根據應用的千差萬別，通常將智能處理算法加載在網絡攝像機、網絡視頻服務器、網絡硬盤錄像機、以及后端的管理和處理平臺上，從而形成四種智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的產品形態(tài)。本文將逐一介紹這四種智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的產品形態(tài)，以饗讀者。
文/雷玉堂
視頻監(jiān)控系統(tǒng)已由第一代的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，經第二代數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代的網絡化視頻監(jiān)控系統(tǒng)。所謂網絡視頻監(jiān)控，即指通過數字化網絡化的視頻前端，如網絡攝像機或者視頻編碼器等設備，對所監(jiān)控視頻圖像進行數字化編碼，再通過計算機網絡傳輸至終端的工作站、服務器上進行瀏覽，并通過數字存儲介質進行錄像存儲。
這種網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有安裝部署便捷、節(jié)省線纜、輕松實現遠程監(jiān)控訪問、可升級性、可擴展性強等傳統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)所不具備的優(yōu)勢，正在成為越來越多的新建、改造或者擴展的安防監(jiān)控系統(tǒng)項目的第一選擇。但是，根據現有的技術建立的龐大網絡化安防監(jiān)控系統(tǒng)，已不可能是“實時監(jiān)控系統(tǒng)”，實際上是一種事后取證的系統(tǒng)，因為它僅提供事發(fā)后的錄像數據查詢。而且，這種大型網絡安防監(jiān)控系統(tǒng)，攝像機的數量大，如果還是用人來觀察，則很難提取有價值的信息，因而效果很差，這就失去了一個安防監(jiān)控系統(tǒng)的預防與積極干預的功能。
引言
隨著網絡化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的飛速發(fā)展，隨著平安城市建設的需要，尤其美國911及英國2005年7月倫敦爆炸案事件引起了全世界的振動，其偵破過程對于安防監(jiān)控系統(tǒng)，特別是智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展也起到了巨大的推動作用。所以，網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)急需智能化，即借助計算機強大的數據處理功能，對視頻畫面海量數據進行高速分析、處理與識別，將監(jiān)控者不需要關注的信息過濾掉，僅提供人與物異常等的關鍵信息，一旦識別為異常，即觸發(fā)啟動錄像，并進行預/報警，從而使可能發(fā)生的事故被制止，以保障國家與人民生命及財產的安全。
這種智能網絡安防監(jiān)控系統(tǒng)，不但能感知前端攝像機的視頻變化，能聯動相應防區(qū)的安全防范設備，還能對從前端接收的視頻流進行智能分析，并在此基礎上實現所需要的各種應用：如實現車速檢測、車型與車牌識別等電子警察與智能交通功能；實現人臉、步態(tài)與聲音識別等功能；實現人與物的異常動作捕捉，如對可疑滯留爆炸物體與綁架殺人的預/報警，以及自動跟蹤等功能；利用帶十字標尺攝像機對固定視頻進行分析，從而實現危房要倒、山崩地陷、以及水災等天災前的預/報警等功能。因此，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅可用于事后搜尋犯罪嫌疑人，而且可以預防與阻止災難與犯罪事件的發(fā)生。
