網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

劉偉琪

摘要：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息化技術(shù)不斷發(fā)展，為很多行業(yè)帶來(lái)了新的動(dòng)力，安防行業(yè)也不例外。視頻監(jiān)控技術(shù)在安防行業(yè)中扮演了重要的角色。正是在上述技術(shù)的支持下，使得視頻監(jiān)控愈來(lái)愈成熟。加之圖像壓縮解碼及流媒體技術(shù)的逐步演變、處理器能力的大幅度提升，使網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控得以實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)視頻監(jiān)控相比，網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)具有更高的靈活性、可擴(kuò)展性，并具有更低的成本，所以倍受推崇?；诖耍恼聦?duì)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合性闡述，詳細(xì)分析了網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)當(dāng)中的核心技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)視頻；監(jiān)控；發(fā)展

1網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)概述

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)的主要用途是用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控，主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由3個(gè)部分構(gòu)成，分別為前端監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)控中心及即監(jiān)控工作站。前端監(jiān)控設(shè)備是監(jiān)控過(guò)程中的基礎(chǔ)設(shè)備，包括攝像頭、麥克風(fēng)、網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器等；監(jiān)控中心則包括服務(wù)器軟件、監(jiān)控墻及流媒體服務(wù)器等；監(jiān)控工作站多以客戶端形式存在。用戶安裝客戶端后便可獲取合法權(quán)限登錄并使用系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)具體工作流程如下：先由前端設(shè)備攝入圖像或聲音，如攝像頭可采集圖像信息，麥克風(fēng)可采集聲音信號(hào)。然后，在視頻服務(wù)器的作用下對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并通過(guò)壓縮技術(shù)對(duì)這些信息進(jìn)行數(shù)字化處理。信號(hào)處理完成后將處理后的視頻在網(wǎng)上發(fā)布。最后，由中央控制室將整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)接入局域網(wǎng)當(dāng)中，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的管理及錄像。此外，還可利用解碼器將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示器上，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控核心技術(shù)分析

2.1成像技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，成像技術(shù)占據(jù)了核心地位。以往網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控主要是通過(guò)電視頻錄制及攝像照相技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。如今數(shù)字視頻采集技術(shù)已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的主流，并朝著高清、日夜兩用方向不斷完善。除了傳統(tǒng)光學(xué)成像技術(shù)外，近年來(lái)，紅外熱成像技術(shù)也愈來(lái)愈受到推崇，在部分場(chǎng)景下，該技術(shù)較普通成像技術(shù)具有極大的優(yōu)勢(shì)。自然界中，任何物體都會(huì)輻射出不同波長(zhǎng)的紅外線。通過(guò)相關(guān)設(shè)備對(duì)監(jiān)控目標(biāo)與背景之間的紅外波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定，并通過(guò)光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理等手段，獲得紅外圖像。在防火監(jiān)控中，紅外成像技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)。很多火災(zāi)往往是由不明顯的隱火所造成的，采取普通監(jiān)控方法，可能無(wú)法監(jiān)測(cè)到這些隱性火災(zāi)苗頭，但采用紅外熱成像儀可迅速捕捉到這些隱火，從而提早預(yù)防。另外，紅外熱成像技術(shù)可在夜間及惡劣氣候條件下有效監(jiān)控目標(biāo)。例如，北京和普威視光電技術(shù)有限公司研發(fā)的HP-TC系列變焦遠(yuǎn)距離熱成像攝像機(jī)產(chǎn)品便具有良好的性能。該產(chǎn)品是基于最新的非制冷紅外技術(shù)和連續(xù)變焦紅外光學(xué)技術(shù)開發(fā)的遠(yuǎn)距離熱成像攝像機(jī)。采用高靈敏度640x480分辨率的非制冷型焦平面成像探測(cè)器，先進(jìn)數(shù)字電路和圖像處理算法可提供細(xì)膩平滑的圖像。特殊設(shè)計(jì)的2～5倍光學(xué)連續(xù)變焦的紅外鏡頭，可實(shí)現(xiàn)1～10km作用距離，兼顧搜索與觀察雙重應(yīng)用需求。

