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智能视频监控系统的产品形态

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根据应用的千差万别,通常将智能处理算法加载在网络摄像机、网络视频服务器、网络硬盘录像机、以及后端的管理和处理平台上,从而形成四种智能视频监控系统的产品形态。本文将逐一介绍这四种智能视频监控系统的产品形态,以飨读者。
文/雷玉堂

视频监控系统已由第一代的模拟视频监控系统,经第二代数字视频监控系统发展到第三代的网络化视频监控系统。所谓网络视频监控,即指通过数字化网络化的视频前端,如网络摄像机或者视频编码器等设备,对所监控视频图像进行数字化编码,再通过计算机网络传输至终端的工作站、服务器上进行浏览,并通过数字存储介质进行录像存储。

这种网络视频监控系统具有安装部署便捷、节省线缆、轻松实现远程监控访问、可升级性、可扩展性强等传统模拟视频监控系统所不具备的优势,正在成为越来越多的新建、改造或者扩展的安防监控系统项目的第一选择。但是,根据现有的技术建立的庞大网络化安防监控系统,已不可能是“实时监控系统”,实际上是一种事后取证的系统,因为它仅提供事发后的录像数据查询。而且,这种大型网络安防监控系统,摄像机的数量大,如果还是用人来观察,则很难提取有价值的信息,因而效果很差,这就失去了一个安防监控系统的预防与积极干预的功能。

引言

随着网络化视频监控系统的飞速发展,随着平安城市建设的需要,尤其美国911及英国2005年7月伦敦爆炸案事件引起了全世界的振动,其侦破过程对于安防监控系统,特别是智能视频监控系统的发展也起到了巨大的推动作用。所以,网络视频监控系统急需智能化,即借助计算机强大的数据处理功能,对视频画面海量数据进行高速分析、处理与识别,将监控者不需要关注的信息过滤掉,仅提供人与物异常等的关键信息,一旦识别为异常,即触发启动录像,并进行预/报警,从而使可能发生的事故被制止,以保障国家与人民生命及财产的安全。

这种智能网络安防监控系统,不但能感知前端摄像机的视频变化,能联动相应防区的安全防范设备,还能对从前端接收的视频流进行智能分析,并在此基础上实现所需要的各种应用:如实现车速检测、车型与车牌识别等电子警察与智能交通功能;实现人脸、步态与声音识别等功能;实现人与物的异常动作捕捉,如对可疑滞留爆炸物体与绑架杀人的预/报警,以及自动跟踪等功能;利用带十字标尺摄像机对固定视频进行分析,从而实现危房要倒、山崩地陷、以及水灾等天灾前的预/报警等功能。因此,智能视频监控系统不仅可用于事后搜寻犯罪嫌疑人,而且可以预防与阻止灾难与犯罪事件的发生。

由于网络视频监控系统是以计算机网络架构为基础,网络摄像机或编码器为前端设备,加载视频管理软件的服务器、工作站为后端管理平台的一种视频监控系统。但是,如何使这种系统智能化,智能软件算法加载在什么设备上?也是各安防公司技术人员所关心的问题。

由于应用的千差万别,智能视频监控系统将表现出以下几种产品形态:将智能处理算法加载在网络摄像机内,形成智能网络摄像机;将智能处理算法加载在网络视频服务器(NVS/DVS)上,以形成智能视频服务器;将智能处理算法加载在网络硬盘录像机(DVR)内,形成智能网络硬盘录像机;将智能处理算法以软件的方式与视频监控管理软件一起,实现集中式的分析和处理平台。下面将逐一介绍这四种智能视频监控系统的产品形态。

智能网络摄像机

一台网络摄像机可以被看作一台摄像机和一台电脑的结合体。它能够捕获影像并直接通过IP网络进行传输,从而使授权用户能够通过标准的基于IP的网络基础构架,在本地或者远程地点实现观看、存储和管理视频数据。

