通过网络来监控车站的DVR系统,允许内部连接的任意传统或网络设备进行网上浏览。此外,智能IP视频解决方案的关键组件包括数字化设备、分析设备、压缩设备、本地存储设备、译码设备和视频控制设备等。
在所有这些设备中,摄像机是最基本的部分。图像质量取决于很多因素,不但传统的监控摄像机是基于CCD的,而且大部分IP摄像机也是基于CMOS 的。CCD摄像机最多只能提供分辨率为750x570像素的传统模拟视频,然而,可以提高摄像机最大动态范围和灵敏度的算法则被不断地提出来。 从根本上看,分辨率是非常重要的。例如,采用CIF格式,在水平方向只有350像素;使用2CIF格式,可以达到700像素;对于2/3CIF格式,水平像素则在500像素以下;而对于4CIF和VGA格式,水平像素又可以达到700像素。如果使用HDTV标准将会出现显著的提高,HD720(1000像素)、1.2Mega(超过1300像素)和3Mega(2000像素)。
同时,带宽随着像素数量的增加呈线性递增。CIF、2CIF、2/3CIF、4CIF和VGA一般每秒都要用到低于2兆的带宽,或者在很多情况下每秒要低于1兆。HD720、1.2Mega和3Mega用到的带宽分别是每秒3兆、5兆左右和12兆。因此,带宽需求的增加要远大于分辨率提高所带来的增益。 而兆像素摄像机一般的水平像素是1350(1.3Mega)和2000(3Mega),同样灵敏度较高,逐行扫描从而避免了图像的锯齿边缘,并具有实时性效果。采用典型的MJPEG压缩方式,实时视频用到的带宽是每秒10兆到45兆。然而,这种摄像机的集成成本较高,可以通过特殊的镜头和带宽来弥补。例如,HDD硬盘存储可以比使用传统摄像机和编码器提高10倍的容量。
兆像素摄像机有其特殊的定位,它们是用于特殊场合的专用摄像机,尤其是需要高分辨率时,例如在银行、零售商场、收银室、娱乐场所和其它一些地方。带宽和存储容量并不是最主要的问题,也就是说, 兆像素摄像机在总体系统中只占一小部分比例。 MPEG-4是目前流行的一种压缩技术,图像质量较依赖于实现方式,能提供延时模式,一般每秒压缩率能达到1兆到4兆。最后,还有H.264或MPEG-4 Pt 10/AVC,比MPEG-4的效率要高10-40%,然而,由于其较高的延时性,因此不适合应用于一些需要PTZ摄像机来监视的实时场景,一般来说,其传输速率是每秒0.5兆到3兆。
此外,差分编码方式也很重要。整个帧是在等间隔中存储的,而在标准帧之间,只存储了改变的场景。在MPEG编码中有I帧和P帧,可以看到在实时和延时模式下I帧和P帧的序列。 带宽需要花费成本,这就是为什么需要分布式智能系统的原因,但这样就能减少网络的负荷吗?实际上,分布式监控只需要针对一些相关的信息,并不是对所有的数据,而且还是基于事件的选择性记录和降低背景画质的记录。除此之外,用户还可以选择不显示那些无关的视频图像,只提供给操作人员有用的视频,这些视频可以通过事件或动作来触发,另外VCA应该位于摄像机或者编码器的位置,而不是集中布置。 而分散存储一方面是一个分布式的系统,存储时没有网络负荷。一般的,这种系统没有冗余,HDD硬盘损坏将导致有限的数据丢失。此外,维护也是分布式的,存储集成在编码器中。
分散存储是一种相对低成本的方法,多通路视频可共享一个HDD硬盘。例如,800G字节共享8个通路,则每个通路就是100G字节,该系统能以2 CIF、5帧/秒的图像方式,记录21天中等活动场景的视频数据。在单通路编码器中还可以采用闪存,它可提供4兆内存,每天可存储4 CIF、1帧/秒的视频图像。然而,由于没有存储冗余和HDD硬盘,因此内存故障将会给系统带来记录视频的丢失。
如果直接在编码器上加内存,将是一种很适合小型系统的低成本方案。一般在这种情况下,HDD硬盘与USB相连,例如每通路250G比特,可存储14天2CIF、2帧/秒中等活动场景的视频资料。这种方案也没有存储冗余,并且24-7 HDD硬盘的可用性有限,HDD硬盘故障将会带来记录视频丢失的危险。 虚拟本地存储的优势在于,它是中大型系统性价比较高的解决方案,例如4T共享50条通路,则每条通路为80G,这就能存储30天CIF、5帧/秒中等活动场景的资料。使用RAID5冗余,单个HDD硬盘故障不会带来存储资料的丢失,此外还可以集中资源从而进行有效地维护。
虚拟本地存储可用于大型系统,有一个单独的本地网络用来存储,因此对主干网或广域网不会带来任何负荷。很多边缘设备连接到单磁盘阵列,能提供RAID5冗余,还可以集中资源从而更有效的维护。
