引言

一、 

    隨著通信、計(jì)算機(jī)、多媒體技術(shù)的發(fā)展，以及安防、金融、教育等行業(yè)日益增漲的客戶需求，大型的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)正在全國(guó)各地迅速地建設(shè)起來(lái)。視頻監(jiān)控在經(jīng)歷了模擬監(jiān)控、數(shù)模結(jié)合監(jiān)控、全數(shù)字化監(jiān)控的發(fā)展后，正朝著網(wǎng)絡(luò)化、平臺(tái)化、大型化、綜合化的方向發(fā)展。

    傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)已無(wú)法滿足新的業(yè)務(wù)需求與新的業(yè)務(wù)模式。視頻監(jiān)控的發(fā)展，越來(lái)越需要各種技術(shù)的綜合，并且不斷創(chuàng)新。未來(lái)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將是各種先進(jìn)技術(shù)的集大成者。下面簡(jiǎn)要闡述目前視頻監(jiān)控需要用到的各種主流技術(shù)。

二、 流媒體技術(shù)

    實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視與錄像回放是視頻監(jiān)控的兩大重要基本業(yè)務(wù)，其本質(zhì)是將視頻源上的多媒體數(shù)據(jù)傳送到視頻接收端。實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視要求完成視頻的實(shí)時(shí)傳輸，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性；錄像回放則類似于VOD業(yè)務(wù)，具有一定的實(shí)時(shí)性（但并非很強(qiáng)），要求畫(huà)面清晰流暢，并且能完成各種播放控制操作。

    我們可以將前端的攝像機(jī)看成是實(shí)時(shí)的A/V源，而將錄像文件看成是存儲(chǔ)的A/V文件，那么目前解決此類問(wèn)題的一個(gè)很好的辦法便是運(yùn)用流媒體技術(shù)。

    我們知道，流式傳輸及流媒體（Streaming Media）是為了解決信息傳輸實(shí)時(shí)性問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的。流式傳輸主要指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸媒體（如音頻、視頻等）的技術(shù)總稱，其特定含義為通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將音視頻等信息傳輸?shù)接脩艚K端播放時(shí)，無(wú)須等全部文件下載完畢才可播放，而是將連續(xù)的音視頻信息壓縮后放于服務(wù)器，用戶終端播放時(shí)只要將開(kāi)始部分的內(nèi)容存入其內(nèi)存，其余數(shù)據(jù)流由用戶終端在后臺(tái)繼續(xù)接收并播放，直至播放完畢或用戶中止操作。這樣，用戶播放媒體的等待時(shí)間將顯著減少，且無(wú)須太大緩存。流媒體指使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時(shí)基媒體。

    流式傳輸主要是為了區(qū)別于下載傳輸而提出的。傳統(tǒng)的下載轉(zhuǎn)輸方式有兩個(gè)基本條件，一是基于文件操作，二是文件要全部下載后才能使用（播放）。對(duì)于實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視而言，不存在文件的概念，因此無(wú)法用“下載”的方式實(shí)現(xiàn)。對(duì)于錄像業(yè)務(wù)，錄像數(shù)據(jù)可以以文件形式存在，但是，如果錄像數(shù)據(jù)如果必須等完全下載后才能播放的話，會(huì)帶來(lái)很大的時(shí)延，用戶無(wú)法忍受。所以，比較理想的方式是采用流式傳輸。

    實(shí)現(xiàn)流式傳輸有順序流式傳輸（Progressive Streaming）和實(shí)時(shí)流式傳輸（Realtime Streaming）兩種方法。視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)主要采用實(shí)時(shí)流式傳輸。

圖 1 采用流媒體技術(shù)的視頻監(jiān)控示意圖

    圖 1為采用流媒體技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以看成是一臺(tái)提供實(shí)時(shí)A/V源的服務(wù)器，當(dāng)用戶請(qǐng)求進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視時(shí)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用實(shí)時(shí)流式傳輸方式向用戶終端傳送監(jiān)控畫(huà)面。考慮到多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)將帶來(lái)流量瓶頸等問(wèn)題，可以使用視頻服務(wù)器來(lái)進(jìn)行中轉(zhuǎn)，讓視頻服務(wù)器來(lái)提供強(qiáng)大的負(fù)載能力。