网络摄像机拥有自己独立的IP地址,能够直接连接到网络并内置Web服务器、FTP服务器、FTP客户端、E-mail客户端、报警管理、可编程能力以及其他众多的功能。网络摄像机无需与PC机连接,它可以独立运行,并可安置在任何一个具备IP网络接口的地点。除了视频信息之外,网络摄像机还能够通过同一网络连接实现更多其他的功能,并传输其他一些有用信息,如视频移动侦测、音频、数字化输入和输出(可用于实现报警联动,如触发警报或激活现场照明等)、用于传输串行数据或进行PTZ设备驱动的串行端口等等。网络摄像机中的图像缓存,还可以保存并发送报警发生前后的视频图像。

而模拟摄像机只能传输单向的视频信号,其性能受制于DVR和操作员的水平。但网络摄像机能够传输全双工的数字化信息,并能够与系统内的其他设备有效集成,使它们能够在一个分布式、可扩展的环境下达到更高的性能水平。网络摄像机可以与多个应用系统并行通信,以实现各种不同的功能,例如侦测画面中的运动情况,或发送不同格式的视频流等等。带有IP地址的摄像机更加方便组网,因为它不需要进行额外的模/数转换,也不需要在摄像机端安装发送设备,所以摄像机的尺寸将会越来越小。

网络摄像机将传统摄像机和电脑的功能整合到了一起,他不仅将视频信号数字化并压缩,还拥有一个网络接口。视频经由网络交换机,通过IP网络传输,并记录在装有视频管理软件的标准PC上。用网络摄像机组成的网络视频系统是一个真正的网络视频系统,同样也是一个完全数字化的系统,因为没有使用任何的模拟设备。所监控场景的视频信号,从网络摄像机持续不断地通过IP网络进行传输,无论浏览者所处何处,摄像机都能给浏览者提供稳定的图像质量。

利用网络摄像机上述的优势而形成的智能网络摄像机,是嵌入有智能化功能的网络摄像机。我认为可充分利用前端网络视频设备所富余的CPU资源,来实现一些较简单而基本的智能视频功能。这样,根据不同的应用可嵌入的智能化功能有:视频被遮挡或丢失;视频模糊或焦距移动;视频变换;视频移动探测;出入口人数统计;水灾、火灾、风沙灾、雪灾等天灾检测;危房倒塌、山崩地陷、地震前的预/报警等。显然,这种前端监控设备的智能化,能有效地节省带宽资源,是网络智能视频监控系统的一种较好的组成方式。

由于通过视频压缩后传输,会失去一部分真实信息并产生一些噪音信号,所以智能软件分析系统对压缩后的视频进行分析处理,相对会有更多的漏报警和误报警。而前端的智能网络摄像机是对没有压缩的原始图像进行目标提取,显然没有上述问题。并且,它只有在出现异常预/报警的情况下,才需要把相关的视频发送到后端进行监视和记录,而一般情况下只需要通过网络传送很少的目标数据信息,这些目标数据信息的流量还不到视频流量的1/50,从而减少了对网络带宽的要求和消耗,减少了用户在网络方面的投资,而同时对网络条件不是很好的用户也带来了使用智能视频网络监控系统的可能。

在有智能网络摄像机的智能视频监控系统的后端,只集中对前端摄像机发送过来的目标数据信息进行管理,而不需要对视频信号进行处理与识别,所以后端系统不需要昂贵的设备也能完成高效的智能视频分析。这样,由于后端只有前端发送来的预/报警事件的关联画面显示,使监控中心工作人员能够很轻松地完成整个系统的监视。而这种关联录像的功能,也使录像搜索和回放变得简单迅速,从而节省了宝贵的时间。

智能网络视频服务器

使用视频服务器的网络视频系统,包括视频服务器、网络交换机和带视频管理软件的PC机。模拟摄像机连接到视频服务器,视频服务器会将视频信号数字化并进行压缩。视频服务器同时连接到网络,将数字视频信号通过网络交换机传送到PC,并将视频信号存储于PC机的硬盘中。

