幾種技術(shù)在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

1、幾種技術(shù)在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用一 、 引言隨著通信、計算機(jī)、多媒體技術(shù)的發(fā)展，以 及安防、金融、教育等行業(yè)日益 增漲的客 戶需求 ，大型的遠(yuǎn) 程視頻 監(jiān)控系統(tǒng)正在 全國各地 迅速地 建設(shè)起 來。視頻 監(jiān)控在經(jīng) 歷了模 擬監(jiān)控、數(shù) 模結(jié)合監(jiān)控、全數(shù) 字化監(jiān) 控的發(fā) 展后，正朝 著網(wǎng)絡(luò) 化、 平臺化、大型化、綜合化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)已無法滿足新的業(yè)務(wù)需求與新的業(yè)務(wù)模式。視 頻監(jiān)控的 發(fā)展，越 來越需要各種技術(shù)的綜合，并 且不斷創(chuàng)新。未 來的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將是各 種先進(jìn)技術(shù)的集大成者。下面簡要闡述目前視頻監(jiān)控需要用到的各種主流技術(shù)。二、 流媒體 技術(shù)實(shí)時視頻監(jiān)視與錄像回放是視頻監(jiān)控的兩大重要基

2、本業(yè)務(wù)，其 本質(zhì)是將視頻 源上的多媒體數(shù)據(jù)傳送到視頻接收端。實(shí)時視頻監(jiān)視要求完成視頻的實(shí)時傳輸， 具有很強(qiáng) 的實(shí)時 性；錄像回放則 類似于 VOD 業(yè)務(wù) ，具有一定的 實(shí)時性( 但并非 很強(qiáng))，要求畫面清晰流暢，并且能完成各種播放控制操作。我們可以將前端 的攝像 機(jī)看成是實(shí)時的 A/V 源，而將 錄像文件 看成是 存儲的 A/V 文件 ，那么 目前解決 此類問 題的一 個很好 的辦法便是運(yùn)用 流媒體 技術(shù)。我們知道，流 式 傳輸及 流媒體( StreamingMedia )是 為了 解決信息 傳輸實(shí) 時性問題而開發(fā)的。流式傳輸主要指通過網(wǎng)絡(luò)傳輸媒體( 如音頻、視頻等)的技 術(shù)總稱，其 特定含

3、義為通過 網(wǎng)絡(luò)將 音視頻等信息 傳輸?shù)接?戶終端播放時 ，無 須等 全部文件 下載完 畢才可播 放，而是 將連續(xù)的音視 頻信息壓 縮后放 于服務(wù) 器，用戶 終端播放 時只要 將開始部 分的內(nèi) 容存入 其內(nèi)存 ，其 余數(shù)據(jù)流由用 戶終端在 后臺繼 續(xù)接收并播放，直 至播放完畢或用戶中止操作。這樣，用 戶播放媒體的等待時間 將顯著減少，且無須太大緩存。流媒體指使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時基媒體。流式傳輸主要是為了區(qū)別于下載傳輸而提出的。傳 統(tǒng)的下載轉(zhuǎn)輸方式有兩個 基 本 條 件 ，一 是 基 于 文 件 操 作 ，二 是 文 件 要 全 部 下 載 后 才 能 使 用( 播 放 )。對 于 實(shí)時視頻監(jiān)

4、視而言，不存在文件的概念，因 此無法用“下載”的方式實(shí)現(xiàn)。對于錄 像業(yè)務(wù)，錄 像數(shù)據(jù)可以以 文件形式 存在，但 是，如 果錄像 數(shù)據(jù)如果 必須等 完全下 載后才能播放的話，會帶來很大的時延，用 戶無法忍受。所以，比較理想的方式 是采用流式傳輸。實(shí)現(xiàn)流式傳輸有 順序流 式傳輸( ProgressiveStreaming)和 實(shí)時流 式傳輸( RealtimeStreaming) 兩 種 方 法 。 視 頻 監(jiān) 控 業(yè) 務(wù) 主 要 采 用 實(shí) 時 流 式 傳 輸 。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以 看成是 一臺提供實(shí)時 A/V 源 的服務(wù) 器，當(dāng)用戶 請求進(jìn) 行實(shí)時 監(jiān)視時，網(wǎng) 絡(luò)攝像機(jī)采用實(shí)時流式傳輸方式向用戶終

