安全設備/系統

數字技術使智能視頻監控超越傳統模擬系統

毫不夸張地說，模擬視頻監控技術已經走進死胡同。一大堆人需要整天坐在那里盯住一大堆屏幕，因此有可能產生一大堆假警報，而安全性也更是無從談起。視頻監控市場正在迎來一種具有顛覆性的技術，它依賴的概念是通過在網絡中嵌入機器智能來提高性能并降低成本。新的模式變革正姍姍而來，智能化將走出控制中心，進入安全系統的外圍，甚至最終走進攝像頭。

實現上述藍圖的技術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、網絡路由器、視頻服務器和監視器。不過，模擬和智能視頻監控之間的相似點也僅此而已。下圖顯示了一種典型的智能視頻監控系統。

通過在網絡的戰略要點上增加智能技術，并且利用這種智能技術，根據網絡中傳輸的數據進行決策就能顯著提高視頻監控系統的性能。以下列舉了幾個主要性能要求。

視頻采集：攝像頭嵌入智能后，就能識別出對象類別，然后通過搖移與變焦操作(Pan and zoom)提供更詳盡的信息；

數據處理：數字化數據的發展趨勢非常明朗。下一步重要的發展方向是將數百萬字節的原始視頻處理為僅包含重要信息的數據；

分配：智能安全網絡所需的帶寬較小，因為其傳輸的只是幾千字節的數據，而不是數百萬字節的視頻。這種網絡還能在無需人工干預的情況下將信息路由到正確的網絡節點；

決策：智能系統能夠根據安全人員通過簡單的點擊界面創建的、基于規則的算法處理相關數據；

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

存檔：智能安全技術還可將數據進行存檔并進行索引編制，以供日后刑偵使用。

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勢，首先它們具有數字化性質，使算法的執行變得簡單直接，其次IP攝像頭還可以利用現有的IP網絡，從而無需安全技術專用的基礎局端。

不過，這僅僅是個開始。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建監控區域某個對象的獨特統計文件(statistical profile)。這些算法能夠生成稱為元數據的信息。推理引擎然后可以采用專用的人工智能算法分析相關元數據，以便識別在監控區域移動的對象(或靜止對象)。

一般情況下，目標對象類別包括人、非人類(動物)和車輛。另外還可以識別走、跑、閑逛和攀爬等動作。通過選用其它算法可以定義描述對象類型和動作的其它類別。

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、縮放和聚焦等操作，或者，如果在特定方向移動的某個人越過了監控區域的虛擬“絆網”，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、在無需人工干預情況下進行操作。它可以“聰明地”選擇最適合相關情況、用于視頻采集與傳輸的壓縮技術。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現場，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還具有重要的刑偵優勢，它可以通過分析保存的數據搜索特定的事件或時間標記。

安全分析專家經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現場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，用戶可以創建一條或多條新的規則，如識別某個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現場的嫌犯相似——整個過程無需用戶頭暈眼花地觀看視頻文件。

嵌入監控系統的智能技術還可以通過其它方式對安全性進行優化。傳統視頻監控系統的假警報率高達40%，會浪費安全人員無數小時的時間。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規則。例如，在停車場監控過程中，可以將閑逛設置為告警原因，而路過停車場的人不會觸發告警。

網絡視頻服務器與路由器

在IP攝像頭中嵌入智能技術，并通過安全網絡發送壓縮數據或元數據可以實現高效的系統。這種方式尤其可以實現低成本的新安裝。不過，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模擬攝像頭網絡的情況下。

通過實現所謂的“后端”攝像頭，網絡視頻服務器可以解決這個難題。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，可以在網絡視頻服務器中安裝系統運行的DSP和軟件套件。

網絡視頻服務器必須具有足夠的速度和效率，以便處理多個攝像頭的輸入信號，同時通過網絡實現數字媒體內容的數字化、壓縮以及網絡傳輸等。遠程用戶配置與控制是不容忽視的重要功能。在不具備DVR的情況下，服務器也能夠保存視頻。

網絡服務器的首要任務是將多個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，實施相關規則并且執行上文所描述的操作。

網絡路由器執行用于補充視頻服務器的功能。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攝像頭相關描述直接向安全人員發出警報。 不過，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。

在路由器決定發送JPEG文件時，一般情況下必須針對接收設備調整相關數據速率，同時執行相關信息的代碼轉換。為此，它需要訪問查詢表，以確定接收設備是否支持H.264或MPEG4(或者同時支持二者)。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。壓縮技術允許在更小的空間內儲存更多數據，而且其優勢并不僅限于此。

此外，DVR還具有完美的“靜止圖像暫停”功能，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隨時間的推移而降低質量，而且允許隨機訪問；最重要的是，機器智能可以訪問并轉換相關信息。DSP可用于按照各種標準和非標準視頻格式壓縮圖像。作為全球領先的DSP設計與供應商，德州儀器(TI)及其合作伙伴已經在完善智能圖像分析功能以及各種網絡協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)、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、視頻數據向專用元數據的轉換以及用于在網絡中傳輸數據的協議執行。

開發低成本系統的最佳方式是在可編程的DSP芯片中實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硬件平臺的信號處理算法。

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

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

數字技術超越人工監控

過去10年來的各種恐怖襲擊已使政府和企業將安全性作為頭等大事。隨著視頻監控范圍的不斷擴大，工程師與管理人員已開始對目前的模擬實施產生疑慮。另外，出于性能與預算原因，利用線纜網絡、通過有人值守的指揮控制中心傳輸視頻的做法也正招致越來越多的批評。

利用軟件智能對從視頻獲取的數據進行分析在監控系統的各個層面都具有優勢。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生安全問題幾個星期，乃至幾個月后仍能進行后續的刑偵分析。由于智能視頻監控的應用豐富多樣并具有非常明顯的性價比優勢，所以說它是一種顛覆性技術并不為過。

作者：Yvonne Cager；視頻監控產品經理；德州儀器