視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展概況

視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展概況圖像視覺信息是人類從世界獲得信息的主要來源之一，而視頻圖像實(shí)際上就是一系列連續(xù)的靜態(tài)圖像，它是對客觀事物形象生動的描述，是一種直觀且具體的信息表達(dá)形式。近年來，隨著計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控發(fā)展成了安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，其直觀、準(zhǔn)確、及時和信息內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，沒有人的視覺疲勞等生理缺陷，可以在最惡劣的環(huán)境下代替人進(jìn)行監(jiān)視控制，廣泛應(yīng)用于軍事勘測、目標(biāo)追蹤、交通、治安、生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域，并發(fā)揮出越來越重要的作用。1視頻監(jiān)控的發(fā)展自上世紀(jì)七十年代以來，視頻監(jiān)控大致經(jīng)歷了模擬、半數(shù)字和IP數(shù)字等三個發(fā)展階段。模擬時代：以閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)為主，也就是第一代模擬電視監(jiān)控系統(tǒng)，傳輸媒介為同軸線纜，控制主機(jī)進(jìn)行模擬處理，采用磁帶進(jìn)行存儲，主要應(yīng)用于銀行、政府機(jī)關(guān)等場所。半數(shù)字時代：以基于PC機(jī)插卡式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)為主，傳輸媒介仍然是同軸線纜，由多媒體控制主機(jī)或硬盤錄像主機(jī)（DVR）進(jìn)行數(shù)字處理與存貯，多應(yīng)用于安全較高的場所。IP數(shù)字時代：以嵌入式技術(shù)為依托，以網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)為平臺，以高清視頻和智能圖像分析為特色的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)為主。自此，視頻監(jiān)控的發(fā)展也進(jìn)入了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化時代，其應(yīng)用不再局限于安全防護(hù)，逐漸也被用于遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教學(xué)等領(lǐng)域。當(dāng)然，在其發(fā)展過程中，也是不斷解決難點(diǎn)的過程。1.1模擬時代隨著監(jiān)控點(diǎn)的增多，視頻顯示設(shè)備和錄像設(shè)備需求大幅增多，導(dǎo)致視頻圖像的切換顯示和分配共享成為難題。為此，出現(xiàn)了視頻矩陣技術(shù)，視頻圖像可以從任意一個輸入通道切換到任意一個輸出通道，使管理更方便，監(jiān)控效率得到顯著提升，視頻監(jiān)控進(jìn)入了半數(shù)字時代。1.2半數(shù)字時代初期，視頻矩陣之間的聯(lián)網(wǎng)大多通過RS232/422來完成低速數(shù)據(jù)的通訊，由于RS232/422存在數(shù)據(jù)傳輸速率低、節(jié)點(diǎn)不能任意編號、不支持遠(yuǎn)程管理，使聯(lián)網(wǎng)規(guī)模受到限制。直到出現(xiàn)光端機(jī)，解決了視頻圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸問題，使人們對遠(yuǎn)距離、大范圍監(jiān)控以及視頻資源共享的迫切需求得到了基本滿足。后期，開發(fā)的IP聯(lián)網(wǎng)控制功能，即聯(lián)網(wǎng)控制數(shù)據(jù)則走IP通道，視頻圖像數(shù)據(jù)走光纖通道，彌補(bǔ)了RS232/422聯(lián)網(wǎng)的缺陷，增強(qiáng)了視頻聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)容能力。無論是RS232/422方式的矩陣聯(lián)網(wǎng)，還是IP方式的矩陣聯(lián)網(wǎng)，其核心都是基于“模擬矩陣+光端機(jī)”的視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。模擬矩陣歷經(jīng)10多年的發(fā)展完善，以其成熟的技術(shù)、穩(wěn)定的表現(xiàn)、簡易的操作占據(jù)市場主流近10年，但是模擬視頻技術(shù)的發(fā)展已接近極限，基于模擬視頻的技術(shù)瓶頸，隨著監(jiān)控范圍和系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，問題和局限也就越來越多的暴露出來。視頻信號在多級傳輸中，需要經(jīng)過多次的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換都會導(dǎo)致視頻信號一定程度的損耗，系統(tǒng)規(guī)模越大，傳輸層次越多，傳輸距離越長，視頻損耗就越嚴(yán)重，導(dǎo)致圖像質(zhì)量無法保證。視頻監(jiān)控系統(tǒng)中需要加入多種的大量的中間接入設(shè)備，如光端機(jī)、矩陣、視分器等等，且其中大部分設(shè)備不具備網(wǎng)絡(luò)管理功能，系統(tǒng)無法實(shí)時監(jiān)測到設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備故障也不能自動查找。所以，基于模擬矩陣的視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在面對大容量、大規(guī)模、多層次的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控需求時，就顯得力不從心，限于模擬視頻的技術(shù)瓶頸，無法解決根本問題，這使得人們不得不去開發(fā)新型的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)。1.3IP數(shù)字時代最初，數(shù)字化視頻開始于硬盤錄像機(jī)。視頻壓縮技術(shù)是硬盤錄像機(jī)最核心的技術(shù)。在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，目前主流的壓縮標(biāo)準(zhǔn)為H.264,該標(biāo)準(zhǔn)以其高效率的編碼效率和傳輸性能，在視頻監(jiān)控領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣的全數(shù)字化矩陣概念。網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣是以IP網(wǎng)絡(luò)為媒質(zhì)，基于TCP/IP協(xié)議，采用網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器、網(wǎng)絡(luò)視頻存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺所構(gòu)建的基于IP網(wǎng)絡(luò)的全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺。