視頻監(jiān)控作為一種傳統(tǒng)視頻技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用，目前在國(guó)內(nèi)外已引起了越來越多的關(guān)注。本文對(duì)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)作了簡(jiǎn)單的介紹與回顧，指出當(dāng)前視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)在需求上的轉(zhuǎn)變，以及與視頻監(jiān)控相關(guān)的一些技術(shù)的進(jìn)展情況，然后指出當(dāng)前視頻監(jiān)控系統(tǒng)所面臨的主要問題，以及為了解決這些問題所帶來的未來技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。
引言
視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)具有悠久的歷史，在傳統(tǒng)上廣泛應(yīng)用于安防領(lǐng)域，是協(xié)助公共安全部門打擊犯罪、維持社會(huì)安定的重要手段。近年來，隨著寬帶的普及，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，圖像處理技術(shù)的提高，視頻監(jiān)控正越來越廣泛地滲透到教育、政府、娛樂、醫(yī)療、酒店、運(yùn)動(dòng)等其他各種領(lǐng)域。
業(yè)務(wù)簡(jiǎn)介
視頻監(jiān)控的基本業(yè)務(wù)功能是提供實(shí)時(shí)監(jiān)視的手段，并對(duì)被監(jiān)視的畫面進(jìn)行錄像存儲(chǔ)，以便事后回放。在此基礎(chǔ)上，高級(jí)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)監(jiān)控裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并能接收?qǐng)?bào)警信號(hào)，進(jìn)行報(bào)警觸發(fā)與聯(lián)動(dòng)。業(yè)務(wù)功能如圖1所示。
圖1 視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)功能示意圖
最早的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是全模擬的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，也稱閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）。圖像信息采用視頻，以模擬方式傳輸，一般傳輸距離不能太遠(yuǎn)，主要應(yīng)用于小范圍內(nèi)的監(jiān)控，監(jiān)控圖像一般只能在控制中心查看。全模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)以模擬視頻矩陣和磁帶式錄像設(shè)備VCR為核心。
隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)從20世紀(jì)90年代中期開始出現(xiàn)，以數(shù)字控制的視頻矩陣替代原來的模擬視頻矩陣，以數(shù)字硬盤錄像機(jī)DVR替代原來的長(zhǎng)延時(shí)模擬錄像機(jī)，將原來的磁帶存儲(chǔ)模式轉(zhuǎn)變成數(shù)字存儲(chǔ)錄像，實(shí)現(xiàn)了將模擬視頻轉(zhuǎn)為數(shù)字錄像。DVR集合了錄像機(jī)、畫面分割器等功能，跨出數(shù)字監(jiān)控的第一步。在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了全數(shù)字的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以基于PC機(jī)或嵌入式設(shè)備構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)，并進(jìn)行多媒體管理。這類系統(tǒng)是目前視頻監(jiān)控市場(chǎng)的主流。
隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及，視頻監(jiān)控逐漸從本地監(jiān)控向遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展，出現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器為代表的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器解決了視頻流在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸問題，從圖像采集開始進(jìn)行數(shù)字化處理、傳輸，這樣使得傳輸線路的選擇更加多樣性，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方，就提供了圖像傳輸?shù)目赡堋Ｕ麄�(gè)系統(tǒng)趨向平臺(tái)化、智能化。很多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)已開始涉足此類視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)，目前尚屬市場(chǎng)起步階段。圖2給出了一種目前比較常用的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖。
圖2 目前比較常用的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)
