高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的檢測探索

劉浩偉

（山東省電子信息產(chǎn)品檢驗院，山東濟南，250014）

0 前言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是通過專業(yè)設備對被監(jiān)控目標的圖像信息進行捕捉、采集，然后實現(xiàn)監(jiān)控、回放以及儲存。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用非常廣泛，尤其在道路、銀行、工業(yè)生產(chǎn)、小區(qū)治安等領域中最為常見。早期的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像頭、監(jiān)視器組成，結構簡單，獲取的視頻資料質(zhì)量差，畫面放大后較為模糊，不利于安全防范和智能管理。本文主要研究高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的檢測，高清視頻（High Definition）主要是指高分辨率，目前高清視頻常用的分辨率為1280×720 和1920×1080，其中畫面寬度比均為16 ∶9，所獲取的圖像清晰度高，極大的增強了視頻圖像質(zhì)量和視頻監(jiān)控的等功能。

1 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是確保社會治安、人民群眾自身安全的關鍵設備，在各個領域都有所涉及。尤其是在我國經(jīng)濟快速發(fā)展的大背景下，銀行、交通、電力、工業(yè)等領域對安全防范和實時監(jiān)控系統(tǒng)質(zhì)量的要求與日俱增。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)無論是從視頻質(zhì)量和儲存管理方面都無法適應當今時代發(fā)展的趨勢。因此，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)將成為其最佳的替代品。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)是集高清視頻采集、高清視頻處理、高清視頻傳輸、高清視頻交換、高清視頻存儲以及高清視頻應用等功能于一身。它是視頻處理技術和計算機處理技術高速發(fā)展下的產(chǎn)物，通過該系統(tǒng)所獲取的高清視頻，畫質(zhì)清晰，便與儲存和管理，以下就對高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點進行簡要分析：

1.1 畫質(zhì)清晰

畫質(zhì)清晰是高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)最主要的特點之一。這主要是由于高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)擁有數(shù)字處理技術和高性能的解碼器，這些都在一定程度上縮短了視頻數(shù)據(jù)量，更加便于網(wǎng)絡傳輸，而且通過高分辨率顯示器，可以對獲取到的監(jiān)控目標圖像信息進行高質(zhì)量播放。

1.2 高效監(jiān)控

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是進行視頻圖像的錄制工作，而實時監(jiān)控及報警需要人工操作，所以大部分的監(jiān)控室都需要有值班人員24 小時不間斷的留守關注，既耗時又費力。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過激素那幾模擬器可以自動視頻堅持目標的實時狀態(tài)，在特殊情況下可以自動發(fā)出警報，極大的提高了視頻監(jiān)控的工作效率和響應速度。

1.3 節(jié)省視頻存儲空間

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是對所有視頻資料進行拍攝存檔，需要較大的硬盤空間。而高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)所獲取的視頻信息經(jīng)過計算機的篩選，將存在異常情況的視頻資料保留存檔，有效地降低了視頻信息的存儲空間。

1.4 適合遠程監(jiān)控

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于其拍攝的視頻信息畫面質(zhì)量高，而且抗干擾能力強，不容易受到線路信號衰減的影響，特別適合遠程監(jiān)控。再加上現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術的推廣和應用，使用一個主機就可以實現(xiàn)對不同區(qū)域內(nèi)的實時監(jiān)控。

2 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的檢測

基于目標檢測的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)異常突發(fā)狀況實時監(jiān)控而設計的，可應用于互聯(lián)網(wǎng)下的無人值守基站等特殊環(huán)境中的視頻監(jiān)控和自動報警。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構如下圖1 所示：

從圖中可以看出，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的服務器端包括上層應用軟件、底層驅動軟件和操作系統(tǒng)，客戶機端則包括應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層和計算機硬件系統(tǒng)。整個系統(tǒng)采用分層設計的原理，軟件開發(fā)任務集中在服務器端上層應用和客戶端應用層及網(wǎng)絡傳輸方面。其中高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的服務器端主要采用ARM+DSP雙處理器的設計方案，ARM 主要負責視頻編輯與解碼，DSP 則主要負責對進行目標檢測算法的實現(xiàn)。服務器端主要可以分為底層驅動、流媒體處理、信息傳輸、指令交換、目標檢測和通信等功能。媒體流處理和信息傳輸是高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，主要完成高清視頻的攝像頭信息采集、視頻圖像從編解碼器的傳輸?shù)裙δ?。下面就對高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的檢測進行詳細分析：

2.1 圖像質(zhì)量

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像質(zhì)量是整個系統(tǒng)檢測的核心環(huán)節(jié)。所謂圖像質(zhì)量具體是指檢測目標的圖像信息采集、圖像編解碼、圖像信息的顯示以及增強等。這里所提到的每一個部分都需要各種技術予以支持，只有各個環(huán)節(jié)正常穩(wěn)定工作才能確保高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲取高質(zhì)量的視頻圖像。

