻監控之間的相似點(diǎn)也僅此而已。下圖顯示了一種典型的智能視頻監控系統。

　　通過(guò)在網(wǎng)絡(luò )的戰略要點(diǎn)上增加智能技術(shù)，并且利用這種智能技術(shù)，根據網(wǎng)絡(luò )中傳輸的數據進(jìn)行決策就能顯著(zhù)提高視頻監控系統的性能。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，就能識別出對象類(lèi)別，然后通過(guò)搖移與變焦操作(Pan and zoom)提供更詳盡的信息;

　　數據處理：數字化數據的發(fā)展趨勢非常明朗。下一步重要的發(fā)展方向是將數百萬(wàn)字節的原始視頻處理為僅包含重要信息的數據;

　　分配：智能安全網(wǎng)絡(luò )所需的帶寬較小，因為其傳輸的只是幾千字節的數據，而不是數百萬(wàn)字節的視頻。這種網(wǎng)絡(luò )還能在無(wú)需人工干預的情況下將信息路由到正確的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn);

　　決策：智能系統能夠根據安全人員通過(guò)簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊界面創(chuàng )建的、基于規則的算法處理相關(guān)數據;

　　動(dòng)作與執行：由于消除了多余的無(wú)用信息，盡可能縮減了數據流，這使安全人員能在巡邏時(shí)通過(guò)移動(dòng)設備監控系統，從而使他們能夠更靠近現場(chǎng)，迅速采取最有效的措施;

　　存檔：智能安全技術(shù)還可將數據進(jìn)行存檔并進(jìn)行索引編制，以供日后刑偵使用。

▲典型的智能視頻監控系統

　　數碼IP攝像頭

　　IP攝像頭與傳統模擬攝像頭相比具有兩種優(yōu)勢，首先它們具有數字化性質(zhì)，使算法的執行變得簡(jiǎn)單直接，其次IP攝像頭還可以利用現有的IP網(wǎng)絡(luò )，從而無(wú)需安全技術(shù)專(zhuān)用的基礎局端。

　　不過(guò)，這僅僅是個(gè)開(kāi)始。當在攝像頭機架內部的智能系統中集成了智能安全軟件和高性能DSP之后，上述兩種優(yōu)勢還另有妙用。

　　應用軟件(如Object Video公司的Onboard)采用邊緣檢測與其它影像算法創(chuàng )建監控區域某個(gè)對象的獨特統計文件(statistical profile)。這些算法能夠生成稱(chēng)為元數據的信息。推理引擎然后可以采用專(zhuān)用的人工智能算法分析相關(guān)元數據，以便識別在監控區域移動(dòng)的對象(或靜止對象)。

　　一般情況下，目標對象類(lèi)別包括人、非人類(lèi)(動(dòng)物)和車(chē)輛。另外還可以識別走、跑、閑逛和攀爬等動(dòng)作。通過(guò)選用其它算法可以定義描述對象類(lèi)型和動(dòng)作的其它類(lèi)別。

　　另外需要的步驟是，采用基于規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(guò)了監控區域的虛擬“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據、在無(wú)需人工干預情況下進(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的壓縮技術(shù)。例如，如果識別出對象是人，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)送到相應存儲區域，或者在所違反的規則需要立即響應的情況下將該文件發(fā)送到安全人員的PDA。

　　IP攝像頭將繼續采用MPEG4低分辨率視頻格式連續記錄整個(gè)現場(chǎng)，以便儲存和隨后用于刑偵分析。系統保存MPEG數據，以供日后使用，這是因為智能監控技術(shù)還具有重要的刑偵優(yōu)勢，它可以通過(guò)分析保存的數據搜索特定的事件或時(shí)間標記。

　　安全分析專(zhuān)家經(jīng)常根據新信息檢查保存的錄像，如在數百公里之外的不相關(guān)現場(chǎng)收集到的嫌犯的唯一識別特征。利用智能監控軟件以及用于執行上述算法的高性能、可編程DSP，用戶(hù)可以創(chuàng )建一條或多條新的規則，如識別某個(gè)背有帶特殊標志的背包的嫌犯。利用保存的視頻生成的元數據可以接收新規則的檢查，以便對比視頻中的嫌犯是否與其它不相關(guān)現場(chǎng)的嫌犯相似??整個(gè)過(guò)程無(wú)需用戶(hù)頭暈眼花地觀(guān)看視頻文件。

