模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與展望

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與展望

1總結(jié)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。2模擬視頻監(jiān)控階段一般來說，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展可以劃分為3個階段第一階段是模擬視頻監(jiān)控。主要應用于20世紀80年代，是帶有磁帶錄像機（VCR）的全模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，也稱閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）。其主要特點是視頻、音頻信號的采集、傳輸、存儲均為模擬信號。前端的模擬攝像機將采集的模擬視頻通過同軸電纜傳輸?shù)胶蠖?，?jīng)過視頻分配器、多畫面切割器、視頻矩陣等設備將模擬視頻存儲到磁帶錄像機，同時顯示在監(jiān)控顯示器（電視機）上。該階段是視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的早期，與現(xiàn)在相比，各方面劣勢明顯，有關(guān)對比詳見表1。第二階段是半數(shù)字視頻監(jiān)控。主要應用于20世紀90年代以后，視頻監(jiān)控系統(tǒng)伴隨著計算機技術(shù)的突飛猛進開始向數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型。其與模擬視頻監(jiān)控最大的不同是使用數(shù)字硬盤錄像機（DVR，分為PC式和嵌入式兩種類型第三階段是全數(shù)字視頻監(jiān)控，也稱為網(wǎng)絡視頻監(jiān)控，始于20世紀與21世紀之交。隨著網(wǎng)絡帶寬大幅提升，視頻編碼壓縮技術(shù)、流媒體技術(shù)逐步成熟，視頻監(jiān)控系統(tǒng)全面數(shù)字化、網(wǎng)絡化。前端的模擬攝像機被網(wǎng)絡攝像機（IPC）替代，將視頻采集、編碼壓縮為數(shù)字信號，并以IP包的形式在計算機網(wǎng)絡上傳輸，存儲到后臺的網(wǎng)絡視頻錄像機（NVR）或存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）等現(xiàn)今，隨著云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)第三階段在智能化方向又有了新的進展，也有人稱為第四階段：云計算和人工智能視頻監(jiān)控階段。3視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成和技術(shù)3.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成3.1.1模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由模擬攝像機、同軸電纜、多畫面切割器、視頻矩陣、磁帶錄像機、監(jiān)控顯示器/屏幕墻等構(gòu)成。3.1.2半數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心設備半數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由模擬攝像機、同軸電纜、視頻矩陣、數(shù)字硬盤錄像機、監(jiān)控顯示器/屏幕墻等構(gòu)成，其中數(shù)字硬盤錄相機是半數(shù)字視頻監(jiān)控階段的核心設備3.1.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)階段，視頻監(jiān)控系統(tǒng)不斷網(wǎng)絡化、數(shù)字化，功能也日趨豐富，人們開始按照系統(tǒng)/模塊對其進行劃分。一般可分為前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、存儲管理系統(tǒng)、顯示控制系統(tǒng)4個部分，如圖1所示。(1）前端系統(tǒng)。前端系統(tǒng)主要實現(xiàn)視頻流、音頻流和控制信息的采集功能，主要設備為網(wǎng)絡攝像機（IPC）和視頻編碼器（內(nèi)置于IPC），另外還包括云臺、防護罩、室外設備箱和照明裝置等附屬設備。(2）傳輸系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)主要實現(xiàn)視頻流、音頻流、報警信息、控制指令等數(shù)據(jù)信息傳輸功能，使前端系統(tǒng)、存儲管理系統(tǒng)、顯示控制系統(tǒng)能夠互聯(lián)互通，主要包括網(wǎng)絡設備和傳輸線路，如光纖、雙絞線、無線收發(fā)裝置等。(3）存儲管理系統(tǒng)。存儲管理系統(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的后臺和服務端，主要實現(xiàn)視頻存儲、數(shù)據(jù)管理、權(quán)限分配、用戶管理、業(yè)務管理、網(wǎng)絡管理等功能，主要設備包括流媒體服務器、應用服務器、管理服務器、存儲服務器、磁盤陣列等。(4）顯示控制系統(tǒng)。顯示控制系統(tǒng)用于將視頻圖像、報警信息等呈現(xiàn)給管理人員，并根據(jù)管理人員的指令對前端系統(tǒng)、后臺數(shù)據(jù)、應用功能等進行操作配置。該部分為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的用戶端部分，可與具體應用結(jié)合做深度開發(fā)，實現(xiàn)行為識別、監(jiān)控報警、物品監(jiān)管、自動控制等智能化功能。3.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)的控制(1）圖像采集技術(shù)。視頻圖像數(shù)據(jù)的采集主要依賴于前端攝像機的圖像傳感器，目前，圖像傳感器主要分為CMOS（互補金屬氧化物半導體）和CCD（電荷耦合器件）兩大類。(2）視頻編解碼技術(shù)。視頻數(shù)據(jù)量大，需經(jīng)編碼壓縮后進行傳輸和存儲，使用時再進行解碼。目前視頻編碼的國際標準主要包括ISO的MPEG系列（如MPEG-4），以及ITU-T的H.26x系列，其中，H.264和H.265為當前主流標準。國內(nèi)標準主要包括AVS1、AVS2，以及面向安防視頻監(jiān)控的SVAC1.0、SVAC2.0等。(3）視頻傳輸控制技術(shù)。主要是視頻會話、流媒體傳輸?shù)人捎玫膫鬏攨f(xié)議，如實時傳輸協(xié)議RTP、實時傳輸控制協(xié)議RTCP、實時流協(xié)議RTSP、資源預留協(xié)議RSVP、會話初始協(xié)議SIP等。(4）視頻存儲技術(shù)。