由于網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以計算機網絡架構為基礎，網絡攝像機或編碼器為前端設備，加載視頻管理軟件的服務器、工作站為后端管理平臺的一種視頻監(jiān)控系統(tǒng)。但是，如何使這種系統(tǒng)智能化，智能軟件算法加載在什么設備上？也是各安防公司技術人員所關心的問題。
由于應用的千差萬別，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)將表現出以下幾種產品形態(tài)：將智能處理算法加載在網絡攝像機內，形成智能網絡攝像機；將智能處理算法加載在網絡視頻服務器（NVS/DVS）上，以形成智能視頻服務器；將智能處理算法加載在網絡硬盤錄像機(DVR)內，形成智能網絡硬盤錄像機；將智能處理算法以軟件的方式與視頻監(jiān)控管理軟件一起，實現集中式的分析和處理平臺。下面將逐一介紹這四種智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的產品形態(tài)。
智能網絡攝像機
一臺網絡攝像機可以被看作一臺攝像機和一臺電腦的結合體。它能夠捕獲影像并直接通過IP網絡進行傳輸，從而使授權用戶能夠通過標準的基于IP的網絡基礎構架，在本地或者遠程地點實現觀看、存儲和管理視頻數據。
網絡攝像機擁有自己獨立的IP地址，能夠直接連接到網絡并內置Web服務器、FTP服務器、FTP客戶端、E-mail客戶端、報警管理、可編程能力以及其他眾多的功能。網絡攝像機無需與PC機連接，它可以獨立運行，并可安置在任何一個具備IP網絡接口的地點。除了視頻信息之外，網絡攝像機還能夠通過同一網絡連接實現更多其他的功能，并傳輸其他一些有用信息，如視頻移動偵測、音頻、數字化輸入和輸出（可用于實現報警聯動，如觸發(fā)警報或激活現場照明等）、用于傳輸串行數據或進行PTZ設備驅動的串行端口等等。網絡攝像機中的圖像緩存，還可以保存并發(fā)送報警發(fā)生前后的視頻圖像。
而模擬攝像機只能傳輸單向的視頻信號，其性能受制于DVR和操作員的水平。但網絡攝像機能夠傳輸全雙工的數字化信息，并能夠與系統(tǒng)內的其他設備有效集成，使它們能夠在一個分布式、可擴展的環(huán)境下達到更高的性能水平。網絡攝像機可以與多個應用系統(tǒng)并行通信，以實現各種不同的功能，例如偵測畫面中的運動情況，或發(fā)送不同格式的視頻流等等。帶有IP地址的攝像機更加方便組網，因為它不需要進行額外的模/數轉換，也不需要在攝像機端安裝發(fā)送設備，所以攝像機的尺寸將會越來越小。
網絡攝像機將傳統(tǒng)攝像機和電腦的功能整合到了一起，他不僅將視頻信號數字化并壓縮，還擁有一個網絡接口。視頻經由網絡交換機，通過IP網絡傳輸，并記錄在裝有視頻管理軟件的標準PC上。用網絡攝像機組成的網絡視頻系統(tǒng)是一個真正的網絡視頻系統(tǒng)，同樣也是一個完全數字化的系統(tǒng)，因為沒有使用任何的模擬設備。所監(jiān)控場景的視頻信號，從網絡攝像機持續(xù)不斷地通過IP網絡進行傳輸，無論瀏覽者所處何處，攝像機都能給瀏覽者提供穩(wěn)定的圖像質量。
利用網絡攝像機上述的優(yōu)勢而形成的智能網絡攝像機，是嵌入有智能化功能的網絡攝像機。我認為可充分利用前端網絡視頻設備所富余的CPU資源，來實現一些較簡單而基本的智能視頻功能。這樣，根據不同的應用可嵌入的智能化功能有：視頻被遮擋或丟失；視頻模糊或焦距移動；視頻變換；視頻移動探測；出入口人數統(tǒng)計；水災、火災、風沙災、雪災等天災檢測；危房倒塌、山崩地陷、地震前的預/報警等。顯然，這種前端監(jiān)控設備的智能化，能有效地節(jié)省帶寬資源，是網絡智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一種較好的組成方式。
