化解數字視頻的技術(shù)障礙

　　針對安全監控系統而言，主要任務(wù)就是需要一種低成本方式，實(shí)現在幾小時(shí)、幾天、幾周乃至幾個(gè)月的時(shí)間里實(shí)現視頻影像的傳輸、存儲以及搜索。就此，隨著(zhù)關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展，安全監控行業(yè)正經(jīng)歷著(zhù)重大技術(shù)提升。

　　其發(fā)展主要表現在：數百萬(wàn)像素功能的低成本數字攝像頭不斷涌現；低成本高清 (HD) 監控器的出現，具有壓縮協(xié)處理器的新型 DSP 的推出；IP 技術(shù)的普及與統一站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )融合；以太網(wǎng)供電 (PoE) 技術(shù)推進(jìn)成本下降，且不用再為每個(gè)攝像頭配備電源；以及大容量存儲設備成本下降等。此外，內置計算功能的新一代攝像頭已經(jīng)上市，可執行視頻分析功能，并承擔一定處理任務(wù)，將操作人員從繁重的監控工作中解放出來(lái)。

　　這些重要技術(shù)發(fā)展趨勢有助于安防人員處理、顯示、評估并存儲大量視頻內容，這些視頻是通過(guò)無(wú)所不在的監控攝像頭收集而來(lái)。

圖1 協(xié)處理器的優(yōu)化設計實(shí)現高級視頻分析

帶寬、延遲以及存儲容量仍然是主要技術(shù)難題

　　安全技術(shù)人員很清楚地認識到，監控解決方案的視頻要求與“好萊塢大片”式的視頻完全不同，不是在攝影棚里拍攝的。安全監控攝像頭通常要工作在光照較暗、對比度較低的環(huán)境下，而且攝像頭所在位置通常對捕獲目標區域都不是非常理想。

　　非常幸運，安全監控系統的主要目標是人員、物體或特定區域，因此通常不需要廣播級的影像質(zhì)量。針對高端應用而言，系統或許需要較高分辨率進(jìn)行捕獲與讀取某些信息，如在惡劣環(huán)境下捕捉并讀取行駛車(chē)輛的車(chē)牌號。

　　北美電視標準幀速率為每秒 30 幀，有源影像分辨率為 720 X 480 像素。安全監控系統的分辨率與幀速率可以遠遠低于該標準，因為其根本不需要捕獲所有細節。這樣就可大量獲得存儲與通道密度等優(yōu)勢。因此，許多模擬安全監控系統的運行幀速率僅為 7.5 FPS，影像分辨率則僅為 352 X 288 像素(CIF 標準)?！　?/p>

　　通過(guò)降低幀速率或分辨率，在一定帶寬下甚至可支持四個(gè)攝像頭影像，而不僅是一個(gè)。如果同時(shí)降低幀速率與分辨率，正常情況下，一個(gè)攝像頭影像所占帶寬就可支持 16 個(gè)攝像頭的影像。當然，節省帶寬也是有代價(jià)的，即影像質(zhì)量下降。在幀速率為 7.5 FPS 時(shí)，畫(huà)面可能會(huì )不流暢，在影像分辨率為 352 X 288 像素時(shí)，細節可能比較模糊，不過(guò)操作人員通常仍可分辨出場(chǎng)景內容。在傳統系統中，通常要通過(guò)降低幀速率或分辨率或同時(shí)調低這兩個(gè)參數，來(lái)實(shí)現降低成本的目的。

　　新型攝像頭技術(shù)改進(jìn)了壓縮方法，并采用更低成本存儲設備，這樣系統就可支持更高的幀速率與分辨率，通?？蛇_ 720 X 480 全像素分辨率與 30 FPS 幀速率。若有需要，新型系統也可通過(guò)編程采用較低的幀速率或分辨率降低成本。

圖2 DSP協(xié)助計算引擎和其他外設開(kāi)發(fā)復雜的視頻監控設備

　　安全監控系統的另一關(guān)鍵要求就是低延遲，延遲涉及兩方面內容，一是視頻顯示在顯示器上所需時(shí)間，二是攝像頭平移與縮放某一可疑事件的速度。實(shí)時(shí)視頻監控有時(shí)會(huì )因延遲較長(cháng)而受影響，導致操縱桿控制與攝像頭的移動(dòng)不同步。之前，模擬電視系統的發(fā)射延遲總是要比 IP 視頻系統好。要想降低數字視頻延遲，就應解決以太網(wǎng)多變的延遲與損失問(wèn)題，還要解決視頻編碼與解碼本身造成的延遲。通常情況下，確保良好網(wǎng)絡(luò )基礎局端，并采用高級編解碼器與視頻壓縮技術(shù)，即可解決上述問(wèn)題。

　　視頻存儲也是一個(gè)挑戰，因為大多數安全監控系統都必須支持存儲功能，要在幾天、幾周、幾個(gè)月乃至幾年后還可將視頻內容調出來(lái)檢索。系統應將高效壓縮算法與低成本大容量存儲設備結合起來(lái)，這樣才能滿(mǎn)足必需的數據存儲量，不過(guò)考慮到數據量確實(shí)非常大，存儲技術(shù)還應該能夠標記并快速跳轉到特定部分，比如直接跳到有人出現，或者某輛車(chē)駛離停車(chē)場(chǎng)等某幀。

　　這種要求就催生了視頻分析，計算機可進(jìn)行分析運算，識別目標事件并將其標記下來(lái)，以供人工解釋或其進(jìn)行其它操作。

根據不同應用采取不同壓縮方法

　　正如前部分提到的那樣，壓縮方案對實(shí)現強大視頻安全監控系統至關(guān)重要。多年來(lái)，不同的壓縮方案層出不窮，不過(guò)安全監控系統一直主要采用 MPEG 與 H.264 標準。這些算法會(huì )頻繁采用參考影像，后續影像只存儲相對于參考影像發(fā)生變化的信息，這就有助于將影像尺寸降到最低。

　　幀預測不一定總是最佳解決方案。在幀速率較低時(shí)，不同影像間的變化可能較大，這時(shí)，這種運動(dòng)估計節省的帶寬就非常有限。不過(guò)，更新的成本新技術(shù)進(jìn)步是采用必要而實(shí)用技術(shù)(如 MPEG-4 與 H.264 編解碼器)，以支持電視畫(huà)質(zhì)的幀速率。