網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)智能應(yīng)用

曾華桂

（廣州肯東網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

這些年來，隨著整個社會經(jīng)濟(jì)的快速增長、人類經(jīng)濟(jì)社會的迅速進(jìn)步以及中華民族整體綜合政治力量的日益增強(qiáng)，在銀行、供電、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域?qū)Ρ０卜婪逗同F(xiàn)場記錄報警管理系統(tǒng)的要求也逐漸增加，對安檢設(shè)備和軍用設(shè)備越來越多，需求也愈來愈高。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到了經(jīng)濟(jì)社會生產(chǎn)與生活中的各方面。盡管監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在銀行、市場、火車站和交通道口等公共場合中被廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)實的監(jiān)視目標(biāo)任務(wù)仍必須進(jìn)行很多的人工處理，而現(xiàn)在的錄像監(jiān)控管理系統(tǒng)往往只記錄視訊圖象，給出的消息不是解讀的視訊圖象，只可以用于事后取證圖像工作，卻忽視了監(jiān)測的即時性和主動。然而即時解析、追蹤、鑒別監(jiān)測對象，適時報道特殊事項，對于協(xié)助安全部門以及有關(guān)部門正確行動、及時決策等方面的應(yīng)用，視頻監(jiān)控的“智能化”的作用就更被人們所重視和采用了[1]。圖1 為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控廣泛應(yīng)用領(lǐng)域

1 智能視頻監(jiān)控技術(shù)概述

智能視頻自動跟蹤監(jiān)控科技（IVS） 的起源，由美國BELLSENT 公司，來自于公司所發(fā)明的VTD 專利科技技術(shù)，它主要作用是運(yùn)用新型人工智能中的模式判斷的原理。在事件處理過程中，智能視頻監(jiān)測技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中其通過接受圖像信號，進(jìn)而通過比較和比對，并對其中的狀況進(jìn)行分析，就能夠發(fā)現(xiàn)場景的差異所在。重要性不言而喻，通過分類和鑒別收集到的視頻圖片應(yīng)該屬于什么類別，存在哪些情況，從而可以更有效地進(jìn)行回應(yīng)，促發(fā)安全警報[2]。

1.1 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

現(xiàn)階段智能視頻監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要存在著以下兩種形式：①分布式智能視頻監(jiān)視系統(tǒng)——其內(nèi)攝像機(jī)控制系統(tǒng)在人為的設(shè)置下，能夠選擇性專門監(jiān)視某一特殊的情景以及觀看全景。②主動智能監(jiān)視系統(tǒng)——其主要特征為利用中心站把無線視頻通信網(wǎng)絡(luò)將攝像頭實現(xiàn)了相連，并以此完成對圖片和錄像內(nèi)容的統(tǒng)一管理。圖2 為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。

圖2 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.2 智能視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展歷程

近數(shù)十年來，視頻監(jiān)控技術(shù)也得到了很大進(jìn)展。由原來的主要由攝像機(jī)和監(jiān)視器所構(gòu)成的閉路監(jiān)視體系，到了后來基于網(wǎng)絡(luò)帶寬和計算機(jī)技術(shù)處理能力的完全數(shù)字視頻監(jiān)控體系（或數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)），主要可以分為三個階段：①視頻數(shù)字化。②數(shù)字視頻監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)化。③監(jiān)控智能。從剛開始的閉路系統(tǒng)發(fā)展到了今天的智能控制系統(tǒng)，而視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程之快顯而易見，更說明了其發(fā)展趨勢必然是良性的[3]。

2 智能視頻的優(yōu)勢

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)是在普通互聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。除網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測的已知優(yōu)點之外，智能視頻監(jiān)測系統(tǒng)還能夠給使用者提供更大的便利。

（1）24 小時可靠監(jiān)測。徹底改變了以往由安保人員監(jiān)控分析監(jiān)視圖像的傳統(tǒng)模式，采用了智能視頻模塊持續(xù)解析監(jiān)視圖像，并嵌入前端裝置（網(wǎng)絡(luò)攝像頭或視頻服務(wù)器）。

（2）顯著提高了報警精度。前端設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)攝像頭和視頻服務(wù)器）均集成了超強(qiáng)的影像處理功能，并運(yùn)行著世界領(lǐng)先的智能算法，這樣一來，用戶就可以比較準(zhǔn)確地定義安全威脅的特征，進(jìn)而有效地減少了誤報與漏報，從而減少了對無用數(shù)據(jù)的使用量。