由于通過視頻壓縮后傳輸，會失去一部分真實信息并產生一些噪音信號，所以智能軟件分析系統(tǒng)對壓縮后的視頻進行分析處理，相對會有更多的漏報警和誤報警。而前端的智能網絡攝像機是對沒有壓縮的原始圖像進行目標提取，顯然沒有上述問題。并且，它只有在出現異常預/報警的情況下，才需要把相關的視頻發(fā)送到后端進行監(jiān)視和記錄，而一般情況下只需要通過網絡傳送很少的目標數據信息，這些目標數據信息的流量還不到視頻流量的1/50，從而減少了對網絡帶寬的要求和消耗，減少了用戶在網絡方面的投資，而同時對網絡條件不是很好的用戶也帶來了使用智能視頻網絡監(jiān)控系統(tǒng)的可能。
在有智能網絡攝像機的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的后端，只集中對前端攝像機發(fā)送過來的目標數據信息進行管理，而不需要對視頻信號進行處理與識別，所以后端系統(tǒng)不需要昂貴的設備也能完成高效的智能視頻分析。這樣，由于后端只有前端發(fā)送來的預/報警事件的關聯畫面顯示，使監(jiān)控中心工作人員能夠很輕松地完成整個系統(tǒng)的監(jiān)視。而這種關聯錄像的功能，也使錄像搜索和回放變得簡單迅速，從而節(jié)省了寶貴的時間。
智能網絡視頻服務器
使用視頻服務器的網絡視頻系統(tǒng)，包括視頻服務器、網絡交換機和帶視頻管理軟件的PC機。模擬攝像機連接到視頻服務器，視頻服務器會將視頻信號數字化并進行壓縮。視頻服務器同時連接到網絡，將數字視頻信號通過網絡交換機傳送到PC，并將視頻信號存儲于PC機的硬盤中。
這樣，視頻服務器使您可以在保留現有模擬視頻監(jiān)控設備的同時，將您的視頻監(jiān)視系統(tǒng)平滑升級到基于網絡的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它非常適用于與現存的模擬CCTV（閉路電視監(jiān)控）系統(tǒng)相集成。視頻服務器為模擬視頻設備帶來了全新的功能特性，并徹底消除了系統(tǒng)對于同軸電纜、模擬監(jiān)視器和DVR等專用設備的依賴。DVR將不再成為實現錄像功能的必需品，因為在視頻服務器的幫助下，視頻圖像可以通過標準的PC服務器來進行錄制和管理。
通常，一臺視頻服務器具備1至8個模擬視頻輸入接口，以用于連接模擬攝像機，同時具備1個以太網接口用于連接到網絡。與單純的網絡攝像機一樣，它包含內置的Web服務器、圖像壓縮芯片以及操作系統(tǒng)，在這些部件的作用下，模擬視頻輸入將被轉化為數字視頻信號，并能夠通過計算機網絡進行傳輸和存儲，從而大大簡化了視頻資源的訪問和管理。
除了視頻輸入之外，視頻服務器還可以通過同一個網絡，連接實現其他更多的功能和傳輸更多的信息，其中包括：數字化報警輸入和輸出（I/O接口，可用于觸發(fā)服務器啟動錄像功能和傳輸視頻，或者激活外部報警設備如警燈或打開房門等）、音頻、用于串行數據傳輸或PTZ設備控制的串行端口等。通過圖像緩存，視頻服務器還可以發(fā)送報警前后的圖像。
智能網絡視頻服務器的網絡視頻系統(tǒng)擁有更好的系統(tǒng)彈性，相對模擬系統(tǒng)而言，可依靠視頻服務器來連接本地的模擬攝像機，并可在通過網絡對其視頻流進行監(jiān)控和存儲前，對視頻流進行智能分析、數字化、壓縮。
這類系統(tǒng)的優(yōu)勢是數字化和壓縮的過程都在本地完成，此時可通過已連入互聯網的現有網絡設備來傳輸智能數據，以有效降低使用成本。