5、端傳送監(jiān)控畫面?？?慮到多 個用戶同 時訪問 網(wǎng)絡(luò)攝像 機(jī)將帶 來流量 瓶頸等 問題，可以使用視 頻服務(wù)器 來進(jìn)行 中轉(zhuǎn)，讓視頻服務(wù)器來提供強(qiáng)大的負(fù)載能力。以上只是原理性的簡要說明。上 述方案可以滿足小型的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但 在 大型的視 頻監(jiān)控 系統(tǒng)中，監(jiān) 控前端 設(shè)備與用戶終 端的數(shù)目 都非常 龐大，除 了增加 考慮組播、廣 播等方案外，更需要一套完善的媒體分發(fā)、調(diào) 度機(jī)制來保證媒體的 高 效 傳 送 。在 這 方 面 ，目 前 尚 無 現(xiàn) 成 的 成 熟 方 案 ，中 國 通 信 標(biāo) 準(zhǔn) 化 組 織（ CCSA ） 正對此展開積極研究，以便為未來的視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的媒體傳送機(jī)制。三 、

6、 Presence 技 術(shù)提 到 Presence ， 大 家 首 先 想 到 的 肯 定 是 即 時 通 信 （ IM ） 。 而 Presence 技 術(shù)與視頻 監(jiān)控的 結(jié)合似乎 是一個 比較新 的提法 。以傳統(tǒng)方 式來思 考，似 乎 兩者沒 有太大瓜 葛。其 實(shí)不然， Presence 可以很 好地為 服務(wù)于 視頻監(jiān) 控。Presence ， 也 作 “ PresenceInformation ”， 中 文 一 般 譯 為 “呈 現(xiàn) ”， 用 以 傳 達(dá)用戶狀 態(tài)以及 用戶通過 一組設(shè) 備進(jìn)行 通信的 能力。 Presence 最常用于 即時通 信 工 具 中 ，比 如 ，在 很 多 I

7、M 軟 件 中 有 ：聯(lián) 機(jī) 、忙 碌 、離 開 、顯 示 為 脫 機(jī) 等 狀 態(tài) 。 這些便稱為“ Presenee 狀態(tài)”它們表征了用戶當(dāng)前所處的某種狀態(tài)。同時，這 些狀態(tài)還反映出與該用戶與其他用戶進(jìn)行通信的能力， 比如若用戶處于“脫機(jī)” 狀態(tài)的話， 別的用戶便不能用即時消息與之通信。一個最簡單的 Presenee 過程如下：一個用戶（稱為 Wateher ）訂閱 （ SUBSCRIBE ）他感興趣的另一用戶 （Presentity ）的 Presenee 狀態(tài)， Presentity 接受訂閱請 求。 以 后 Presentity 的 狀態(tài)發(fā)生 變化之 后他會 發(fā)布 （ PUBLISH

8、）自己的新狀態(tài)， 這個新狀態(tài)會通知（ NOTIFY ）給 Wateher 。從系統(tǒng)的角度來看， 視頻監(jiān)控中的各個監(jiān)控前端設(shè)備與 IM 系統(tǒng)中的用戶有 很多相似之處， 比如說， 系統(tǒng)應(yīng)時刻了解各監(jiān)控前端設(shè)備：（1）是否已登錄到 系統(tǒng)；（2）具備什么樣的能力集（比如支持何種編碼方式， 是否支持加密， 是 否支持遠(yuǎn)程 PTZ 控制）；（3）是否正在被用戶訪問，以及被哪些用戶訪問等等。不難發(fā)現(xiàn)， 以上這些“狀態(tài)”的維護(hù)正是 Presenee 技術(shù)的擅長之處。 可見， 如果能將 Presenee 的技術(shù)成果運(yùn)用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中， 將會帶來很大的方便。四、智能視 頻技術(shù)智能視頻監(jiān)控是網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控領(lǐng)域最前

9、沿的應(yīng)用模式之一。智 能 視 頻（ IV ， IntelligentVideo ）源 自 計 算 機(jī) 視 覺（ CV ， ComputerVision ） 技術(shù)。計算機(jī)視覺技術(shù)是人工智能（Al ， Artificiall ntellige nt）研究的分支之一，它能夠在圖像及圖像描述之間建立映射關(guān)系，從而使計算能夠通過數(shù)字圖像 處理和分析來理解視頻畫面中的內(nèi)容。視頻監(jiān)控中所提 到的智 能視頻技術(shù)主要 是指： “自 動的分 析和抽取 視頻源 中 的關(guān)鍵信 息?！比绻?攝像機(jī) 看作人 的眼睛， 而智能視頻系 統(tǒng)或設(shè) 備則可以看作 人的大腦。建造視頻監(jiān)控系統(tǒng)的目的，一是為了視覺上的延伸 把處于別地

