视频监控的发展历程及新趋势

视频监控的发展历程及新趋势

[日期：2011-05-12] 来源：视频侦查大队作者：llw bjc [字体：大中小] 20世纪80年代，安全技术防范在我国民用领域率先兴起，视频监控成为当时最主要的技术防范手段之一。当时的视频监控技术比较简单，都是直接采用视频同轴电缆将视频图像从前端监控点传回监控中心，并逐一显示在监视器上。随着监控点的增多问题随之显现出来: 视频显示设备和录像设备的大幅增多，增加了建设成本，加大了管理难度。

为了方便管理，提高监控效率，人们引入了视频矩阵技术，即将视频图像从任意一个输入通道切换到任意一个输出通道。视频矩阵的出现，解决了大量视频图像的切换显示和分配共享等问题。视频采集(摄像机)、视频传输(视频同轴电缆)、视频管理(矩阵)、视频显示(监视器)和视频录像(录像机)就构成了一个基本的视频监控系统。

到了90年代，随着对视频监控系统要求的提高以及视频监控应用在诸多领域的普及，视频监控技术也有了飞速发展，不仅实现了远距离监控，还实现了视频联网监控。光端机的出现解决了视频图像远距离传输的问题。

视频联网监控是远距离大范围监控发展到一定阶段的产物，视频联网监控使人们对远距离大范围监控以及视频资源共享的迫切需求得到了满足。初期矩阵之间的联网是通过RS232/422低速数据的通讯来完成的，其缺陷是: RS232/422数据的传输速率低、节点不能任意编号、不支持远程管理使联网规模受到限制; 后期开发的IP联网控制功能，即联网控制数据则走IP通道，视频图像数据走光纤通道，弥补了RS232/422联网的缺陷，增强了视频联网的扩容能力。

无论是RS232/422方式的矩阵联网，还是IP方式的矩阵联网，其核心都是基于模拟矩阵+光端机的视频联网监控系统。模拟矩阵历经10多年的发展完善，

以其成熟的技术、稳定的表现、简易的操作占据市场主流近10年，但是模拟视频技术的发展已接近极限，基于模拟视频的技术瓶颈，随着监控范围和系统规模的不断扩大，问题和局限也就越来越多的暴露出来。

视频信号在多级传输中，需要经过多次的A/D、D/A转换，每次转换都会导致视频信号一定程度的损耗，系统规模越大，传输层次越多，传输距离越长，视频损耗就越严重，导致图像质量无法保证。

视频监控系统中需要加入多种的大量的中间接入设备，如光端机、矩阵、视分器等等，且其中大部分设备不具备网管功能，无法实时侦测设备运行状态，设备故障也不能自动查找。

所以基于模拟矩阵的视频联网监控系统在面对大容量、大规模、多层次的联网监控需求时显得力不从心，限于模拟视频的技术瓶颈，无法解决根本问题，这使得人们不得不去开发新型的联网监控技术。

随着数字技术与网络技术的发展，视频监控技术也进入了全数字化与网络化阶段，这使得传统监控系统中视频图像的传输与管理实现了统一。

数字化视频最初是从硬盘录像机开始的，视频压缩技术是硬盘录像机最核心的技术。目前在视频监控领域，主流的压缩标准采用H.264，资料显示H.264视频压缩标准以其高效率的编码效率和传输性能，在视频监控领域得到了广泛应用。

随着网络技术在我国的普及，人们又提出了网络虚拟矩阵的全数字化矩阵概念。网络虚拟矩阵是以IP网络为媒质，基于TCP/IP协议，采用网络视频编解码器、网络交换机、路由器、网络视频存储设备、网络视频管理平台所构建的基于IP网络的全数字网络监控平台。全数字网络监控系统的显着优势在于充分发挥

了数字技术和网络技术的特性，在很多方面解决了模拟矩阵技术无法解决的难题，例如:视频的无损交换、复制与存储; 远距离监控与任意扩展; 支持任意网络拓扑结构。全数字化的网络监控还简化了管理层次，全网视频统一管理与后台的灵活应用等显着优势使得全数字的网络监控平台在2000年以后逐步成为安防监控的主流。

但是这种基于IP网络的全数字网络监控技术远非完美:

首先，基于IP网络的带宽限制，我们必须将数字视频进行压缩处理，即以牺牲图像质量(延时、误码、丢帧等)来完成视频的数字化和网络化。图像质量下降，将导致无法为公安机关执法部门提供强有力的视频图像支持，不能满足技防实战的需求。

其次，IP网络本身并不是为视频、音频这样的实时大容量业务传输而设计的，网络虚拟矩阵简单的将视频流打包成IP数据包通过普通的网络设备(交换机、路由器等)进行数据交换，这导致了在实际应用中许多不尽人意的地方，包括图像质量、实时性、准确性、控制失灵、延迟抖动等。

最后，网络技术的复杂性加大了管理、使用和维护难度，IP网络使得安防监控系统最关注的安全性无法得到保证。

所以，基于IP网络的全数字化网络监控方案虽然能够支持任意网络拓扑结构，实现全网视频的统一管理与远距离监控，满足大规模监控和多层次管理需求，但基于IP网络的特性，我们必须以牺牲视频图像的高质量、视频监控的实时性和安全性为代价来完成视频监控的数字化与网络化。那么还有更好的视频监控技术，既能够保证视频的高质量，无延时，又能够具备数字化网络系统特性吗?