智能網絡視頻服務器同網絡攝像機一樣，也算是網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端網絡設備。因此，它除可嵌入前述的智能網絡攝像機的一些智能功能外，還可相應嵌入一些較復雜軟件算法的一些智能功能，如用于商業(yè)等應用的人群注意力及擁堵的檢測、識別；用于公共場所的人與物異常行為的檢測、識別(含翻越院墻與柵攔、持刀槍掄劫、殺人、綁架、遺留爆炸物等)；以及用于預防各種災害的水災、火災、地震等的檢測、識別等。這樣，僅有通過移動偵測、人與物異常識別以及天災人禍識別等各種智能功能的預/報警觸發(fā)的視頻數據，才會被傳送到中央監(jiān)控站，以用于進行進一步地分析，并采取進一步的響應，或可使用更為復雜的智能分析應用，以降低網絡設備的負載并減少人為錯誤。
“分布式”的結構允許智能功能在前端設備實現，信息數據可在適當的時間被傳送到中心服務器或指定的客戶端(那些需要對特定事件進行管理的地方)。因此，只需要進行基本的配置，就可以搜集到特定的智能信息，使管理者更容易決定分派哪些具體的工作。隨著各機構希望能增強他們的視頻系統(tǒng)，不同類型的分布式智能應用可能會被組合到一起。而網絡分布式智能擁有無限的擴展能力，未來的擴展就如同搭積木一樣簡單。
智能網絡DVR
數字硬盤錄像機（DVR）系統(tǒng)擁有多路視頻輸入，其典型的有：4路、8路或16路，而且這些系統(tǒng)都已包含了原來的畫面分割器和多路復用器的功能。
使用網絡數字硬盤錄像機的模擬監(jiān)控系統(tǒng)，是一個部分數字化的系統(tǒng)，該網絡數字硬盤錄像機配有用于網絡連接的以太網接口。由多路攝像機送來的視頻信號，在DVR中轉換為數字信號并被壓縮，然后通過計算機網絡進行傳輸，在遠端通過電腦便可進行監(jiān)視與控制。
數字硬盤錄像機技術的發(fā)展，是與計算機技術的發(fā)展密不可分的，其圖像的處理就是一個大數據流的傳輸過程。在硬件方面，將受到計算機的計算速度、存儲器的容量及動態(tài)分布、多CPU或計算機網絡設計、數據總線、網絡傳輸帶寬的限制；在軟件方面，也受到如數據總線流模式、數據塊傳輸協(xié)議、數據壓縮算法、模式識別算法等限制。
一般，監(jiān)控視頻直接從模擬攝像機連接至內置智能視頻(IV)功能的DVR。這種智能網絡DVR將首先執(zhí)行一些智能分析應用，它可嵌入的智能化功能除前述的智能網絡攝像機的一些基本智能功能外，還可根據不同的高端應用分別嵌入一些復雜的智能功能。如用于平安城市的交通管理可嵌于電子警察與智能交通的一些智能功能；用于出入口控制與通道菅理的人體生物特征識別的面像、步態(tài)、聲音等的檢測、識別的智能功能；用于公共場所等的人與物的異常行為的檢測、識別的智能功能；用于商業(yè)等用途的人數統(tǒng)計與人群注意力及擁堵等的檢測、識別的智能功能等。然后，再將這些檢測與識別的智能功能數據數字化、壓縮并存儲，并且將檢測與識別的分析結果輸出傳輸到監(jiān)控中心，同時分發(fā)給授權的管理者，并自動跟蹤與預/報警。
這種智能網絡DVR系統(tǒng)，其首要的優(yōu)勢是數字化和壓縮的過程都在本地完成，此時可通過已連入互聯網的現有網絡設備來傳輸智能數據，有效降低使用成本。顯然，同網絡視頻服務器一樣，僅有通過上述所嵌入的智能功能的帶預/報警信息觸發(fā)的視頻數據，才會被發(fā)送到中央監(jiān)控站，以用于進一步地分析并采取進一步的響應，以降低網絡設備的負載并減少人為錯誤。
基于DVR的數字化網絡系統(tǒng)，突破了以往傳統(tǒng)的數字硬盤錄像機、模擬矩陣、攝像機等獨霸天下的局面。在智能網絡DVR系統(tǒng)中，由于新增加了上述一些智能功能的圖像分析與識別、智能搜索引擎、智能尋像、多媒體指揮平臺等高效實用的功能，使它作為一種獨立的產品形態(tài)，己逐漸進入了人們的視野。