10、的畫面通 過網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備“拉近”到眼前，因 此有了遠(yuǎn)程監(jiān)控；二 是為了智力上的延伸 讓 系統(tǒng)自動為我們分析問題并解決問題，于 是有了智能監(jiān)控。當(dāng) 然，后 者是更高層 次上的要求，但也是視頻監(jiān)控今后發(fā)展的必然要求。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)缺乏智能，在 很大程度上依賴于人的判斷。然 而，人 類 有著自身難以克服的弱點(diǎn)，比如：（1）人力有限，人的反應(yīng)與處理速度有限， 導(dǎo)致我們 在指定 的時間內(nèi) 能夠進(jìn) 行監(jiān)視 的地點(diǎn) 有限。這也就意味 著各個被 監(jiān)控點(diǎn) 并非每時每刻都處于監(jiān)控當(dāng)中。（2）人并非一個可以完全信賴的觀察者，無論 是在觀看 實(shí)時的 視頻流還 是在觀 看錄像 回放的 時候，由于 自身生 理上的 弱點(diǎn)

11、，我 們經(jīng)常無法察覺安全威脅，從而導(dǎo)致漏報現(xiàn)象的發(fā)生。從上述分析來看，當(dāng) 開展大規(guī)模視頻監(jiān)控以后，智 能監(jiān)控實(shí)際上已不是可有 可無的裝飾品，而 是系統(tǒng)所必備的一種能力。否則，巨 大的投資將由于缺乏人力 資源的跟進(jìn)以及人類自身的弱點(diǎn)，而有可能變?yōu)橐环N浪費(fèi)。智能視頻技術(shù)可以在很多地方得到應(yīng)用。比如：（ 1 ）高 級 視 頻 移 動 偵 測 ：在 復(fù) 雜 的 天 氣 環(huán) 境 中（ 例 如 雨 雪 、大 霧 、大 風(fēng) 等 ） 精確地偵測和識別單個物體或多個物體的運(yùn)動情況，包括運(yùn)動方向、運(yùn) 動特征等。（ 2 ）物 體 追 蹤 ：偵 測 到 移 動 物 體 之 后 ，根 據(jù) 物 體 的 運(yùn) 動 情 況 ，

12、自 動 發(fā) 送 PTZ 控制指令，使 攝像機(jī)能夠 自動跟蹤 物體，在 物體超 出該攝 像機(jī)監(jiān) 控范圍 之后，自 動通知物體所在區(qū)域的攝像機(jī)繼續(xù)進(jìn)行追蹤。（3）人物面部識別：自動識別人物的臉部特征，并通過與數(shù)據(jù)庫檔案進(jìn)行 比較來識 別或驗(yàn) 證人物的 身份。 此類應(yīng) 用又可 以細(xì)分為“合 作型”和“非合作型” 兩大類?！昂献餍汀睉?yīng)用需要被監(jiān)控者在攝像機(jī)前停留一段時間，通 常與門禁系統(tǒng) 配合使用 ?！胺呛?作型”則可以在人群 中識別 出特定的個體，此 類應(yīng)用可 以在機(jī) 場、 火車站、體育場館等安防應(yīng)用場景中發(fā)揮很大的作用。（4）車輛識別：識別車輛的形狀、顏色、車牌號碼等特征，并反饋給監(jiān)控 者。此類應(yīng)

13、用可以用在被盜車輛追蹤等場景中。（5）非法滯留：當(dāng)一個物體（如箱子、包裹、車輛、人物等）在敏感區(qū)域 停留的時 間過長 ，或超過了 預(yù)定義 的時間長度就 產(chǎn)生報警 。典型應(yīng) 用場景 包括機(jī) 場、火車站、地鐵站等。（6）交通流量控制：用于在公路上監(jiān)視交通情況，例如統(tǒng)計通過的車數(shù)、 平均車速、是否有非法?？俊⑹欠裼泄收宪囕v等等。五、無線傳 輸技術(shù)如果被監(jiān)控點(diǎn)和中央控制中心相距較遠(yuǎn)且位置較分散，利 用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布線的 方式不但 成本非 常高，而且一旦遇到 河流山 脈等障礙時，有線網(wǎng) 絡(luò)更是 束手無 策。 此時，無 線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢就能體現(xiàn)出來。利 用無線網(wǎng)橋技術(shù)，可 以將多個被監(jiān)測點(diǎn) 與中央控 制中心 連接