（3）顯著提高的反映速率。盡快確定可疑活動（包括，如果人們在公共場合留下可疑物體或在敏感地區(qū)逗留持續(xù)時間過長），并提醒保安經(jīng)理留心有關(guān)的監(jiān)控圖像，在重大安全或威脅事故發(fā)生之前，一定要及時做好準(zhǔn)備。它還可以使用戶更為準(zhǔn)確地定義當(dāng)一個安全威脅發(fā)生時必須做出的行動，監(jiān)控系統(tǒng)本身可以使風(fēng)險控制流程能夠充分按照自己的計劃實施，有效避免人為因素導(dǎo)致的混亂延誤。

（4）增加視頻資源的應(yīng)用。將視頻資源應(yīng)用到人員所不能檢測的位置，例如給商場大堂的監(jiān)控系統(tǒng)加裝VIP 自動識別系統(tǒng)，當(dāng)客人到達(dá)時做好接待；如果有人在人群中意外摔倒，可以向工作人員尋求幫助。此外，智能視頻系統(tǒng)還可以幫助店主統(tǒng)計貨物的銷量以及庫存情況等，從而對店鋪存在的問題進(jìn)行分析。

3 智能視頻監(jiān)控還存在的不足

在實際環(huán)境中，光照變化會增加目標(biāo)運(yùn)動造成遮擋，復(fù)雜性，其次，目標(biāo)與背景的參數(shù)顏色等趨于接近，背景畫質(zhì)模糊等問題仍然難以解決，目標(biāo)捕獲和跟蹤算法的設(shè)計也還存在缺陷。難點問題主要表現(xiàn)在以下4 個方面。

（1）背景復(fù)雜度：光照變化會影響目標(biāo)顏色空間和背景顏色，可能導(dǎo)致錯誤的檢測和跟蹤。因此，雖然我們可以使用不同的色彩空間來減少光照變化給算法帶來的差異，但是卻無法徹底減少；場景中前景目標(biāo)和背景顏色的相互變化，行李的落取，以及汽車的開啟與停車；如果背景色彩和目標(biāo)語言相同，則將會影響目標(biāo)辨識與追蹤的有效性。而目標(biāo)陰影語言和背景色彩的不同往往被看作是前景，這就使得運(yùn)動目標(biāo)的分割和特征提取變得相對困難。

（2）目標(biāo)特征選擇：序列圖像包含大量可用于目標(biāo)跟蹤的特征信息，如邊緣和紋理、、顏色、目標(biāo)運(yùn)動。然而，目標(biāo)的特征信息大多時候來講，都會發(fā)生變化，因此很難選擇合適的目標(biāo)特點來確保追查的可信度。

（3）遮蔽問題：遮擋是在運(yùn)動目標(biāo)跟蹤中需要解決的一個問題。因為，如果運(yùn)動目標(biāo)被部分或者完全地遮蔽，又或者如果將多個目標(biāo)進(jìn)行了遮蔽，那么運(yùn)動目標(biāo)部分或完全不可見，這樣造成了運(yùn)動目標(biāo)信息損失，并影響了跟蹤的穩(wěn)定性。要降低因為嚴(yán)重遮蔽問題所產(chǎn)生的歧義，就需要正確處理特征和目標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系了。在目前大多數(shù)系統(tǒng)，人們通常使用無法很好地解決嚴(yán)重遮蔽問題的統(tǒng)計程序，來估計目標(biāo)的位置和長度。

（4）考慮到高度實時性和魯棒性：序列圖像中產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)消息。為了滿足目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的高度實時性需求，我們需要考慮一種較少計算數(shù)量的算法。魯棒性問題也是目標(biāo)跟蹤的另一個主要成就。為了改善算法所實現(xiàn)的魯棒性，計算完成者必須對隨著復(fù)雜性改變的背景、光照變化以及遮擋條件有重要的適應(yīng)功能，這往往是因犧牲了重復(fù)性操作而付出代價的。