    以上只是原理性的簡(jiǎn)要說(shuō)明。上述方案可以滿足小型的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但在大型的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控前端設(shè)備與用戶終端的數(shù)目都非常龐大，除了增加考慮組播、廣播等方案外，更需要一套完善的媒體分發(fā)、調(diào)度機(jī)制來(lái)保證媒體的高效傳送。在這方面，目前尚無(wú)現(xiàn)成的成熟方案，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織（CCSA）正對(duì)此展開(kāi)積極研究，以便為未來(lái)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的媒體傳送機(jī)制。

Presence可以很好地為服務(wù)于視頻監(jiān)控技術(shù)

    提到Presence，大家首先想到的肯定是即時(shí)通信（IM）。而Presence技術(shù)與視頻監(jiān)控的結(jié)合似乎是一個(gè)比較新的提法。以傳統(tǒng)方式來(lái)思考，似乎兩者沒(méi)有太大瓜葛。其實(shí)不然，Presence可以很好地為服務(wù)于視頻監(jiān)控。

    Presence，也作“Presence Information”，中文一般譯為“呈現(xiàn)”，用以傳達(dá)用戶狀態(tài)以及用戶通過(guò)一組設(shè)備進(jìn)行通信的能力。Presence最常用于即時(shí)通信工具中，比如，在很多IM軟件中有：聯(lián)機(jī)、忙碌、離開(kāi)、顯示為脫機(jī)等狀態(tài)。這些便稱為“Presence狀態(tài)”，它們表征了用戶當(dāng)前所處的某種狀態(tài)。同時(shí)，這些狀態(tài)還反映出與該用戶與其他用戶進(jìn)行通信的能力，比如若用戶處于“脫機(jī)”狀態(tài)的話，別的用戶便不能用即時(shí)消息與之通信。

     一個(gè)最簡(jiǎn)單的Presence過(guò)程如下：一個(gè)用戶（稱為Watcher）訂閱（SUBSCRIBE）他感興趣的另一用戶（Presentity）的Presence狀態(tài)，Presentity接受訂閱請(qǐng)求。以后Presentity的狀態(tài)發(fā)生變化之后他會(huì)發(fā)布（PUBLISH）自己的新?tīng)顟B(tài)，這個(gè)新?tīng)顟B(tài)會(huì)通知（NOTIFY）給Watcher。下圖給出的是RFC2778提出的Presence模型。

圖 2 RFC2778 Presence模型

    從系統(tǒng)的角度來(lái)看，視頻監(jiān)控中的各個(gè)監(jiān)控前端設(shè)備與IM系統(tǒng)中的用戶有很多相似之處，比如說(shuō)，系統(tǒng)應(yīng)時(shí)刻了解各監(jiān)控前端設(shè)備：（1）是否已登錄到系統(tǒng)；（2）具備什么樣的能力集（比如支持何種編碼方式，是否支持加密，是否支持遠(yuǎn)程PTZ控制）；（3）是否正在被用戶訪問(wèn)，以及被哪些用戶訪問(wèn)等等。

    不難發(fā)現(xiàn)，以上這些“狀態(tài)”的維護(hù)正是Presence技術(shù)的擅長(zhǎng)之處。可見(jiàn)，如果能將Presence的技術(shù)成果運(yùn)用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，將會(huì)帶來(lái)很大的方便。

智能視頻監(jiān)控是網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控領(lǐng)域最前沿的應(yīng)用模式之一

    智能視頻（IV，Intelligent Video）源自計(jì)算機(jī)視覺(jué)（CV，Computer Vision）技術(shù)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是人工智能（AI，Artificial Intelligent）研究的分支之一，它能夠在圖像及圖像描述之間建立映射關(guān)系，從而使計(jì)算能夠通過(guò)數(shù)字圖像處理和分析來(lái)理解視頻畫(huà)面中的內(nèi)容。

    視頻監(jiān)控中所提到的智能視頻技術(shù)主要是指：“自動(dòng)的分析和抽取視頻源中的關(guān)鍵信息。”如果把攝像機(jī)看作人的眼睛，而智能視頻系統(tǒng)或設(shè)備則可以看作人的大腦。