这样,视频服务器使您可以在保留现有模拟视频监控设备的同时,将您的视频监视系统平滑升级到基于网络的视频监控系统,它非常适用于与现存的模拟CCTV(闭路电视监控)系统相集成。视频服务器为模拟视频设备带来了全新的功能特性,并彻底消除了系统对于同轴电缆、模拟监视器和DVR等专用设备的依赖。DVR将不再成为实现录像功能的必需品,因为在视频服务器的帮助下,视频图像可以通过标准的PC服务器来进行录制和管理。

通常,一台视频服务器具备1至8个模拟视频输入接口,以用于连接模拟摄像机,同时具备1个以太网接口用于连接到网络。与单纯的网络摄像机一样,它包含内置的Web服务器、图像压缩芯片以及操作系统,在这些部件的作用下,模拟视频输入将被转化为数字视频信号,并能够通过计算机网络进行传输和存储,从而大大简化了视频资源的访问和管理。

除了视频输入之外,视频服务器还可以通过同一个网络,连接实现其他更多的功能和传输更多的信息,其中包括:数字化报警输入和输出(I/O接口,可用于触发服务器启动录像功能和传输视频,或者激活外部报警设备如警灯或打开房门等)、音频、用于串行数据传输或PTZ设备控制的串行端口等。通过图像缓存,视频服务器还可以发送报警前后的图像。

智能网络视频服务器的网络视频系统拥有更好的系统弹性,相对模拟系统而言,可依靠视频服务器来连接本地的模拟摄像机,并可在通过网络对其视频流进行监控和存储前,对视频流进行智能分析、数字化、压缩。

这类系统的优势是数字化和压缩的过程都在本地完成,此时可通过已连入互联网的现有网络设备来传输智能数据,以有效降低使用成本。

智能网络视频服务器同网络摄像机一样,也算是网络视频监控系统的前端网络设备。因此,它除可嵌入前述的智能网络摄像机的一些智能功能外,还可相应嵌入一些较复杂软件算法的一些智能功能,如用于商业等应用的人群注意力及拥堵的检测、识别;用于公共场所的人与物异常行为的检测、识别(含翻越院墙与栅拦、持刀枪抡劫、杀人、绑架、遗留爆炸物等);以及用于预防各种灾害的水灾、火灾、地震等的检测、识别等。这样,仅有通过移动侦测、人与物异常识别以及天灾人祸识别等各种智能功能的预/报警触发的视频数据,才会被传送到中央监控站,以用于进行进一步地分析,并采取进一步的响应,或可使用更为复杂的智能分析应用,以降低网络设备的负载并减少人为错误。

“分布式”的结构允许智能功能在前端设备实现,信息数据可在适当的时间被传送到中心服务器或指定的客户端(那些需要对特定事件进行管理的地方)。因此,只需要进行基本的配置,就可以搜集到特定的智能信息,使管理者更容易决定分派哪些具体的工作。随着各机构希望能增强他们的视频系统,不同类型的分布式智能应用可能会被组合到一起。而网络分布式智能拥有无限的扩展能力,未来的扩展就如同搭积木一样简单。

智能网络DVR

数字硬盘录像机(DVR)系统拥有多路视频输入,其典型的有:4路、8路或16路,而且这些系统都已包含了原来的画面分割器和多路复用器的功能。

使用网络数字硬盘录像机的模拟监控系统,是一个部分数字化的系统,该网络数字硬盘录像机配有用于网络连接的以太网接口。由多路摄像机送来的视频信号,在DVR中转换为数字信号并被压缩,然后通过计算机网络进行传输,在远端通过电脑便可进行监视与控制。

数字硬盘录像机技术的发展,是与计算机技术的发展密不可分的,其图像的处理就是一个大数据流的传输过程。在硬件方面,将受到计算机的计算速度、存储器的容量及动态分布、多CPU或计算机网络设计、数据总线、网络传输带宽的限制;在软件方面,也受到如数据总线流模式、数据块传输协议、数据压缩算法、模式识别算法等限制。