在网络监控系统的集中存储方面,录像机和内存位于最有效、最关键的位置。NVR对于大型系统来说经济实用,所有存储的数据都通过网络以数据流的方式发送。然而,这就带来了更大的网络负荷,并且如果没有使用NVR,在网络故障时就会丢失掉记录的数据。但从另一方面来看,多个NVR可以位于本地站点集中管理,提供指示器,或者网络附加存储、RAID冗余和集中维护。 视频内容分析也有不同的类型:如生物识别技术、事件侦测和行为侦测。其中,生物识别技术包括面部识别、指纹识别和虹膜扫描等;事件侦测可用于分析识别遗留或丢失的物体;行为侦测可用于发现那些从货贺上拿走多个昂贵物品的目标群体,此外,它还能监控一些不合常规的行为动作,如人们走错了方向、逆行、透过围栏传递商品,以及车辆停错了位置等等。
视频内容分析对于车牌号码的识别成功率能达到98%左右,然而,这种成功率较依赖于具体的现场情况,容易受到多种因素的影响,包括车辆运动的速度、灯光(使用红外线)、车牌使用的字体和清洁度等。相关可能的应用包括:停车场的门禁系统和票据系统;用于交通系统,加强对车辆速度的测算或车辆闯红灯的管理;车辆定位系统,从而发现那些通过检测点的丢失车辆;打击犯罪;此外,还可以像伦敦交通系统那样用于道路收费系统。 总之,智能视频监控系统提供了分布式智能分析和储存功能,从而提高了系统效率,并且改进了对突发事件的反应速度,降低了网络负荷和对视频存储的需求。简单来说,它们是最好的低成本监控解决方案。
分辨率至关重要
CMOS可以是逐行扫描设备,其分辨率可以达到兆像素,然而由于其灵敏性有限,因此限制了动态范围算法的提高,此外,传感器和处理器很有可能融为一体。
关于摄像机
对比传统摄像机和兆像素摄像机,前者的特征是:水平像素能达到756,对彩色和黑白图像均具有良好的灵敏度,混合系统中多使用隔行扫描图像,一般实时、4CIF用到的带宽为每秒300兆,较低的集成成本,经济实用。
压缩技术
目前,顾客需要更高质量的压缩技术,从而降低传输数据的速率,占用较少的传输带宽和存储容量。在不同类型的压缩技术中,JPEG和MJPEG都基于单帧图像,MJPEG使用的是差分算法,一般传输速率为每秒25帧,占用带宽为5兆到12兆。此外,小波压缩技术适用于多路视频,对于每秒25帧的视频,占用的带宽为4兆到10兆。MPEG-2能提供DVD画质的视频,可用于全动态侦测,每秒50帧的视频占用的带宽为2兆到5兆,但没有延时模式。
带宽
带宽的重要性不言自明,网络设计的关键是将网络负荷最小化。带宽需求取决于用户需要传输的视频数据,同时也受到其它几方面因素的影响:如分辨率,包括百万像素、D1、4CIF、2CIF和CIF;压缩技术,例如Wavelet、MPEG;以及需要集中监视或存储的视频流的数目等。例如一套包含25台摄像机的系统,使用全D1 MPEG-2画质来监控繁忙的场景,则该系统需要的带宽将是25x5=125兆/秒,这就需要有G比特的以太网传输。
记录方法
至于集中存储和分散存储的区别,前者可以在最有效的位置进行存储,所有的存储数据都是通过网络以数据流的形式进行传输,但需要ANR(自动网络路由)来保证存储的过程;一般的,利用RAID5冗余数组,即使单个HDD硬盘损坏,也不会丢失资料,此外,还可以进行中心维护。
虚拟本地存储
此外,还有虚拟本地存储技术。I-SCSI技术是一种中型或大型存储方案的新标准,所有主要的存储设备商都支持该标准,包括Infotrend、EMC、NetApp、HP 和Dell。SCSI通过网络线缆发送,可直接通过交叉线缆连接到单元,也可通过网络连接,最多能构建64个虚拟本地存储设备。
视频内容分析:使监控系统更智能
视频内容分析最简单,也最常见的形式是视频动态检测,事实上它可以包含在任何一个多任务器、DVR、视频服务器,还有摄像机之内,此外,普通型视频移动探测器(VMD)还包括大小尺寸、方向和速度。同时,增强型视频移动探测器还能提供多级图像像素变化的分析、材质分析和运动分析,排除那些无效的警报,并能提供防破坏检测,根据方向、实际大小、实际速度和位置来检测和跟踪物体。
VCA
VCA算法(VCA:Variable Complexity Algorithm,视频编码的可变复杂度算法)可内置于视频编码器和网络摄像机中,从而提供简单、但先进的动态检测功能和基于常规事件的检测功能,这些通常都是基于T164的平台之上。嵌入式VCA应用的例子包括保护高风险设备的安全,实时智慧和虚拟的周界,这是IP视频发展的最新趋势。