14、起來 ，且搭建 迅速，可 以 在最 短的時間內(nèi)迅 速建立起 無線網(wǎng) 絡(luò)鏈路。在無線監(jiān)控系統(tǒng) 中，無 線網(wǎng)絡(luò)主要扮演 連接被 監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控 中心數(shù)據(jù) 傳輸鏈 路的角色 。通 過無線網(wǎng) 絡(luò)可以將遠(yuǎn)程 的多個 監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備連接 起來，進(jìn)行 視頻傳 輸； 同 時 ，由 于 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 對 視 頻 質(zhì) 量 要 求 較 高 ，如 何 在 無 線 網(wǎng) 絡(luò) 中 傳 輸 穩(wěn) 定 高 質(zhì) 量 的 視頻信息 也是無 線數(shù)字監(jiān) 控系統(tǒng) 中需要 解決的 關(guān)鍵技術(shù)之一；此 外，從 工 程實(shí)現(xiàn) 的角度考慮 ，橋 接 設(shè)備往往 安裝在 室外，如 何對這 些設(shè)備 進(jìn)行遠(yuǎn)距 離供電 以及設(shè) 備管理也是值得關(guān)注的問題。六、紅外熱

15、成像技 術(shù)人眼能夠感受到的可見光波長為0.380.78 微米。紅外線屬于波長大于0.78 微米的電磁波。 自然界中，一切物體都會輻射不同波長的紅外線，因此能 夠利用特制的探測設(shè)備分別檢測出監(jiān)控目標(biāo)本身和背景之間的紅外線波長，從而 可以得到不同的紅外圖像，這紅外圖像稱為熱圖像。采用紅外熱成像技術(shù)，探測目標(biāo)物體的紅外輻射，并 通過光電轉(zhuǎn)換、信號處 理 等 手 段 ，將 目 標(biāo) 物 體 的 溫 度 分 布 圖 像 轉(zhuǎn) 換 成 視 頻 圖 像 的 設(shè) 備 被 稱 為 紅 外 熱 成 像 儀。紅外熱成像儀在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用舉例：1夜間及惡劣氣候條件下的目標(biāo)監(jiān)控夜 晚 ，需 可 見 光 工 作 的 設(shè) 備

16、 已 經(jīng) 不 能 正 常 工 作 ，如 果 采 用 人 工 照 明 ，則 容 易 暴露目標(biāo)。若 采用微光夜視設(shè)備，它 同樣也工作在可見光波段，依 然需要外界光 照明。而紅外熱成像儀是被動接受目標(biāo)自身的紅外熱輻射，無論白天黑夜均可以 正 常 工 作 ，并 且 也 不 會 暴 露 自 己 。同 樣 在 雨 、霧 等 惡 劣 的 氣 候 條 件 下 ，由 于 可 見 光的波長短，克服障礙的能力差，因而觀測效果差，但紅外線的波長較長，特別 是工作在 8 14um 的熱成像儀，穿 透雨、霧的能力較強(qiáng)，因此在夜間以及惡劣 氣候條件，采用紅外熱成像監(jiān)控設(shè)備仍可以正常地對各種目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控。2防火監(jiān)控由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設(shè)備，因此除了夜間可以作 為 現(xiàn) 場 監(jiān) 控 使 用 外 ，還 可 以 作 為 有 效 的 防 火 報 警 設(shè) 備 。很 多 火 災(zāi) 往 往 是 由 不 明 顯 的隱火引發(fā)的。用現(xiàn)有的普通方法，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災(zāi)苗頭。而應(yīng)用紅外熱 成像儀可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火，并且可以準(zhǔn)確判定火災(zāi)的地點(diǎn)和范圍，透 過煙霧發(fā)現(xiàn)著火點(diǎn)，做到早知道、早預(yù)防、早撲滅。3偽裝及隱蔽目標(biāo)的識別偽裝是以防可見光觀測為主，犯罪分子作案時通常