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关于视频监控融合发展所面临问题的思考


监控”其实是一个组合词,包含“监视”和“控制”的意思,在老版本《辞海》中竟然没有单独词条,而归在“监控技术”内。《百度百科》有单独词条,但却是这么解释,“监控系统是安防系统中应用最多的系统之一,视频监控现在是主流。...

“监控”其实是一个组合词,包含“监视”和“控制”的意思,在老版本《辞海》中竟然没有单独词条,而归在“监控技术”内。《百度百科》有单独词条,但却是这么解释,“监控系统是安防系统中应用最多的系统之一,视频监控现在是主流。从最早的模拟监控到前些年火热的数字监控再到现在方兴未艾的网络视频监控。从技术角度出发,视频监控系统发展划分为第一代模拟视频监控系统(CCTV),第二代基于‘PC+多媒体卡’数字视频监控系统(DVR),第三代完全基于IP网络视频监控系统(IPVS)。”对这样的诠释当然是仁者见仁、智者见智,专业人士难免会略有微词,而且其中只谈及三代视频监控系统。

视频监控融合

对于第四代视频监控系统又将如何诠释?这就不再只是一个简单的定义和描述,而是涉及广阔的行业领域,并且需要探讨数字视频监控跨界融合应用。当数字视频监控已经渗透并影响到人们工作、学习、生活中的方方面面,以物联网为依托,以云计算为支撑的云视频监控正在成为公共安全应用的全新模式。大数据挖掘技术和系统将使得数字视频监控智能化处理提升到一个更高的水准。然而,无论数字视频监控如何融合发展,就其实质而言,在安防中视频监控的发展仍然是延续如何更真实地“监视”和更有效地“控制”。无论视频监控如何发展,都需要面临三个基本问题,这就是“如何获取更加清晰影像?”、“如何扩大资料存储容量?”和“如何增强智能控制能力?”下面围绕视频监控发展过程中这几个问题进行分析。

 

技术演进过程所带来的权衡

在谈论模拟视频监控系统前,不能忽略视频监控设备的渊源其实可以上溯到人类发明了镜子的时代。当人类不能再用肉眼的目力来监视时,必定要借助工具,镜子就是最初的光学监控设备。通过改变光路的途径和聚焦范围,又衍生出潜望镜、望远镜等监视装置。光学的传输容量没有问题,但容易被阻隔成了大问题。现场观看并做出反应不是问题,但是记录并保存就是问题。随着照相和电影技术的出现,影像监视可以被保留,但由于显像技术无法实时处理而只能起到追溯作用,所以影像的清晰度还是有所保证的。

光电技术使得监控系统以“闭路电视”的名称而问世,顾名思义就是一个封闭的系统,加之所赋予的安全防护应用,似乎不可避免地打下了深深的专用系统的烙印。最初的黑白电视使真实的世界展现大打折扣,直到彩色电视才还原了些许世界的本来面目。但是,基于电子扫描原理的影像对分辨率的解读就是扫描线的数目。模拟电视信号可以远程传输,但会随着距离变长而信号衰减增大,而且容易受干扰,这就成为传输的大问题。

这种基于模拟电视技术的系统直到出现录像技术,才可以用磁带方式保存,并及时查看,但还难以做到实时性控制。本世纪初随着数字化视频的引入,数字硬盘录相机改变了传统电视录像监控体系,并为扩展网络应用提供了可能。与此同时,网络摄像机的出现在很大程度上打破了模拟摄像机监控的局限,催生了全新的基于数字化和网络化的数字视频监控体系。正是在此基础上,数字视频监控才走上了公共安全的大舞台,在行业应用中发挥着越来越重要的作用,其最吸引人之处就在于采用硬盘存储而实现视频的即时回放查找功能,但是传输和存储的矛盾也就出现了。最初的数字视频若采用MPEG1压缩标准,传输和存储都无需很大容量,但过低的分辨率产生模糊不清的观感;而采用MPEG2压缩标准,具有可以模拟影响媲美的高分辨率,但需要很大传输和存储容量。直到MPEG4和H.264技术的出现,才在视频画质与传输和存储找到了平衡点,正是因为数字视频处理技术在解决传输、存储和控制问题上有所突破,所以数字视频监控获才得了巨大的发展。

 

视频监控的“最后两百米”