　　嵌入監控系統的智能技術(shù)還可以通過(guò)其它方式對安全性進(jìn)行優(yōu)化。傳統視頻監控系統的假警報率高達40%，會(huì )浪費安全人員無(wú)數小時(shí)的時(shí)間。智能監控系統的假警報率僅為2%，原因是它可以設置十分精細的警報觸發(fā)規則。例如，在停車(chē)場(chǎng)監控過(guò)程中，可以將閑逛設置為告警原因，而路過(guò)停車(chē)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(guò)安全網(wǎng)絡(luò )發(fā)送壓縮數據或元數據可以實(shí)現高效的系統。這種方式尤其可以實(shí)現低成本的新安裝。不過(guò)，為現有系統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(guò)實(shí)現所謂的“后端”攝像頭，網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器可以解決這個(gè)難題。為了給傳統的模擬視頻監控系統集成上文所提到的智能性，可以在網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器中安裝系統運行的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，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數字媒體內容的數字化、壓縮以及網(wǎng)絡(luò )傳輸等。遠程用戶(hù)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)模擬視頻流轉換成數字流。在完成轉換之后，系統即可以提取元數據，實(shí)施相關(guān)規則并且執行上文所描述的操作。

　　網(wǎng)絡(luò )路由器執行用于補充視頻服務(wù)器的功能。它們可以利用元數據和一系列算法決定系統的下一步操作。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。 不過(guò)，這并非易如反掌，因為手機、PDA、膝上型計算機以及工作站在帶寬能力以及可接受的格式方面相去甚遠。

　　在路由器決定發(fā)送JPEG文件時(shí)，一般情況下必須針對接收設備調整相關(guān)數據速率，同時(shí)執行相關(guān)信息的代碼轉換。為此，它需要訪(fǎng)問(wèn)查詢(xún)表，以確定接收設備是否支持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。

　　數碼攝像機

　　數碼攝像機(DVR)是智能監控系統的重要組成部分，因為它能夠提供效率與存取性能遠遠高于錄像帶的存儲介質(zhì)。壓縮技術(shù)允許在更小的空間內儲存更多數據，而且其優(yōu)勢并不僅限于此。

　　此外，DVR還具有完美的“靜止圖像暫?！惫δ?，這種功能常用于必須人工查看錄像的安全性應用中。DVR既可以用作獨立設備也可以用作PC卡。

　　DVR保存的數碼影像不會(huì )隨時(shí)間的推移而降低質(zhì)量，而且允許隨機訪(fǎng)問(wèn);最重要的是，機器智能可以訪(fǎng)問(wèn)并轉換相關(guān)信息。DSP可用于按照各種標準和非標準視頻格式壓縮圖像。作為全球領(lǐng)先的DSP設計與供應商，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。

　　信號處理

　　智能監控系統能夠高效運行至少5種算法：影像處理(邊緣檢測與其它對象識別技術(shù))、壓縮與解壓、用于各種數字編解碼器的模數轉換與代碼轉換、視頻數據向專(zhuān)用元數據的轉換以及用于在網(wǎng)絡(luò )中傳輸數據的協(xié)議執行。

　　開(kāi)發(fā)低成本系統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)硬件平臺的信號處理算法。

　　然后需要考慮系統的控制問(wèn)題。在架構方面，DSP是執行信號處理算法的理想選擇。需要對網(wǎng)絡(luò )加以控制，不過(guò)這通常需要采用MCU。表1給出了DSP和MCU在高級智能監控系統中需要協(xié)同執行的主要功能。

　　為了實(shí)際控制系統總成本，處理器可以同時(shí)配備DSP與MCU內核，不過(guò)，這還取決于相關(guān)應用。雖然單處理器芯片已足以應付目前的許多應用，不過(guò)雙內核處理器可以顯著(zhù)降低成本和提高性能。

　　數字技術(shù)超越人工監控

　　過(guò)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(zhù)視頻監控范圍的不斷擴大，工程師與管理人員已開(kāi)始對目前的模擬實(shí)施產(chǎn)生疑慮。另外，出于性能與預算原因，利用線(xiàn)纜網(wǎng)絡(luò )、通過(guò)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。

　　利用軟件智能對從視頻獲取的數據進(jìn)行分析在監控系統的各個(gè)層面都具有優(yōu)勢。此外，我們使監控外設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載、提高信息質(zhì)量以及加快采取補救措施的速度。

　　另外，利用DVR存儲數據與視頻使我們能在發(fā)生安全問(wèn)題幾個(gè)星期，乃至幾個(gè)月后仍能進(jìn)行后續的刑偵分析。由于智能視頻監控的應用豐富多樣并具有非常明顯的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢，所以說(shuō)它是一種顛覆性技術(shù)并不為過(guò)。