现在视频监控行业有出现了一种将非压缩视频+光纤网络和压缩视频+IP网

络相结合的技术手段，这种新技术是将模拟摄像机视频进行数字化编码，但不做压缩，数字化后的视频信号通过光纤网络进行传输。根据高速非压缩数字视频的传输与交换原理，实现非压缩视频的采集、传输与交换。同时将非压缩视频传输管理与压缩视频应用(存储、桌面浏览等)进行无缝结合，从而解决图像质量与视频资源的管理和应用两者间的矛盾。

这种方式与IP网络监控相同的是: 全网图像任意节点接入，任意节点输出，实现了全网图像的无损传输、无损交换和资源共享以及后台应用。与IP网络监控不相同的是: 图像未经压缩保证了图像的高质量、实时性和准确性，以及改善整个监控网络的安全性。

前面我们回顾了视频监控技术的发展历程，现在我们了解一下视频监控技术新的发展潮流：高清视频技术与视频智能分析技术。

怎么定义高清视频呢?

近几年“高清”的概念在视频监控行业火热以来，越多来越多的厂商开始推出“高清”化的产品。透过市场上品类繁多的“高清”背后，我们发现，有很多产品对“高清”的指标理解不一，表现效果也是千差万别。那么，视频监控行业“高清”的概念究竟是什么呢?

根据美国电影电视工程师协会(SMPTE)、国际电联(ITU)和我国国家广电的相关定义，真正的高清视频格式目前主要有三种：720P(1280*720分辨率，16:9

宽屏显示，逐行扫描/60Hz);1080i(1920*1080分辨率，16:9宽屏显示，隔行扫描/60Hz);1080P(1920*1080分辨率，16:9宽屏显示，逐行扫描/60Hz)。其中，1 080P是目前最高等级的高清视频清晰度标准。

由于高清正在起步，难免会有概念误导，因此需要在此澄清一下：1)将D1(7 20×576)宣传成高清的误导，事实上真正的高清目前只有720P、1080i、1080P 三种或超过这三种分辨率的;2)将DVR以多路D1画面合成高清视频输出的功能宣传成高清的误导，事实上真正的高清是从前端开始的，每一路图像都达到高清分辨率，只有这样才能保证视频采集、编码、传输、浏览、录像、回放等全面高清;3)某些高清网络摄像机以静态像素来宣传而不是以动态分辨率来宣传的误导，如500万像素摄像机，实际上其动态分辨率只有100万像素;4)对用户而言，高清视频监控只有在前端、平台、存储、浏览、显示等各个环节针对高清开发设计才有意义，因此高清视频监控必须依托完整的高清整体解决方案，而不仅仅是提供单纯的高清摄像机。

细节决定成败，“看得更清”是高清视频监控的目标。不同的行业、不同的场合对图像清晰度的要求不同，如在车水马龙的闹市区如何看清一个人的面部特征、看清楚车辆的牌照、甚至车辆细节等是很重要的;在城市道路交叉口、道路区间、在高楼大厦的大厅内，拥挤喧闹的出入口、停车库的出入口、高速公路、体育场馆等场合，高清视频监控大大提升系统的应用价值。我们可以很明显的从分辨率、场景大小、明暗程度以及细节程度等几个方面区分高清和标清的区别。

前面介绍了高清视频技术，那么什么是视频智能分析技术呢?

将视频分析技术引入视频监控即“智能分析视频监控”。智能分析视频监控技术是最前沿的应用之一，体现着未来视频监控系统全面走向数字化、智能化、多元化的必然发展趋势。

智能视频(IV，IntelligentVideo)技术源自计算机视觉(CV，ComputerVisio n)与人工智能(AI，ArtificialIntelligent)的研究，其发展目标在于将图像与事件描述之间建立一种映射关系，通过“智能视频分析”使计算机从纷繁的视频

图像中分辩、识别出关键目标物体，这一研究应用于安防视频监控系统、将能借助计算机强大的数据处理能力过滤掉图像中无用的或干扰信息、自动分析、抽取视频源中的关键有用信息，从而使传统的监控系统中的摄像机不但成为人的眼睛，而且成为人的大脑，并具有更为“聪明”的学习思考方式。这一根本性的改变，可极大地发挥与拓展视频监控系统的作用与能力，使监控系统具有更高的智能化，大幅度降低资源与人员配臵，同时，必将全面提升安全防范工作的效率。

介绍了高清视频和视频智能分析两种最新的视频监控技术，那么这两者有和联系呢?