全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢在于充分發(fā)揮了數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特性，在很多方面解決了模擬矩陣技術(shù)無法解決的難題。視頻的無損交換、復(fù)制與存儲；遠(yuǎn)距離監(jiān)控與任意擴(kuò)展；支持任意網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控還簡化了管理層次，全網(wǎng)視頻統(tǒng)一管理與后臺的靈活應(yīng)用等顯著優(yōu)勢使得全數(shù)字的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺成為當(dāng)前安防監(jiān)控的主流。但這種基于IP網(wǎng)絡(luò)的全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)存在以下缺陷：基于IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬限制，必須將數(shù)字視頻進(jìn)行壓縮處理。即以犧牲圖像質(zhì)量（延時、誤碼、丟幀等）來完成視頻的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。IP網(wǎng)絡(luò)本身并不是為視頻、音頻這樣的實(shí)時大容量業(yè)務(wù)傳輸而設(shè)計的，網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣簡單的將視頻流打包成IP數(shù)據(jù)包通過普通的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)、路由器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這導(dǎo)致了在實(shí)際應(yīng)用中許多不盡人意的地方，包括圖像質(zhì)量、實(shí)時性、準(zhǔn)確性、控制失靈、延遲抖動等。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的復(fù)雜性加大了管理、使用和維護(hù)難度，IP網(wǎng)絡(luò)使得安防監(jiān)控系統(tǒng)最關(guān)注的安全性無法得到保證?，F(xiàn)在視頻監(jiān)控行業(yè)又出現(xiàn)了一種將“非壓縮視頻+光纖網(wǎng)絡(luò)”和“壓縮視頻+IP網(wǎng)絡(luò)”相結(jié)合的技術(shù)手段，這種新技術(shù)是將視頻進(jìn)行數(shù)字化編碼，但不做壓縮，數(shù)字化后的視頻信號通過光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。根據(jù)高速非壓縮數(shù)字視頻的傳輸與交換原理，實(shí)現(xiàn)非壓縮視頻的采集、傳輸與交換。同時將非壓縮視頻傳輸管理與壓縮視頻應(yīng)用（存儲、桌面瀏覽等）進(jìn)行無縫結(jié)合，從而解決圖像質(zhì)量與視頻資源的管理和應(yīng)用兩者間的矛盾。這種方式與IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控相同的是：全網(wǎng)圖像任意節(jié)點(diǎn)接入、任意節(jié)點(diǎn)輸出，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)圖像的無損傳輸、無損交換和資源共享以及后臺應(yīng)用；這種方式與IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控不同的是：圖像未經(jīng)壓縮保證了圖像的高質(zhì)量、實(shí)時性和準(zhǔn)確性，以及改善整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全性。2視頻監(jiān)控的技術(shù)視頻監(jiān)控的目標(biāo)始終是“看得更清、找得更準(zhǔn)”，需要高清視頻和智能視頻兩大支撐技術(shù)。2.1高清視頻技術(shù)根據(jù)美國電影電視工程師協(xié)會（SMPTE）、國際電聯(lián)（ITU）和我國國家廣電的相關(guān)定義，真正的高清視頻格式目前主要有720P、1080i和1080P等三種。1080P是最高等級的高清標(biāo)準(zhǔn)。720P：1280X720分辨率、16:9寬屏顯示、逐行掃描/60Hz1080i：1920X1080分辨率、16:9寬屏顯示、隔行掃描/60Hz1080P：1920X1080分辨率、16:9寬屏顯示、逐行掃描/60Hz近幾年，市面上出現(xiàn)多種“高清”化產(chǎn)品。但是，很多對“高清”的理解不一。比如：1） 將D1（720X576分辨率）宣傳成高清事實(shí)上，真正的高清目前只有720P、1080i和1080P三種或超過這三種分辨率的。2） 將DVR以多路D1畫面合成高清視頻輸出的功能宣傳成高清事實(shí)上，真正的高清是從前端開始的，每一路圖像都達(dá)到高清分辨率，只有這樣才能保證視頻采集、編碼、傳輸、瀏覽、錄像、回放等全面高清。3）某些高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)以靜態(tài)像素來宣傳而不是以動態(tài)分辨率來宣傳如500萬像素的攝像機(jī)，實(shí)際上，其動態(tài)分辨率只有100萬像素。對我們用戶而言，真正的高清視頻監(jiān)控，應(yīng)當(dāng)是涵蓋前端、平臺、存儲、瀏覽、顯示等各個環(huán)節(jié)的完整高清整體解決方案，而不僅僅是提供部分環(huán)節(jié)的高清方案。2.2智能視頻技術(shù)智能視頻（IV）技術(shù)是源自于計算機(jī)視覺（CV）與人工智能（AI）的研究，其目標(biāo)是將圖像與事件描述之間建立一種映射關(guān)系，通過“智能視頻分析”使計算機(jī)從紛繁的視頻圖像中分辯、識別出關(guān)鍵目標(biāo)物體。該技術(shù)應(yīng)用于安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)，具體是借助計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力過濾掉圖像中無用的或干擾信息、自動分析、抽取視頻源中的關(guān)鍵有用信息，從而使傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機(jī)不但成為人的眼睛，而且成為人的大腦，并具有更為“聰明”的學(xué)習(xí)思考方式。這是當(dāng)前最前沿的應(yīng)用之一，體現(xiàn)著未來視頻監(jiān)控系統(tǒng)全面走向數(shù)字化、智能化、多元化的必然發(fā)展趨勢。這一根本性的改變，可極大地發(fā)揮與拓展視頻監(jiān)控系統(tǒng)的作用與能力，使監(jiān)控系統(tǒng)具有更高的智能化，大幅度降低資源與人員配置，同時，必將全面提升安全防范工作的效率。2.3智能視頻技術(shù)與高清視頻技術(shù)的關(guān)系智能視頻技術(shù)與高清視頻技術(shù)相輔相成：高