视频监控是从部署摄像机开始,进而出现硬盘录像机,再扩大到整个网络化监控系统。而在此基础之上,又在不断地增加监控的终端节点,使摄像机的分布更加密集,这就要考虑到视频监控“最后二百米”的问题,这与一般网络接入中的“最后一公里”问题类似,但又不尽相同。从有视频监控开始,传输带宽的问题就长期存在。从模拟时代就开始沿用的同轴线缆,到与网络傍生的以太网络和光纤网络,都仍是视频监控设备的传输主体。视频监控应用的骨干往往采用高容带宽的光纤网络,而分支则需要借助于双绞线和同轴线缆。在网络系统中所谈的“最后一公里”是针对由骨干线路到入户的网段接入方式,而对于视频监控中则与监控摄像机密切相关,就变成了“最后两百米”的问题。

数字视频监控系统的IP网络化似乎成为了一个趋势,当摄像机都全面采用网络摄像机后,那么最终还是由网络“最后一公里”来解决一切问题。这要从视频监控的需求的特殊性来分析,问题并没有这么简单。首先,从视频监控发展趋势来看,对高清图像质量提出更高的要求,以求获得最佳的画质;其次,对视频影像延时提出更短的要求,以求易于实现操控。于是传统的数字压缩技术属于有损压缩,并且具有固有的编码延时总是存在,因此即便是将高清网络摄像机作为视频监控的唯一前端设备,也未必是最有效的手段。当采用高清无损传输技术的高清摄像机实现自由部署,借助同轴高清技术可在 “两百米”距离范围内提供支持。

在解决同轴高清的技术中,模拟和数字曾经共存,其中SDI凭借在广电应用的成功而有跨界拓展的余地,但对于价格敏感的安防领域却是有所限制。因此,市场需要新一代的数字同轴高清芯片的出现,并且可以无损地传输高清视频达到两百米,从而超越现有产品,有效地解决视频监控“最后两百米”的问题。采用具有更高性价比的数字同轴高清传输芯片,可以将传统的模拟摄像机改造为数字高清相机,而无需在前端压缩,可以沿用原有线缆进行高清视频影像的超低延时的无损传输。

 

高清实时影像保存和智能处理

最有效的视频监控系统,是能如实地保留实际现场的影像资料。在“最后二百米”采用数字同轴高清技术所获得的高清视频传输到视频服务器,将可以进行存储和智能化处理。与网络摄像机所传输的压缩视频流不同,高清视频影像可以无损而超低延时地进行即时视频分析,并根据结果与前端摄像机进行互动而实现操控,同时也可以根据判断,对于所需存储影像资料选择适合的分辨率。这是一种智能化的存储方式,首先保证原始信息如实地得到监视,然后保证有用信息不会轻易丢失。对于重要的影像资料,特别是敏感时段内的影像资料,可以继续上传到后端服务器再处理,甚至视频云的海量存储器中。

智能视频分析在数字视频监控应用起到重要的作用,这也就体现在由监视到控制的有机统一。但视频分析是有条件的,必须要保证摄像机所采集的影像满足一定的分辨率才可以有效地处理,另外就是要具有足够高性能的处理器才可以处理。智能视频分析最初只能在后端借助于强大的服务器进行处理,很难达到实时效果。之后开始有采用高速嵌入式处理器,在前端服务器端进行视频分析处理,实时地对可能出现的异常情况进行处理,并及时发出警报。智能摄像机可以完成一些简单的视频分析处理,但功能非常有限。

要使数字视频监控系统具有充分的高效的智能分析能力,系统分层的理念需要更加清晰。首先,必须保证由前端采集到无损且有超低延时的高清影像顺利传输到前端的服务器,前端设备可以是高清摄像机,也可以是高清快球。其次,通过运行智能视频算法软件进行实时的视频分析处理。然后,针对视频分析结果进行及时响应。需要提出的是,常规数字视频压缩后的影像并不适合有效的智能分析,原因在于,其一,无论是H.264还是H.265,所要追求的就是减少带宽,因此必然损失许多原始影像信息;其二,压缩和网络传输的延时太长,严重妨碍智能分析的实时性。

随着数字视频监控的跨级融合应用,监控已经不只是满足了监视,而且要发挥更强的控制的作用。现在工作现场和公共场所的场景,以及各个过程和流程都需要确保具有可靠的视频记录,并且在特殊事件出现的第一时间内要有应急处理。这都要依赖高速的视频传输、海量的数据存储和高效的智能处理,监控末梢的“最后两百米”传输也将有效支持高清视频所需要的海量存储资源,并支持不断提高的视频分析技术。数字视频监控融合发展已经到了一个细化的阶段,任何技术手段的演进都是为各种新业务服务的,而技术体制也将呈现出多样化,因此需要更多地关注与业务相结合的应用,才能使技术发挥更大的效果。

 (本文作者现任瑞发科半导体技术有限公司市场总监)



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