圖中管理中心和監(jiān)控前端、監(jiān)控中心是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分，無線網(wǎng)絡(luò)部分則是視頻監(jiān)控和其他系統(tǒng)互通的一個(gè)示例。當(dāng)然視頻監(jiān)控系統(tǒng)和其他業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)共同使用時(shí)，也可能會(huì)融為一體。
各組成部分的說明如下：
（1）監(jiān)控前端：用于采集被監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控信息，并可以配備報(bào)警設(shè)備。監(jiān)控前端可分為兩類：
1、普通攝像頭+視頻服務(wù)器。普通攝像頭可以是模擬攝像頭，也可以是數(shù)字?jǐn)z像頭。原始視頻信號(hào)傳到視頻服務(wù)器，經(jīng)視頻服務(wù)器編碼后，以TCP/IP協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)傳至其他設(shè)備。
2、網(wǎng)絡(luò)攝像頭。網(wǎng)絡(luò)攝像頭是融攝像、視頻編碼、Web服務(wù)于一體的高級(jí)攝像設(shè)備，內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議棧。可以直接連接到網(wǎng)絡(luò)。
（2）管理中心：承擔(dān)所有前端設(shè)備的管理、控制、報(bào)警處理、錄像、錄像回放、用戶管理等工作。各部分功能分別由專門的服務(wù)器各司其職。
（3）監(jiān)控中心：用于集中對(duì)所轄區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，包括電視墻、監(jiān)控客戶終端群組成。系統(tǒng)中可以有一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控中心。
（4）PC客戶端：在監(jiān)控中心之外，也可以由PC機(jī)接到網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
（5）無線網(wǎng)橋：無線網(wǎng)橋用于接入無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并訪問互聯(lián)網(wǎng)。通過無線網(wǎng)橋，可以將IP網(wǎng)上的監(jiān)控信息傳至無線終端，也可以將無線終端的控制指令傳給IP網(wǎng)上的視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)。目前常用的無線網(wǎng)絡(luò)為CDMA網(wǎng)絡(luò)。
業(yè)務(wù)需求的轉(zhuǎn)變
當(dāng)前，對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)而言，用戶對(duì)其功能的需求已經(jīng)體現(xiàn)出多元化與系統(tǒng)化。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的要求：
遠(yuǎn)程訪問。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控一般是在小范圍內(nèi)進(jìn)行，而目前用戶普遍要求訪問地點(diǎn)不受地域限制，能隨時(shí)隨地訪問被監(jiān)控地點(diǎn)。
多人同時(shí)訪問同一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)。傳統(tǒng)上，一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)一般是被一個(gè)監(jiān)控中心（用戶）所訪問。而目前，同一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)很可能會(huì)同時(shí)被多個(gè)用戶所訪問，并且這些用戶之間可能毫無關(guān)系。用戶訪問的復(fù)雜化將要求系統(tǒng)強(qiáng)化對(duì)訪問權(quán)限的管理。
監(jiān)控點(diǎn)趨向分散，同時(shí)監(jiān)控趨向集中。屬于同一用戶的監(jiān)控點(diǎn)越來越分散，不受地域所限。而對(duì)這些分散的監(jiān)控點(diǎn)，需要集中的管理與控制。
要求監(jiān)控系統(tǒng)具有開放性和擴(kuò)展性。同一系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)支持多種不同類型的監(jiān)控，用戶數(shù)、被監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量可以方便地增減。
海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)化使得傳統(tǒng)的本地錄像功能可以轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)程服務(wù)器上來實(shí)現(xiàn)，使得海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成為可能。同時(shí)，也要求系統(tǒng)具備更強(qiáng)的存儲(chǔ)、檢索和備份等功能。
信息安全。系統(tǒng)復(fù)雜化，用戶的多元化，加上視頻監(jiān)控本身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)必然要求對(duì)系統(tǒng)對(duì)信息安全提供有力的保證。