包括本地存儲和云存儲，目前主流的本地視頻監(jiān)控存儲技術(shù)為FC-SAN、IP-SAN(SAN:StorageAreaNetwork）等網(wǎng)絡存儲技術(shù)。(5）視頻內(nèi)容分析技術(shù)。主要是利用圖像處理（如背景分離、圖像增強等）、模式識別等技術(shù)對視頻圖像分析、提取，匹配預設規(guī)則，識別視頻內(nèi)容和行為。4視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用視頻監(jiān)控系統(tǒng)從誕生之初便應用在公安、金融、政府等重點行業(yè)和單位，作為實時監(jiān)控、事后追查的重要手段。隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展到第三階段后期，其應用領域已經(jīng)遠遠超出傳統(tǒng)安防監(jiān)控所定義的范疇，遍及各行各業(yè)、走進千家萬戶，變得無處不在。近十年來，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)的一部分視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用可以分為安全相關(guān)類應用和非安全相關(guān)類應用2類。安全相關(guān)類應用即傳統(tǒng)的安防監(jiān)控；非安全相關(guān)類應用包括商業(yè)公司的客戶甄別、人數(shù)統(tǒng)計，交管部門的流量控制、違章檢測，企事業(yè)單位的人臉識別、考勤打卡等。視頻監(jiān)控系統(tǒng)具體應用的行業(yè)領域非常廣泛，可大致分為4類。(1）公共治安。該領域是視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用最為普遍和市場規(guī)模最大的領域，用于監(jiān)控犯罪行為、追蹤索驥、尋人找物、分析取證等。監(jiān)控范圍主要為城市的重要部位和人員密集的公共場所，包括人行道路、地下通道、商場、車站、公園、廣場、重大活動場所等。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是公安機關(guān)預防和打擊犯罪的重要技術(shù)手段和輔助工具。(2）重點行業(yè)。主要包括交通、金融、電力、檢驗檢疫、環(huán)保等。如在交通領域，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于車輛違法檢測、交通狀況判別、鐵路和高速公路安全等。在金融領域，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于柜臺監(jiān)控、營業(yè)場所監(jiān)控、ATM監(jiān)控等。(3）辦公和工商業(yè)。在辦公領域，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于人臉考勤、院落和辦公區(qū)域安全監(jiān)控等。在工商業(yè)領域，既用于生產(chǎn)和經(jīng)營場所安全監(jiān)控，如酒店、娛樂場所、商場、寫字樓、企業(yè)園區(qū)以及工廠生產(chǎn)線等，也用于客戶識別、統(tǒng)計分析等。(4）家庭。主要用于家庭安防和智能家居，個人可通過互聯(lián)網(wǎng)對家庭是否遭到非法入侵、保姆服務質(zhì)量、老人安全狀況、設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)等進行實時監(jiān)控，并能實現(xiàn)設備遠程控制或按照預設規(guī)則智能操作、自動報警等。目前，輕量級的無線視頻監(jiān)控終端已經(jīng)廣泛應用于家庭用戶，成為數(shù)字家庭網(wǎng)絡的一部分。5視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)基本完成了網(wǎng)絡化、數(shù)字化進程，筆者認為其還將在高清化、大數(shù)據(jù)化、應用多樣化、無線和移動化、智能化5個方向深入發(fā)展。(1）高清化。視頻數(shù)據(jù)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)，也是智能化、大數(shù)據(jù)分析的底材，采集時必須具備足夠的細節(jié)刻畫，后期才能更精準地提取分析。網(wǎng)絡帶寬和視頻壓縮率的提高為高清化提供了外部條件。對于人眼實時監(jiān)視來說，高清化也能更好地輔助視覺判斷。因此，視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將越來越向高清化發(fā)展。(2）大數(shù)據(jù)化。視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)量大、監(jiān)控時間長，不同攝像頭、不同角度采集的數(shù)據(jù)分散，人工分析耗時耗力且效果差。采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對視頻數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化分析處理，可以精準提取人、物、行為，并能與時間線關(guān)聯(lián)，極大提高了視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的利用效率。目前，國內(nèi)多家廠商均提供了云存儲架構(gòu)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為大數(shù)據(jù)分析提供了條件。(3）應用多樣化。隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能日趨強大、成本持續(xù)降低、體積不斷縮小，其應用的領域必將越來越廣泛，物聯(lián)網(wǎng)時代，不僅萬物互聯(lián)，可能萬物還都有“眼睛”（視頻監(jiān)控攝像機）。(4）無線和移動化。無線化是實現(xiàn)移動化的基礎，無線和移動化是幾乎所有信息設備的發(fā)展趨勢，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也一樣。目前有線監(jiān)控并不能適用地理位置分散、監(jiān)控點距離遠、地理環(huán)境復雜等情況，為覆蓋這些領域，視頻監(jiān)控系統(tǒng)必然向無線和移動化發(fā)展，而且無線化也便于實現(xiàn)移動化。5G網(wǎng)絡和高速Wi-Fi、移動通信技術(shù)的普及已為無線和移動化鋪平了道路。(5）智能化。智能化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的最終目標和原動力，其代替人實現(xiàn)對目標的檢測定位、識別跟蹤、行為判別、分析預警、事后取證、自動操控等。前面所述的發(fā)展趨勢都是為了智能化服務：高清化為智能化刻畫了細節(jié)，大數(shù)據(jù)化為智能化提供了手段，應用多樣