4 智能視頻監(jiān)控的應(yīng)用

4.1 火災(zāi)預(yù)警方面的應(yīng)用

目前，大多數(shù)化工企業(yè)和印刷店仍然采用那種老舊的視頻監(jiān)控攝像機(jī)，其缺乏信息處理能力，不能人性化和智能化的進(jìn)行處理。廣東一家工廠的涂裝車間將原先普通的監(jiān)控系統(tǒng)升級為了智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。它通過紅外傳感器作為反饋信號監(jiān)控整個車間?？梢灾苯颖磉_(dá)現(xiàn)場情況，如果發(fā)生火災(zāi)，監(jiān)控圖像上會產(chǎn)生一些高于正常溫度的曲線，縮短事故的認(rèn)知時間，并迅速向監(jiān)控中心發(fā)出警報，從而極大地控制了火災(zāi)事故造成的災(zāi)難?；馂?zāi)報警裝置可以更快地反映現(xiàn)場情況，通過智能監(jiān)控系統(tǒng)，從而產(chǎn)生警示信息。和一般攝像機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)比較，有著更高的技術(shù)優(yōu)勢和實用價值[4]。

4.2 在軌道交通視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

在廣州市地鐵2 號線一期工程建設(shè)中，視頻圖像監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由專門視頻圖像監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和公共安全視頻圖像監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成。經(jīng)過聯(lián)網(wǎng)，公安部門可以檢索特殊電視監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭收集的圖象，包含實時圖像和保存的圖片。專用監(jiān)測管理系統(tǒng)通過在站點配備公共安全監(jiān)測端口，完成公共安全電視監(jiān)測管理系統(tǒng)的共享使用，如圖3 所示。

圖3 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

4.2.1 使用光纖收發(fā)器

前端攝像機(jī)配置以太網(wǎng)接口，通過無屏蔽雙絞線與附近的光纖收發(fā)模塊連接。光纖模塊、光纜終端盒和電源適配器應(yīng)安裝在與現(xiàn)場攝像機(jī)相同的控制箱內(nèi)。機(jī)房側(cè)的光纖模塊采用機(jī)架式安裝，機(jī)房側(cè)的以太網(wǎng)交換機(jī)采用雙絞線連接。光纖模塊和攝像機(jī)按1:1 的比例配置，支撐光纖通過點對點的方式連接到機(jī)房側(cè)設(shè)備。該方案的優(yōu)點包括光纖傳輸?shù)拈L距離選擇。如果傳輸鏈路和電力線出現(xiàn)故障，該命令將影響單個高結(jié)構(gòu)清晰度攝像機(jī)。缺點是天花板上安裝了很多設(shè)施，使用的電纜很多，維護(hù)困難。如果后續(xù)增加監(jiān)測點，則需要從機(jī)房到前端攝像頭敷設(shè)線纜，實現(xiàn)難度較大。

4.2.2 網(wǎng)絡(luò)采用無源光

前端攝像機(jī)配置以太網(wǎng)接口，通過無屏蔽雙絞線與附近的ONU（optical network unit）連接?，F(xiàn)場ONU、電源適配器和光纜終端盒與部分?jǐn)z像機(jī)安裝在同一個升降控制箱內(nèi)。有些壁掛式控制箱是根據(jù)工位的功能設(shè)置的。箱內(nèi)裝有上二級分束器、光纖分配單元和電源適配器，與機(jī)房內(nèi)的主分束器連接。主分束器通過光跳線連接到光線路終端（OLT）。ONU 和攝像頭按1 個數(shù)配置：n，3≤n≤7。ONU 與OLT、ONU 與攝像機(jī)線纜點對點連接。該方案比以太網(wǎng)光模塊方案使用的電纜少，但也存在單點故障的風(fēng)險。如果ONU 和OLT 故障，對應(yīng)的攝像頭會丟失數(shù)據(jù)信息。