智能視頻監(jiān)控。未來的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將不僅僅局限于被動(dòng)地提供視頻畫面，更要求系統(tǒng)本身有足夠的智能，能夠識(shí)別不同的物體，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控畫面中的異常情況，以最快和最佳的方式發(fā)出警報(bào)和提供有用信息，從而更加有效地協(xié)助安全人員處理危機(jī)，并最大限度地降低誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象，成為應(yīng)對(duì)襲擊和處理突發(fā)事件的有力輔助工具。智能視頻監(jiān)控還可以應(yīng)用在交通管理、客戶行為分析、客戶服務(wù)等多種非安全相關(guān)的場(chǎng)景，以提高用戶的投資回報(bào)。
相關(guān)技術(shù)進(jìn)展
1、CMOS圖像傳感器技術(shù)的成熟
監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器正逐漸從傳統(tǒng)的CCD向CMOS轉(zhuǎn)變。這兩種傳感器各有長(zhǎng)短，但一直以來，CMOS傳感器的缺點(diǎn)漸漸減少。CMOS圖像傳感器低成本、高集成度為其主要特點(diǎn)，圖像質(zhì)量已不輸于CCD。與基于CCD的探頭相比，CMOS探頭的集成度更高，因?yàn)镃MOS傳感器集成了許多外圍處理功能，所需器件比CCD探頭少，且CMOS探頭的功耗要低得多。從整個(gè)系統(tǒng)來看，CMOS傳感器可將成本大大降低。
2、智能分析技術(shù)的發(fā)展
IEEE在圖像的智能分析等方面有比較大的成果，比如運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、人臉識(shí)別、目標(biāo)跟蹤等。
運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是指在指定區(qū)域能識(shí)別圖像的變化，檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的存在并避免由光線變化帶來的干擾。由于背景圖像的動(dòng)態(tài)變化，如天氣、光照、影子及混亂干擾等的影響，使得運(yùn)動(dòng)檢測(cè)成為一項(xiàng)相當(dāng)困難的工作。早期的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是對(duì)編碼后產(chǎn)生的I幀進(jìn)行比較分析，通過視頻幀的比較來檢測(cè)圖像變化。目前常用的方法有背景減除（Background Subtraction）、時(shí)間差分（Temporal Difference）、光流（OpticalFlow）、運(yùn)動(dòng)向量檢測(cè)法等。
3、芯片技術(shù)為視頻監(jiān)視產(chǎn)品提供新方案
IP攝像機(jī)通常集成了視頻捕獲、視頻編碼/處理和網(wǎng)絡(luò)接口功能。在視頻監(jiān)控市場(chǎng)，能夠支持這些功能的各種視頻信號(hào)處理器芯片性能差異很大，但也是最能突顯優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品。從功能需求最少的低端產(chǎn)品到高性能的采用多核數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）芯片的高端產(chǎn)品，針對(duì)不同的市場(chǎng)，對(duì)視頻信號(hào)處理器的要求差別很大。高性能的DSP芯片使視頻處理器性能得到極大提升。這些DSP是催生智能攝像機(jī)的關(guān)鍵要素。正因?yàn)檫@些DSP，IP視頻服務(wù)器才具備同時(shí)對(duì)多視頻流進(jìn)行智能管理的能力。
4、視頻壓縮格式越來越先進(jìn)
以前的數(shù)字視頻監(jiān)控的圖像格式主要以MJPEG與MPEG2為主。隨著圖像壓縮技術(shù)的提高，出現(xiàn)了越來越先進(jìn)的視頻壓縮格式，如MPEG-4，H.264，國(guó)內(nèi)正在大力發(fā)展具有自主產(chǎn)權(quán)的AVS編碼格式。視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展為視頻監(jiān)控在圖像傳輸、錄像存儲(chǔ)等方面帶來極大的好處。
面臨的主要問題與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
目前，大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)尚處于起步探索階段，網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化是視頻監(jiān)控的必然趨勢(shì)。面對(duì)這個(gè)大趨勢(shì)，目前的視頻監(jiān)控在一些關(guān)鍵技術(shù)方面，存在著不少不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1、媒體分發(fā)
目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)在視頻媒體的分發(fā)方面普遍處理得比較簡(jiǎn)單，一般采用用戶直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行訪問，或通過視頻服務(wù)器進(jìn)行簡(jiǎn)單的媒體轉(zhuǎn)發(fā)處理，而面對(duì)越來越龐大的用戶群，這種媒體傳送方式將會(huì)成為圖像傳輸?shù)钠款i。是否具備高效的媒體分發(fā)機(jī)制將成為判斷視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
實(shí)際上，媒體分發(fā)是任何一個(gè)視頻業(yè)務(wù)在發(fā)展到一定規(guī)模后必將面臨的問題，視頻監(jiān)控可以與其他視頻業(yè)務(wù)——比如IPTV——來共同研究視頻分發(fā)的問題。未來的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)基于一個(gè)比較完善的媒體分發(fā)平臺(tái)來傳輸實(shí)時(shí)視頻信息與錄像視頻信息。