其实，这两者技术相辅相成的，高清视频技术可以给我们带来高清晰、无延时的包含丰富完整信息的高质量视频源，而智能分析技术则可以通过智能化的信息挖掘给我们带来多样化的应用。没有高质量的视频源，视频智能分析就会因为视频分辨率的问题大大降低准确率，就会因为场景问题，大大减少信息量;相反没有视频智能分析，那我们的高清视频应用就仅仅停留在“看”的初级阶段，而没有上升到“用”的高级阶段。

高清及智能分析技术应用分析

前面详细介绍了高清视频技术和智能分析技术，那么这两种技术在我们执法过程当中如何应用呢?（下面以常用的道路交通视频应用为例进行分析，从广义上看，发现道路交通违法行为也是视频侦查的重要组成部分）

显而易见，视频图像不仅是最直观的交通信息，同时也是信息量最大的交通信息源，“一幅图像胜过千言万语”。做为交通管理及执法部门所关心的交通信息，无一不是围绕着道路上的车辆和行人的信息。公安部2009年6月5日发布的《道路交通安全违法行为图像取证技术规范》(GA/T832-2009)更充分说明视频图像的重要性。

以往，由于受到技术条件的限制，我们普遍使用40万像素的模拟摄像机或I P摄像机，数字图像最高分辨率也只能达到720*576的D1模式。在一些特定的条件下，可以用来捕获车牌、事件等信息，但是更多的情况下，尤其在较为复杂动态场景中，通过视频图像能够看到被监控场景中的车辆、人、物体或发生的事件等信息，但却无法分辨清楚车辆细节、人物特征等，最终的结果就是“看得见，看不清”，更谈不上从这样的视频图像中获取其它更多的信息。对交通事故回查和案件的侦破无法提供更多的细节支持。

高清视频技术的应用，提高了图像的分辨率，高分辨率的视频图像，令图像的细节更加清晰和细腻。高清视频监控图像不仅丰富视频图像本身，同时也拓宽了视频应用的范围。许多基于标清视频无法实现的功能，通过高清视频技术得以实现。

以车牌识别应用为例，目前常用的车牌识别系统采用标清摄像机，1台摄像机只能覆盖1条车道检测，对于双向4车道，需要配臵4台摄像机，外加2台全景摄像机，而且系统大多采用线圈触发方式，在中心只能获得单一的车牌图片信息，浪费了宝贵的视频图像资源。

而采用200万像素的高清摄像机，我们可以通过先进的视频检测方式，1台摄像机可以覆盖2条车道检测(约7.5米)，对于双向4车道只需配臵2台摄像机即可完成对全部车道上行驶的车辆牌照检测。在中心不但可以获得多张高清晰车牌图片，还能实时监控整个交通场景现状;高清摄像机监控场景大，覆盖范围宽，在满足车牌识别应用的同时，还可以实现对监控场景内交通流量检测和交通事件检测。结合交通信号控制系统，还能够供交通违法行为检测应用，相当于实现了过去五个业务系统的全部功能。在此基础上，系统还可以为其它业务应用提供上述基础数据和信息，通过对各类交通数据进行重新采样、扩展和综合利用，实现上层业务应用的扩展和延伸。

通过视频智能分析技术从路口传回的高清视频信号中自动检测出上述事件，还可以记录事件检测数据(包括记录编号、设备编号、事件开始时间、事件结束时间、事件类型、事件图像坐标、检测地点、检测方向等)，提供为事件视频库服务的事件视频图像指针信息。

所有这些，既是道路交通数图像视频应用的一部分，也是视频侦查的重要组成部分。目前，标清视频监控系统也在积极采取一些技术手段弥补图像分辨率过低导致的系统缺陷。但是由于前端成像元件本身分辨率过低的限制，因此标清视频监控系统在实现上述几项功能时，如违法自动抓拍的有效率、车牌识别的准确率、录像中各类行为细节的体现等与高清视频监控系统是无法比拟的。

一套系统实现多项功能、高效率的运行都是由于引入了高清视频技术以及视频智能分析技术所带来的。因此，基于高清视频技术的视频智能分析系统，可以帮助公安机关在一个监测信息点，同时实现对高清视频图像、车辆信息、交通流数据、交通事件、违法行为检测等多种交通数据信息的综合采集应用，可以改变在交通管理方面一套系统只能实现单一功能，视频基础数据利用率低的现状。建立一套基于高清、智能视频图像系统，实现交通视频监控、事件检测、流量检测、违法监测和卡口监测等多项功能。

展望未来，高清智能视频监控系统必将成为行业中的一个发展主流，将逐渐成为公安交通管理及其他公安工作的一把利剑。高清智能视频监控系统的全面推行，必将成为视频侦查工作顺利开展的不竭源泉和强大动力。