    建造視頻監(jiān)控系統(tǒng)的目的，一是為了視覺(jué)上的延伸——把處于別地的畫(huà)面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備“拉近”到眼前，因此有了遠(yuǎn)程監(jiān)控；二是為了智力上的延伸——讓系統(tǒng)自動(dòng)為我們分析問(wèn)題并解決問(wèn)題，于是有了智能監(jiān)控。當(dāng)然，后者是更高層次上的要求，但也是視頻監(jiān)控今后發(fā)展的必然要求。

    傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)缺乏智能，在很大程度上依賴于人的判斷。然而，人類有著自身難以克服的弱點(diǎn)，比如：（1）人力有限，人的反應(yīng)與處理速度有限，導(dǎo)致我們?cè)谥付ǖ臅r(shí)間內(nèi)能夠進(jìn)行監(jiān)視的地點(diǎn)有限。這也就意味著各個(gè)被監(jiān)控點(diǎn)并非每時(shí)每刻都處于監(jiān)控當(dāng)中。（2）人并非一個(gè)可以完全信賴的觀察者，無(wú)論是在觀看實(shí)時(shí)的視頻流還是在觀看錄像回放的時(shí)候，由于自身生理上的弱點(diǎn)，我們經(jīng)常無(wú)法察覺(jué)安全威脅，從而導(dǎo)致漏報(bào)現(xiàn)象的發(fā)生。

    從上述分析來(lái)看，當(dāng)開(kāi)展大規(guī)模視頻監(jiān)控以后，智能監(jiān)控實(shí)際上已不是可有可無(wú)的裝飾品，而是系統(tǒng)所必備的一種能力。否則，巨大的投資將由于缺乏人力資源的跟進(jìn)以及人類自身的弱點(diǎn)，而有可能變?yōu)橐环N浪費(fèi)。

智能視頻技術(shù)可以在很多地方得到應(yīng)用。比如：

（1）高級(jí)視頻移動(dòng)偵測(cè)：在復(fù)雜的天氣環(huán)境中（例如雨雪、大霧、大風(fēng)等）精確地偵測(cè)和識(shí)別單個(gè)物體或多個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況，包括運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)特征等。

（2）物體追蹤：偵測(cè)到移動(dòng)物體之后，根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況，自動(dòng)發(fā)送PTZ控制指令，使攝像機(jī)能夠自動(dòng)跟蹤物體，在物體超出該攝像機(jī)監(jiān)控范圍之后，自動(dòng)通知物體所在區(qū)域的攝像機(jī)繼續(xù)進(jìn)行追蹤。

（3）人物面部識(shí)別：自動(dòng)識(shí)別人物的臉部特征，并通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)檔案進(jìn)行比較來(lái)識(shí)別或驗(yàn)證人物的身份。此類應(yīng)用又可以細(xì)分為“合作型”和“非合作型”兩大類。“合作型”應(yīng)用需要被監(jiān)控者在攝像機(jī)前停留一段時(shí)間，通常與門(mén)禁系統(tǒng)配合使用。 “非合作型”則可以在人群中識(shí)別出特定的個(gè)體，此類應(yīng)用可以在機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站、體育場(chǎng)館等安防應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮很大的作用。

（4）車(chē)輛識(shí)別：識(shí)別車(chē)輛的形狀、顏色、車(chē)牌號(hào)碼等特征，并反饋給監(jiān)控者。此類應(yīng)用可以用在被盜車(chē)輛追蹤等場(chǎng)景中。

（5）非法滯留：當(dāng)一個(gè)物體（如箱子、包裹、車(chē)輛、人物等）在敏感區(qū)域停留的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或超過(guò)了預(yù)定義的時(shí)間長(zhǎng)度就產(chǎn)生報(bào)警。典型應(yīng)用場(chǎng)景包括機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站、地鐵站等。

（6）交通流量控制：用于在公路上監(jiān)視交通情況，例如統(tǒng)計(jì)通過(guò)的車(chē)數(shù)、平均車(chē)速、是否有非法停靠、是否有故障車(chē)輛等等。

視頻監(jiān)控?zé)o線傳輸技術(shù)