2、錄像存儲(chǔ)
目前，基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本上采用中心錄服務(wù)器來存儲(chǔ)錄像。中央錄像服務(wù)器管理方便，安全可靠，但因?yàn)殇浵耠S時(shí)進(jìn)行，數(shù)據(jù)流量大，對(duì)承載網(wǎng)帶來很大壓力。如果將錄像存儲(chǔ)邊緣化，雖然可以減少視頻流的數(shù)量，緩減承載網(wǎng)壓力，但分散的錄像數(shù)據(jù)將給錄像的管理帶來很大的麻煩，錄像數(shù)據(jù)的安全性也將大大降低。由此可見，未來大量的存儲(chǔ)需求發(fā)生的位置不可能由中心統(tǒng)一存儲(chǔ)來承擔(dān)，而大量的分布式、差異性存儲(chǔ)卻沒有可用的技術(shù)方案。未來的視頻監(jiān)控系統(tǒng)要在錄像存儲(chǔ)方面進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能滿足實(shí)際的錄像要求。
3、并發(fā)調(diào)度
目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的用戶在一個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)上一般不存在并發(fā)需求，即便批量用戶可能對(duì)同一視頻監(jiān)控點(diǎn)的信息有同時(shí)調(diào)用要求，這種調(diào)用也沒有差異。在未來，系統(tǒng)服務(wù)的使用者來源多樣化并且不可控，其使用目的存在同樣的情況，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于同一監(jiān)控點(diǎn)存在著并發(fā)的沖突調(diào)用問題，因此必須考慮優(yōu)先權(quán)限和分配機(jī)制。
4、計(jì)費(fèi)
目前的視頻監(jiān)控計(jì)費(fèi)模式非常單一，通常以租用為主，或者只需考慮用戶接入后使用的單一視頻監(jiān)控點(diǎn)的上傳信息的時(shí)長(zhǎng)或流量即可，其業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)點(diǎn)和計(jì)費(fèi)尺度無需太復(fù)雜，一般考慮簡(jiǎn)單的RADIUS協(xié)議即可。未來視頻監(jiān)控系統(tǒng)考慮的計(jì)費(fèi)問題包括單用戶對(duì)單資源的使用、單用戶對(duì)多資源的使用、多用戶對(duì)多資源的使用，這是單計(jì)費(fèi)點(diǎn)和計(jì)費(fèi)尺度、僅僅依靠目前的簡(jiǎn)明扼要單的計(jì)費(fèi)協(xié)議所無法支持的。未來的系統(tǒng)應(yīng)支持可靈活改變、可批量同時(shí)實(shí)施的多業(yè)務(wù)策略，支持上述各種業(yè)務(wù)策略的實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)功能。
5、分級(jí)
目前的一些遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以支持分級(jí)，但這種分級(jí)僅僅涉及內(nèi)容分發(fā)的分級(jí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中其它子功能系統(tǒng)還是作為一級(jí)來考慮。
未 來視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要考慮的分級(jí)決不僅僅是內(nèi)容分配上的分級(jí)，因?yàn)槿W(wǎng)中不同地區(qū)的服務(wù)提供商對(duì)于用戶控制、業(yè)務(wù)管理、內(nèi)容分配、運(yùn)營(yíng)支撐這四個(gè)層次分級(jí)要求是存在差異的，這一點(diǎn)上用戶控制和業(yè)務(wù)管理上分級(jí)的需求更接近會(huì)議電視系統(tǒng)而不是簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)會(huì)話系統(tǒng)，需要全部重新設(shè)計(jì)。
6、業(yè)務(wù)融合
目前的遠(yuǎn)程監(jiān)控不考慮和其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的互相調(diào)用。未來的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將和多個(gè)其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)交叉調(diào)用，不同系統(tǒng)之間的多層互通和資源共享是必須考慮的問題。
結(jié)束語
從以前的模擬監(jiān)控到現(xiàn)在的數(shù)字監(jiān)控；從落后的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控到先進(jìn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控；從有人值守監(jiān)控到現(xiàn)在的無人值守監(jiān)控，視頻監(jiān)控正朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)�；较蚺畈l(fā)展。當(dāng)然，目前仍存在著不少需要進(jìn)一步探討的問題。相對(duì)于其他通信業(yè)務(wù)，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)顯得比較年輕，視頻監(jiān)控市場(chǎng)目前也尚未出現(xiàn)能夠控制整個(gè)市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。對(duì)于各通信設(shè)備廠商以及電信運(yùn)營(yíng)商而言，視頻監(jiān)控將會(huì)是很好的發(fā)展機(jī)會(huì)。