2.2硬件芯片技術(shù)

傳統(tǒng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器主要以CCD（Charge-Coupled Device）為主。然而，隨著CMOs（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor）的不斷成熟，其逐漸替代了CCD。相對(duì)于CCD而言，CMOS圖像傳感器具有集成度高、成本低的特點(diǎn)，并且在相關(guān)技術(shù)水平不斷提升的過(guò)程中，其成像質(zhì)量己不輸于CCD。由于CMOS當(dāng)中集成了許多外圍處理功能，所以其所需器件較CCD更少，具有明顯的功耗優(yōu)勢(shì)。在信息讀取方面，CCD要在同步信號(hào)控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)以后才能讀取，在電荷信息轉(zhuǎn)移及讀取輸出過(guò)程中，需要多種電路組合與電源配合，整個(gè)電路較為復(fù)雜。CMOS則通過(guò)光電轉(zhuǎn)換后可直接產(chǎn)生電流信號(hào)，信號(hào)讀取較為簡(jiǎn)單。大多數(shù)CCD需要3組電源供電，能耗較高。CMOs僅需1個(gè)電源供電，其整體能耗僅為CCD的1/8左右。CCD由于技術(shù)起步早，技術(shù)成熟度高，它通過(guò)PN結(jié)或二氧化硅隔離層將噪聲隔離，可獲得品質(zhì)較高的圖像。CMOS由于集成度較高，各元件、電路之間的距離較近，彼此之間會(huì)形成相互干擾，早期由于技術(shù)不成熟，圖像質(zhì)量受噪聲影響較大。但CMOs經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，基本上已經(jīng)克服了上述問(wèn)題，其整體成像質(zhì)量己達(dá)到了較高水準(zhǔn)。

除圖像傳感器外，SOC（System on Chip）在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中也扮演了重要的角色。例如三星、高通、德州儀器、海思等品牌的SOC都具有較好的性能，其特點(diǎn)也各不相同，包括低功耗、高性能、高視頻壓縮量、高壓縮比等。SOC的不斷成熟使得監(jiān)控?cái)z像機(jī)的集成度愈來(lái)愈高，能夠同時(shí)完成編碼、智能分析、圖像信號(hào)等任務(wù)，且功耗較為理想。

2.3視頻編解碼技術(shù)

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)而言，由前端設(shè)備所獲取的原始視頻數(shù)據(jù)并不適合網(wǎng)絡(luò)傳輸及存儲(chǔ)，這就需要通過(guò)視頻編解碼技術(shù)，對(duì)原始視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮、處理。目前主流的編解碼技術(shù)包括MPEG-4，H.265，SVAC等技術(shù)，具體如下：（1）MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)是基于對(duì)象和內(nèi)容的編碼方式，它只對(duì)圖像幀與幀之間的差異元素進(jìn)行處理，撇除了相同圖像元素，大幅度降低了合成多媒體文件體積，所以在較小的容量下也可得到清晰的還原圖像，即具有更高的壓縮比。（2）H.265。隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭像素的不斷提升，給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)帶來(lái)了一定壓力。H.265標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)則有效解決了高清攝像的存儲(chǔ)問(wèn)題。H.265是以H.264為基礎(chǔ)的改良型技術(shù)。通過(guò)新技術(shù)的使用，可讓編碼質(zhì)量、碼流、延時(shí)及算法復(fù)雜度之間的關(guān)系得到全面改善，以達(dá)到優(yōu)化效果。在傳輸720P視頻時(shí)，H.265可保持1～2Mbps的速度進(jìn)行傳輸。另外，H.265可支持4K視頻，甚至是8K視頻，性能十分強(qiáng)大。（3）SVAC。該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是由中星微電子與公安部第一研究所共同建立的一套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。SVAC在高精度視頻、高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中可提供更多的圖像細(xì)節(jié)，有效控制了編解碼環(huán)節(jié)所造成的圖像信息損失。同時(shí)，SVAC支持感興趣區(qū)域變質(zhì)量編碼，即便是在網(wǎng)絡(luò)帶寬存儲(chǔ)空間有限的情況下，也可獲得較高質(zhì)量的視頻編碼。另外，SVAC支持監(jiān)控專業(yè)信息，并支持加密認(rèn)證，進(jìn)一步提升了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的保密性、真實(shí)性及完整性。