4.2.3 使用以太網(wǎng)的交換機(jī)方案

方案包括以下兩種：①前端攝像機(jī)配置以太網(wǎng)接口，通過無屏蔽雙絞線與最近的交換機(jī)連接。掛控箱內(nèi)安裝交換機(jī)、電源集中轉(zhuǎn)換器、光纜彩色接線盒等設(shè)施，通過點對點或環(huán)網(wǎng)與機(jī)房交換機(jī)連接。交換機(jī)與攝像機(jī)按1:n≤23 的比例配置，對應(yīng)的光纖以點對點的方式連接。采用本方案時，應(yīng)在結(jié)構(gòu)墻及站房出入口預(yù)留適當(dāng)?shù)牟畚?，以方便控制箱的安裝。該方案可以簡化安裝調(diào)試，方便后續(xù)添加攝像機(jī)終端，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但如果切換失敗，會導(dǎo)致相關(guān)攝像頭數(shù)據(jù)信息丟失。②前端攝像機(jī)配有以太網(wǎng)SFP 光接口。4 芯光纜已連接到附近懸掛的控制盒上。箱內(nèi)裝有光纜布線單元和集中電源轉(zhuǎn)換器。每個控制箱采用點對點的方式從機(jī)房一側(cè)的設(shè)備引入光纜。光纜布線與攝像機(jī)的單位容量按1:2 的比例設(shè)置，并提前預(yù)留20%的資源。本方案需提前預(yù)留控制盒安裝槽位。由于本方案不需要在控制盒中安裝開關(guān)，因此cocoa 設(shè)計采用了較小的控制盒，適應(yīng)性較高。本方案中，所有攝像頭均通過點對點方式直接連接到機(jī)房側(cè)的開關(guān)上，減少了外部光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的使用，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了線纜數(shù)量。本方案只將四芯光纜的終端盒安裝在車站的天花板上，減少了后續(xù)的維護(hù)工作。交換機(jī)的主控單元、開關(guān)和電源單元的冗余配置，在很大程度上提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少了單點故障的發(fā)生。

4.2.4 使用以太網(wǎng)的光收發(fā)器

前端攝像機(jī)配置以太網(wǎng)接口，通過無屏蔽雙絞線連接到附近的以太網(wǎng)光模塊。項目二期五個站點的公安側(cè)和私網(wǎng)側(cè)采用核心交換機(jī)實現(xiàn)公安與私網(wǎng)前端監(jiān)控、解碼器、視頻服務(wù)器等互聯(lián)。站芯采用2 個萬兆光纖接口接入傳輸網(wǎng)，完成與公交站、控制中心、分局、公安站的合作，公安站交換機(jī)與操作站交換機(jī)之間采用防火墻設(shè)備，兩個千兆電端口匯聚組網(wǎng)，實現(xiàn)公安與運(yùn)營之間的數(shù)據(jù)交換。

4.3 銀行業(yè)安防中的應(yīng)用

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)在商業(yè)銀行安全中多被用于ATM 和銀行大廳的保安管理系統(tǒng)上。而ATM 機(jī)作為商業(yè)銀行不可或缺的設(shè)備，一般安裝有視頻監(jiān)控系統(tǒng)。而配有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)代取款設(shè)備，可以偵測并辨認(rèn)人臉。一旦人的身份或動作變化明顯，信息系統(tǒng)就會發(fā)出警告并進(jìn)行安全處理。同時智能視頻圖像監(jiān)測管理系統(tǒng)還可以監(jiān)測人流。而在此基礎(chǔ)上，人們還能夠通過比較錄像中的人，從而做出更有效的處置[5]。圖4 為銀行安全監(jiān)控系統(tǒng)。

圖4 銀行安全監(jiān)控系統(tǒng)

5 智能視頻監(jiān)控的發(fā)展趨勢

就目前來看，中國智能視頻應(yīng)用市場正由概念驗證階段逐步過渡為規(guī)?；褂秒A段，智能視頻開始漸漸過渡形成一個行業(yè)體系。從實際使用角度考慮，目前的智能視頻監(jiān)控技術(shù)依然是高質(zhì)量的應(yīng)用，主要用于特定場景。但是，隨著市場發(fā)展和技術(shù)手段的越來越完善，智能視頻監(jiān)控也將應(yīng)用到日常生活的各個領(lǐng)域，甚至是千家萬戶。

6 結(jié)語

總體而言，近年來視頻監(jiān)控技術(shù)在國內(nèi)進(jìn)展得很快，而智能化也是目前視頻監(jiān)控科技發(fā)展的主要趨勢。但在現(xiàn)階段，智能視頻監(jiān)測系統(tǒng)還是面臨著若干問題，比如它所展現(xiàn)的圖像品質(zhì)，以及怎樣對視頻中的異?，F(xiàn)象進(jìn)行更智能地評估與分類等問題。

但是，隨著計算機(jī)操作水平的不斷提高，智能視頻分析技術(shù)也將會得到不斷發(fā)展。因此智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)將越來越完善，其應(yīng)用平臺將不斷擴(kuò)大。在不久的將來，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)將在我們的生活舞臺不斷閃耀。