基于智能網絡DVR的系統(tǒng)控制站點多，系統(tǒng)視頻容量大；它從圖像采集開始進行數字化處理、傳輸，且各個DVR都有獨立的IP地址，并采用分布式的信息轉發(fā)和存儲，將數字化的視頻壓縮信號直接連接到LAN/WAN中；它作為整個網絡的視頻共享資源，大大提高了網絡帶寬利用率，從而實現遠程維護、遠程配置、遠程狀態(tài)查詢，減少現場維護工作量，使遠程管理成像在本地一樣方便。顯然，智能網絡DVR系統(tǒng)以數字視頻的壓縮、傳輸、存儲和播放為核心，以智能的實用的圖像分析與識別功能為特色，這種產品形態(tài)將會越來越多地在實際應用中逐漸為用戶所接受。
只需要進行基本的配置，就可以搜集到特定的智能信息，使管理者更容易決定分派哪些具體的工作。隨著各機構希望能增強他們的視頻系統(tǒng)，不同類型的分布式的智能應用可能會被組合到一起。顯然，網絡分布式智能擁有無限的擴展能力，未來的擴展實際上就如同搭積木一樣簡單。
智能分析處理平臺
一般，智能化網絡視頻分析處理平臺，首先要完全具備網絡視頻系統(tǒng)的的基本功能，這些功能是一個平臺的基礎，如音視頻實時播放、控制、轉發(fā)、報警、聯動、錄像、回放等功能，以及針對相關設備、用戶等實現多級、權限等管理；其次必須具備視頻的智能化功能，由前述可知，這些智能功能有多種形式：如車牌識別、人臉與步態(tài)識別、人與物異常行為的檢測與識別、非滯留物的檢測與識別、各種災害的檢測與識別等。此外，還有智能交通，即通過視頻實現車型識別、車速檢測、車流量計數、闖紅燈、禁止左轉、掉頭、單行線、非停車區(qū)域等汽車違章行為進行識別等，均屬于智能視頻的應用。
實際上，智能視頻分析處理平臺主要是基于軟件的解決方案，即全部的智能視頻分析都依靠軟件系統(tǒng)來完成，即所有的圖像信號全部傳到后端的軟件進行處理。由于進行視頻分析需要比較高的幀率，所以有巨大的視頻信息需要進行傳輸，因而對網絡的要求很高；而后端軟件系統(tǒng)需要完成所有的視頻分析功能，從目標提取到生成目標數據信息，再進行目標數據分析處理與識別，并產生預/報警，最后進行警報發(fā)送、關聯錄像和聯動輸出。這種智能視頻分析處理平臺的后端軟件對系統(tǒng)硬件的要求較高，需要購買價格貴的高端服務器，而每一臺服務器能夠處理的智能事件數量和攝像機數量也非常有限。如果前端是模擬攝像機的系統(tǒng)，就需要增加視頻服務器或視頻采集卡。
通常，智能視頻分析處理平臺應用在視頻資源相對較多的地方，如一個地市級城市至少有好幾千甚至上萬個攝像機，這種規(guī)模才能具有挖掘視頻資源的價值；并且，攝像機的安裝地點、區(qū)域、位置具有典型性和普遍性，如在一個城市想要通過車牌識別來了解一輛汽車行蹤，肯定要對主要出入口、主要街區(qū)、主要停車場等安裝有車牌識別功能的產品，這將由后臺數據庫提供強大的分析的統(tǒng)計功能才能實現。此外，智能視頻分析處理服務平臺應提供二次開發(fā)的接口，就像電信有許多增值運營商一樣，即使得能有足夠多的第三方力量能共同挖掘其應用。
智能視頻分析處理平臺需通過運行在后端服務器的視頻管理軟件對前端攝像機傳輸回來的視頻流進行智能化的視頻分析，從而實現對前端視頻信息的智能化處理；在采用這種智能視頻實現方式的系統(tǒng)中，前端視頻設備的職責是完成攝像的基本功能，只負責將前端攝像機拍攝的視頻信息傳輸至后端，而不進行任何分析工作，這樣前端視頻設備的壓力很小；相反，對于后端服務器或后端管理軟件，則不但需要負責日常視頻的實時瀏覽、視頻錄像即回放和日志事件的管理，同時還要負責對各路視頻進行智能分析、處理與識別。顯然，在這樣的大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，單純采用智能視頻分析處理平臺這種方式，對后端管理資源會帶來較大壓力，必須要通過提高后端設備性能來緩解，如提高服務器配置、增加服務器數量等。因此，對于這個需求，單純采用后端視頻分析、處理與識別的方式難于滿足。因為成千上萬路的視頻源所帶來的巨大視頻分析壓力需要數量巨大的后端的管理資源來負擔，其成本難以估量；而單純采用前端設備的智能分析、處理與識別的方式，則難以實現與GPS地圖和警務系統(tǒng)等集成的功能。所以，采用前端設備與后端軟件平臺相結合的智能視頻實現方式，則能很好地滿足用戶的需求。