2.4視頻智能分析技術(shù)

視頻智能分析技術(shù)的出現(xiàn)及不斷成熟，讓網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在功能性方面達(dá)到了一個(gè)新的層次。利用智能視頻分析技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高級(jí)視頻移偵測(cè)。在復(fù)雜環(huán)境或天氣下，可對(duì)單個(gè)物體或多個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行精確視頻及偵測(cè)。當(dāng)偵測(cè)到移動(dòng)物體后，便可根據(jù)物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況，自動(dòng)發(fā)送PTZ控制質(zhì)量，讓攝像機(jī)自動(dòng)跟蹤物體。若物體超出攝像機(jī)監(jiān)控范圍后，系統(tǒng)會(huì)通知物體所在區(qū)域的攝像機(jī)繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行追蹤。同時(shí)，利用視頻智能分析技術(shù)可實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別、測(cè)量識(shí)別及交通流量控制，為相關(guān)領(lǐng)域提供了有力的技術(shù)支持。

3網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展歷程

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展至今一共經(jīng)歷了4個(gè)階段：（1）近距離監(jiān)控。在視頻監(jiān)控發(fā)初期，主要是采用視頻同軸電纜將視頻圖像由前端監(jiān)控點(diǎn)導(dǎo)入監(jiān)控中心，再在顯示設(shè)備上播放。在監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加的情況下，視頻顯示設(shè)備及錄像設(shè)備也會(huì)大幅度上升，大幅增加了建設(shè)成本及管理難度。視頻矩陣技術(shù)的引入則有效解決了上述問(wèn)題，讓大量視頻圖像可切換顯示，分配共享。模擬視頻只適用于近距離傳輸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大容量視頻傳輸，且不能做到多中心多級(jí)聯(lián)網(wǎng)，限制了其應(yīng)用范圍。（2）聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。20世紀(jì)90年代中葉，光端機(jī)的出現(xiàn)讓視頻圖像遠(yuǎn)距離傳輸問(wèn)題得到了解決。借助數(shù)字光端機(jī)，并通過(guò)復(fù)用技術(shù)進(jìn)行傳輸，不但提升了視頻傳輸質(zhì)量、容量，也讓傳輸業(yè)務(wù)類型得到了豐富。同時(shí)，在RS232/422的作用下實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控。但由于RS232/422數(shù)據(jù)傳輸速率較低，且節(jié)點(diǎn)無(wú)法任意編號(hào)，也無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，讓聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控規(guī)模受到了一定制約。（3）IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣的不斷成熟也標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)進(jìn)入了IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控時(shí)代。網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣以IP網(wǎng)絡(luò)作為媒介，以TCP/IP協(xié)議，借助網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器、網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺(tái)所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)視頻統(tǒng)一管理，并可進(jìn)行靈活的后臺(tái)操作。（4）光纖網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。利用數(shù)字技術(shù)可對(duì)模擬視頻進(jìn)行數(shù)字化編碼，但并不需要視頻壓縮。經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理的視頻信號(hào)可通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，即可實(shí)現(xiàn)前端一體化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、處理數(shù)字化、系統(tǒng)集成化。

4網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)未來(lái)展望

智能化是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)的重要發(fā)展方向。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，還要注重自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，這樣才能讓相關(guān)企業(yè)在市場(chǎng)上獲得真正的技術(shù)地位。國(guó)家相關(guān)部門也應(yīng)該對(duì)安防、視頻監(jiān)控等行業(yè)等給予政策扶持，以創(chuàng)造出良好的行業(yè)發(fā)展氛圍，促使其健康發(fā)展。