一般,监控视频直接从模拟摄像机连接至内置智能视频(IV)功能的DVR。这种智能网络DVR将首先执行一些智能分析应用,它可嵌入的智能化功能除前述的智能网络摄像机的一些基本智能功能外,还可根据不同的高端应用分别嵌入一些复杂的智能功能。如用于平安城市的交通管理可嵌于电子警察与智能交通的一些智能功能;用于出入口控制与通道菅理的人体生物特征识别的面像、步态、声音等的检测、识别的智能功能;用于公共场所等的人与物的异常行为的检测、识别的智能功能;用于商业等用途的人数统计与人群注意力及拥堵等的检测、识别的智能功能等。然后,再将这些检测与识别的智能功能数据数字化、压缩并存储,并且将检测与识别的分析结果输出传输到监控中心,同时分发给授权的管理者,并自动跟踪与预/报警。

这种智能网络DVR系统,其首要的优势是数字化和压缩的过程都在本地完成,此时可通过已连入互联网的现有网络设备来传输智能数据,有效降低使用成本。显然,同网络视频服务器一样,仅有通过上述所嵌入的智能功能的带预/报警信息触发的视频数据,才会被发送到中央监控站,以用于进一步地分析并采取进一步的响应,以降低网络设备的负载并减少人为错误。

基于DVR的数字化网络系统,突破了以往传统的数字硬盘录像机、模拟矩阵、摄像机等独霸天下的局面。在智能网络DVR系统中,由于新增加了上述一些智能功能的图像分析与识别、智能搜索引擎、智能寻像、多媒体指挥平台等高效实用的功能,使它作为一种独立的产品形态,己逐渐进入了人们的视野。

基于智能网络DVR的系统控制站点多,系统视频容量大;它从图像采集开始进行数字化处理、传输,且各个DVR都有独立的IP地址,并采用分布式的信息转发和存储,将数字化的视频压缩信号直接连接到LAN/WAN中;它作为整个网络的视频共享资源,大大提高了网络带宽利用率,从而实现远程维护、远程配置、远程状态查询,减少现场维护工作量,使远程管理成像在本地一样方便。显然,智能网络DVR系统以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心,以智能的实用的图像分析与识别功能为特色,这种产品形态将会越来越多地在实际应用中逐渐为用户所接受。

只需要进行基本的配置,就可以搜集到特定的智能信息,使管理者更容易决定分派哪些具体的工作。随着各机构希望能增强他们的视频系统,不同类型的分布式的智能应用可能会被组合到一起。显然,网络分布式智能拥有无限的扩展能力,未来的扩展实际上就如同搭积木一样简单。

智能分析处理平台

一般,智能化网络视频分析处理平台,首先要完全具备网络视频系统的的基本功能,这些功能是一个平台的基础,如音视频实时播放、控制、转发、报警、联动、录像、回放等功能,以及针对相关设备、用户等实现多级、权限等管理;其次必须具备视频的智能化功能,由前述可知,这些智能功能有多种形式:如车牌识别、人脸与步态识别、人与物异常行为的检测与识别、非滯留物的检测与识别、各种灾害的检测与识别等。此外,还有智能交通,即通过视频实现车型识别、车速检测、车流量计数、闯红灯、禁止左转、掉头、单行线、非停车区域等汽车违章行为进行识别等,均属于智能视频的应用。

实际上,智能视频分析处理平台主要是基于软件的解决方案,即全部的智能视频分析都依靠软件系统来完成,即所有的图像信号全部传到后端的软件进行处理。由于进行视频分析需要比较高的帧率,所以有巨大的视频信息需要进行传输,因而对网络的要求很高;而后端软件系统需要完成所有的视频分析功能,从目标提取到生成目标数据信息,再进行目标数据分析处理与识别,并产生预/报警,最后进行警报发送、关联录像和联动输出。这种智能视频分析处理平台的后端软件对系统硬件的要求较高,需要购买价格贵的高端服务器,而每一台服务器能够处理的智能事件数量和摄像机数量也非常有限。如果前端是模拟摄像机的系统,就需要增加视频服务器或视频采集卡。