這樣，在大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端，嵌入在網絡攝像機內部的智能視頻檢測、處理與識別功能，充分利用了網絡攝像機的富余的CPU資源，無需大量視頻分析計算，也無需添加任何輔助分析儀器，從而實現前述的當攝像機被遮擋、視頻丟失、視頻變換、焦距丟失、鏡頭被噴涂等情況下的主動預/報警功能，以及重點區(qū)域的移動偵測功能；同時，網絡攝像機集成的數字I/O端口則可在前端實現與報警器、探測器的聯動功能，滿足綜合安保一體化的功能。顯然，在本地的企事業(yè)單位，還可安置不同應用的智能化功能的智能網絡視頻服務器與智能網絡DVR。
在這種大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)的后端服務器，視頻管理軟件處理平臺，則可嵌入最復雜的高端智能軟件，可將資源集中于系統(tǒng)集成性上，以及與大型數據庫的連接上，以實現視頻監(jiān)控系統(tǒng)與GPS、GIS電子地圖系統(tǒng)、警務管理系統(tǒng)以及辦公管理系統(tǒng)、電話系統(tǒng)等的無縫集成上。從而實現在發(fā)生前端視頻異常或預/報警時，能通過OUTLOOK向相關人員發(fā)送電子郵件，上傳圖像，同時通過GPS、GIS電子地圖實現地點精確定位，并聯動警務系統(tǒng)查找相關區(qū)域負責警員，再由電話系統(tǒng)自動撥打警員電話，以通知其迅速響應與處理。
由此可知，只有將所需的智能視頻功能，均勻分布在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，才能使智能網絡視頻監(jiān)控系具有既高效又平衡的高性價比的效果。
結語
由上看出，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的四種產品形態(tài)，都是一個大型的智能網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)所需要的。正如上面所說，只有將所需的智能視頻功能，均勻分布在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，才能使智能網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有既高效又平衡的高性價比的效果。這是前、后端設備相結合實現智能化的方式，是現代平安城市建設的需要，是我們信息化社會發(fā)展的需要，也是世界反恐斗爭的需要。
因此，這種智能化網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，還必須向著適應更為復雜和多變的場景發(fā)展；向著分析和識別更多的行為和異常事件的方向發(fā)展；向著更低的成本方向發(fā)展；向著真正“基于場景內容分析”的方向發(fā)展?？傊?，必須要實現從被動監(jiān)控向主動監(jiān)控的方向發(fā)展。所以，我國各安防監(jiān)控技術公司，必須重視視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能化功能的創(chuàng)新開發(fā)，盡快為各種應用開發(fā)出所需的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的產品形態(tài)。
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