    如果被監(jiān)控點(diǎn)和中央控制中心相距較遠(yuǎn)且位置較分散，利用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布線的方式不但成本非常高，而且一旦遇到河流山脈等障礙時(shí)，有線網(wǎng)絡(luò)更是束手無(wú)策。此時(shí)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)就能體現(xiàn)出來(lái)。利用無(wú)線網(wǎng)橋技術(shù)，可以將多個(gè)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)與中央控制中心連接起來(lái)，且搭建迅速，可以在最短的時(shí)間內(nèi)迅速建立起無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路。

    在無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要扮演連接被監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心數(shù)據(jù)傳輸鏈路的角色。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以將遠(yuǎn)程的多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備連接起來(lái)，進(jìn)行視頻傳輸；同時(shí)，由于監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)視頻質(zhì)量要求較高，如何在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸穩(wěn)定高質(zhì)量的視頻信息也是無(wú)線數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一；此外，從工程實(shí)現(xiàn)的角度考慮，橋接設(shè)備往往安裝在室外，如何對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離供電以及設(shè)備管理也是值得關(guān)注的問(wèn)題。

六、紅外熱成像技術(shù)

    人眼能夠感受到的可見(jiàn)光波長(zhǎng)為0.38～0.78微米。紅外線屬于波長(zhǎng)大于0.78微米的電磁波。自然界中，一切物體都會(huì)輻射不同波長(zhǎng)的紅外線，因此能夠利用特制的探測(cè)設(shè)備分別檢測(cè)出監(jiān)控目標(biāo)本身和背景之間的紅外線波長(zhǎng)，從而可以得到不同的紅外圖像，這紅外圖像稱為熱圖像。

    采用紅外熱成像技術(shù)，探測(cè)目標(biāo)物體的紅外輻射，并通過(guò)光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理等手段，將目標(biāo)物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像的設(shè)備被稱為紅外熱成像儀。

紅外熱成像儀在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用舉例：

1．夜間及惡劣氣候條件下的目標(biāo)監(jiān)控

    夜晚，需可見(jiàn)光工作的設(shè)備已經(jīng)不能正常工作，如果采用人工照明，則容易暴露目標(biāo)。若采用微光夜視設(shè)備，它同樣也工作在可見(jiàn)光波段，依然需要外界光照明。而紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的紅外熱輻射，無(wú)論白天黑夜均可以正常工作，并且也不會(huì)暴露自己。同樣在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)短，克服障礙的能力差，因而觀測(cè)效果差，但紅外線的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，特別是工作在8～14um的熱成像儀，穿透雨、霧的能力較強(qiáng)，因此在夜間以及惡劣氣候條件，采用紅外熱成像監(jiān)控設(shè)備仍可以正常地對(duì)各種目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控。

2．防火監(jiān)控

    由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設(shè)備，因此除了夜間可以作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控使用外，還可以作為有效的防火報(bào)警設(shè)備。很多火災(zāi)往往是由不明顯的隱火引發(fā)的。用現(xiàn)有的普通方法，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災(zāi)苗頭。而應(yīng)用紅外熱成像儀可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火，并且可以準(zhǔn)確判定火災(zāi)的地點(diǎn)和范圍，透過(guò)煙霧發(fā)現(xiàn)著火點(diǎn)，做到早知道、早預(yù)防、早撲滅。

    3．偽裝及隱蔽目標(biāo)的識(shí)別

    偽裝是以防可見(jiàn)光觀測(cè)為主，犯罪分子作案時(shí)通常會(huì)隱蔽在草叢及樹(shù)林中，由于野外環(huán)境的惡劣及人的視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的熱輻射，人體和車(chē)輛的溫度及紅外輻射一般都遠(yuǎn)大于草木的溫度及紅外輻射，因此不易偽裝，也不容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。

七、結(jié)束語(yǔ)

    視頻監(jiān)控實(shí)際上是一個(gè)非常龐大復(fù)雜的通信系統(tǒng)，涉及到方方面面的各種技術(shù)。以上列舉的是筆者認(rèn)為相對(duì)比較重要的一些技術(shù)。所有這些技術(shù)都在不斷發(fā)展之中，它們的發(fā)展直接推動(dòng)著視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。