通常,智能视频分析处理平台应用在视频资源相对较多的地方,如一个地市级城市至少有好几千甚至上万个摄像机,这种规模才能具有挖掘视频资源的价值;并且,摄像机的安装地点、区域、位置具有典型性和普遍性,如在一个城市想要通过车牌识别来了解一辆汽车行踪,肯定要对主要出入口、主要街区、主要停车场等安装有车牌识别功能的产品,这将由后台数据库提供强大的分析的统计功能才能实现。此外,智能视频分析处理服务平台应提供二次开发的接口,就像电信有许多增值运营商一样,即使得能有足够多的第三方力量能共同挖掘其应用。

智能视频分析处理平台需通过运行在后端服务器的视频管理软件对前端摄像机传输回来的视频流进行智能化的视频分析,从而实现对前端视频信息的智能化处理;在采用这种智能视频实现方式的系统中,前端视频设备的职责是完成摄像的基本功能,只负责将前端摄像机拍摄的视频信息传输至后端,而不进行任何分析工作,这样前端视频设备的压力很小;相反,对于后端服务器或后端管理软件,则不但需要负责日常视频的实时浏览、视频录像即回放和日志事件的管理,同时还要负责对各路视频进行智能分析、处理与识别。显然,在这样的大型视频监控系统中,单纯采用智能视频分析处理平台这种方式,对后端管理资源会带来较大压力,必须要通过提高后端设备性能来缓解,如提高服务器配置、增加服务器数量等。因此,对于这个需求,单纯采用后端视频分析、处理与识别的方式难于满足。因为成千上万路的视频源所带来的巨大视频分析压力需要数量巨大的后端的管理资源来负担,其成本难以估量;而单纯采用前端设备的智能分析、处理与识别的方式,则难以实现与GPS地图和警务系统等集成的功能。所以,采用前端设备与后端软件平台相结合的智能视频实现方式,则能很好地满足用户的需求。

这样,在大型视频监控系统的前端,嵌入在网络摄像机内部的智能视频检测、处理与识别功能,充分利用了网络摄像机的富余的CPU资源,无需大量视频分析计算,也无需添加任何辅助分析仪器,从而实现前述的当摄像机被遮挡、视频丢失、视频变换、焦距丢失、镜头被喷涂等情况下的主动预/报警功能,以及重点区域的移动侦测功能;同时,网络摄像机集成的数字I/O端口则可在前端实现与报警器、探测器的联动功能,满足综合安保一体化的功能。显然,在本地的企事业单位,还可安置不同应用的智能化功能的智能网络视频服务器与智能网络DVR。

在这种大型视频监控系统的后端服务器,视频管理软件处理平台,则可嵌入最复杂的高端智能软件,可将资源集中于系统集成性上,以及与大型数据库的连接上,以实现视频监控系统与GPS、GIS电子地图系统、警务管理系统以及办公管理系统、电话系统等的无缝集成上。从而实现在发生前端视频异常或预/报警时,能通过OUTLOOK向相关人员发送电子邮件,上传图像,同时通过GPS、GIS电子地图实现地点精确定位,并联动警务系统查找相关区域负责警员,再由电话系统自动拨打警员电话,以通知其迅速响应与处理。

由此可知,只有将所需的智能视频功能,均匀分布在视频监控系统的各个环节,才能使智能网络视频监控系具有既高效又平衡的高性价比的效果。

结语

由上看出,智能视频监控系统的四种产品形态,都是一个大型的智能网络视频监控系统所需要的。正如上面所说,只有将所需的智能视频功能,均匀分布在视频监控系统的各个环节,才能使智能网络视频监控系统具有既高效又平衡的高性价比的效果。这是前、后端设备相结合实现智能化的方式,是现代平安城市建设的需要,是我们信息化社会发展的需要,也是世界反恐斗争的需要。

因此,这种智能化网络视频监控系统,还必须向着适应更为复杂和多变的场景发展;向着分析和识别更多的行为和异常事件的方向发展;向着更低的成本方向发展;向着真正“基于场景内容分析”的方向发展。总之,必须要实现从被动监控向主动监控的方向发展。所以,我国各安防监控技术公司,必须重视视频监控系统智能化功能的创新开发,尽快为各种应用开发出所需的智能视频监控系统的产品形态。

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