圖像增強技術主要是要求高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應具備對監(jiān)控目標圖像的處理能力，也就是通常說的圖像后處理技術。這種技術尤其適用于煙塵、霧霾、灰霾等惡劣的環(huán)境下，恢復圖像的細節(jié)和色彩，以便獲取更加準確、自然的視頻資料?，F(xiàn)階段，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像增強能力的檢測，主要集中在圖像復原技術和圖像增強技術這兩項關鍵技術。其中圖像復原技術主要針對由于聚焦、運動等外界因素影響下，導致視頻圖像模糊，在建模過程中充分利用解卷積算法反推原始圖像信息的算法，對于高速行駛車輛的車牌以及小范圍內(nèi)人臉等關鍵信息的清晰化處理效果顯著，對于道路交通監(jiān)控以及小區(qū)公共治安監(jiān)控的幫助最大。圖像增強技術主要是對視頻圖像的局部進行對比度的優(yōu)化和提升、亮度的修正以及銳化等處理，這種技術對于光照、霧氣等惡劣自然條件下造成圖像模糊的處理改善效果明顯，通過圖像增強可以使視頻信息資料的細節(jié)更為接近真實效果，便于后期的使用。

2.2 傳輸質(zhì)量檢測

在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，高質(zhì)量的信息傳輸將直接決定視頻信息資料后期使用的效果。因此本文也重點分析一下高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的檢測。

在互聯(lián)網(wǎng)技術的影響下，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡傳輸質(zhì)量與高清監(jiān)控建設的穩(wěn)定性和有效性息息相關。與傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于網(wǎng)絡傳輸?shù)男阅芤蟾?，但是要在低成本投入的前提下，實現(xiàn)高質(zhì)量傳輸就需要選擇高性價比的服務器，在此基礎上搭建流媒體傳輸網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡架構的通用性較高，可靠性和安全性也有保障，目前廣泛應用于網(wǎng)絡視頻點播、IPTV 等民用系統(tǒng)，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)流媒體傳輸結構如下圖2 所示：

圖1 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構圖

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的流媒體傳輸結構可以將數(shù)據(jù)源從繁重的訪問壓力中解脫出來，把視頻數(shù)據(jù)信息流復制分發(fā)的工作交給流媒體服務器完成，同時降低了數(shù)據(jù)源端高帶寬的要求。通常高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的用戶層與會聚層之間的帶寬和吞吐量是存在一定的富?？臻g，因此流媒體服務器配置千兆或雙千兆網(wǎng)卡就可以滿足日常工作需求。而且重點是該傳輸結構不需要大規(guī)模改建現(xiàn)有網(wǎng)絡，最大限度額降低了高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的投入成本。

2.3 存儲質(zhì)量檢測

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求具備更加安全、可靠、靈活性高的存儲性能。具體包括：在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，存儲設備和子系統(tǒng)必須擁有對視頻圖像信息完整、高效儲存的能力；對所存儲的視頻數(shù)據(jù)信息要能從介質(zhì)和系統(tǒng)角度考慮其可靠性、合理性以及安全性；對高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構靈活的特性，要能實現(xiàn)視頻圖像資料的統(tǒng)一管理和調(diào)度，以配置靈活的錄像計劃，并且能根據(jù)需求的變化，隨時應對高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)錄像時間延長、監(jiān)控前端適時擴展的要求。

現(xiàn)階段，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)常見的存儲技術有：前端設備存儲、NVR 服務器存儲、嵌入式服務器存儲以及直寫存儲。前端直寫存儲模式由于架構簡單、節(jié)省投資成本、方便管理等特點，已經(jīng)越來越受到市場的認可。直寫方案是真正的流媒體直寫方案中前端、存儲、平臺三者直接都是通過流媒體傳輸協(xié)議直接進行數(shù)據(jù)傳輸沒有中間環(huán)節(jié)。前端通過標準的RTSP 或者私有視頻流協(xié)議直接寫入存儲中，可以很好地節(jié)約高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務器的硬件投入成本，有效地避免了高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務器出現(xiàn)單點故障的問題。此外，通過客戶端、平臺直接接入存儲系統(tǒng)，還可以進一步實現(xiàn)對監(jiān)控目標視頻資料的下載、檢索、瀏覽以及回放等。

3 總結

圖2 流媒體傳輸結構圖

綜上所述，隨著視頻信息采集技術和計算機處理技術的快速發(fā)展，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)憑借其智能監(jiān)控和高清視頻拍攝的特點，從解碼、拼接、到LED 屏控制、GIS 地圖顯示、再到分布式控制、聯(lián)網(wǎng)控制等。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)所采用的技術已經(jīng)不局限于監(jiān)控室小范圍內(nèi)的局部優(yōu)化，而是針對從信號采集、信號傳輸?shù)叫盘栵@示的大系統(tǒng)級優(yōu)化。通過高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術融合和解決方案的優(yōu)化，客戶端所投入的設備數(shù)量更少，成本更低，系統(tǒng)故障點也相對較少，信號端到端的延時更小，更加便于后期的推廣和應用。

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