智能1拖N攝像機的原理和應用

周毓

摘 要：依托于雪亮工程、平安社區(qū)等項目，全國各地建設了大量視頻監(jiān)控攝像機。隨著安防行業(yè)智能化轉型的深入，普通視頻監(jiān)控攝像機已經不能滿足安防行業(yè)應用需求。本文介紹了一種新的智能1拖N技術，以快速低成本的實現(xiàn)海量在網普通監(jiān)控攝像機的智能化改造。

關鍵詞：安防;攝像機;智能化;1拖N

1背景

自上世界八十年代開始，安防行業(yè)經歷了模擬監(jiān)控、數字監(jiān)控、高清監(jiān)控到智能化監(jiān)控的技術發(fā)展;實現(xiàn)了“看得見”、“看得清”到“看得懂”的改變。借助智能化技術，視頻監(jiān)控系統(tǒng)由“給人看”過度到“給機器看”，實現(xiàn)了從被動記錄到主動預警的能力轉變。

智能化技術發(fā)展帶動了攝像機技術的發(fā)展，業(yè)界出現(xiàn)了事件檢測攝像機、人臉抓拍攝像機、人臉識別攝像機、車輛抓拍攝像機、全結構化攝像機等多種智能化設備。智能攝像機的發(fā)展和普及，極大的提升了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的預防預警能力;但無論校園安防系統(tǒng)還是平安城市系統(tǒng)，在網仍存在著大量普通監(jiān)控攝像機。如何基于傳統(tǒng)普通攝像機展開智能化應用，是一個擺在安防工程師面前的實際問題。

2視頻監(jiān)控系統(tǒng)人像識別系統(tǒng)

基于視頻監(jiān)控的智能化應用大致可以分為人臉/人像分析類、車輛分析類及事件分析類應用。

三種類型應用實現(xiàn)原理類似，以人像識別應用場景為例，視頻監(jiān)控人臉識別系統(tǒng)基本構成如下圖所示：人臉圖像獲取單元用于從視頻圖像中抓取人臉圖像，并將其提供給人臉對比單元，在人臉對比單元中進行人臉識別算法計算及計算結果比對判斷。

從視頻圖像中抓取人臉圖像的工作的實現(xiàn)，主流的方案是利用后臺視頻解析服務器或視頻分析盒子，通過配置諸如Nvidia Tesla T4等型號的智能計算卡，對視頻流進行分析來完成。

對于普通監(jiān)控視頻流場景，智能計算芯片先對視頻流進行解碼，獲得每秒25幀的圖片，然后通過AI檢測算法檢測圖片中有無行人目標，沒目標就結束;檢測到目標就把這張圖抓拍下來，一般稱之為大圖，然后將大圖中的人臉等目標摳出來，這樣的圖片一般稱之為小圖。在當前的技術水平下，單張T4卡視頻解析性能約為30路1080P視頻;單臺配置4張計算卡的服務器可實現(xiàn)約100路1080P視頻流的解析。

3智能1拖N攝像機的原理

2020年初，業(yè)界出現(xiàn)新型的智能1拖N攝像機，當前華為、紫光華智等廠商均推出了此類功能的產品。智能1拖N指由一臺超高算力的智能攝像機作為主機，主機在完成自身業(yè)務的同時，對同一組網網段下的N臺傳統(tǒng)高清從機進行接入解碼、目標識別和跟蹤、抓拍和視頻結構化等處理，賦予原有非智能攝像機以視頻解析的能力。

由如下示意圖，通過視頻協(xié)議對接，智能1拖N攝像機（主機）對接普通監(jiān)控攝像機（從機）視頻流。利用主機本身的計算能力，主機對從機視頻流解析，將解析結果發(fā)送到后端人像解析平臺。在處理過程中，主機需區(qū)分每路視頻流與攝像機對應關系，并確保后臺仍可以區(qū)分解析后抓拍圖像實際來源。網絡層面，主機與從機不必限制連接在同一臺交換機，只要網絡聯(lián)通即可。從計算的角度來看，此業(yè)務的實質是將原來位于后端機房服務器或邊緣計算盒子的計算能力轉移到了智能1拖N攝像機上。

智能1拖N攝像機實現(xiàn)了計算能力由后端集中式部署向前端分布式部署的改變，降低了數據中心后臺計算壓力。相比于后端服務器集中解析視頻，經過智能1拖N攝像機的前端解析預處理，后端服務器只需要對人像圖片進行解析。同樣一臺裝載4張計算卡的服務器，其可接入解析的圖片流路數提升到近千路，極大的降低了數據中心設備建設費用及機房空間占用。

4智能1拖N攝像機的實踐

智能1拖N攝像機在園區(qū)智能化改造等場景中有廣泛的應用潛力。以居民住宅小區(qū)為例，通過在園區(qū)加裝若干臺智能1拖N攝像機，即可實現(xiàn)在網普通監(jiān)控攝像機的智能化改造，以支持實現(xiàn)小區(qū)出入口人員管控預警等實用功能。通過主機部署不同的算法軟件，智能1拖N攝像機可以實現(xiàn)人、車、非機動車的抓拍及入侵、聚集等事件檢測和識別。

在工程實踐中，為提升1拖N攝像機的效果，設計者需注意如下因素。

一、從機點位的選擇。以人像抓拍場景為例，從機本身的安裝位置和場景需滿足人臉抓拍場景;建議選擇原監(jiān)控點位安裝高度在3-4米間的設備，比如園區(qū)出入口監(jiān)控攝像機等，以提升人像抓拍圖片的可用性。

二、是網絡帶寬因素。在實現(xiàn)智能1拖N時，主機要獲取多個從機視頻流，主機所連網絡帶寬的需求較大。在設計主從配對的時候，需要考慮網絡帶寬約束，優(yōu)先設計主從設備由一個交換機連接。在雪亮工程場景，單個監(jiān)控點位上行運營商帶寬一般為10M，在此場景下，單個主機配置的1080P規(guī)格從機數量則不建議超過2臺。

5總結

安防系統(tǒng)的智能化演進是大勢所趨，隨著攝像機技術的發(fā)展，前端攝像機也具備了更加強大功能。智能1拖N攝像機在實現(xiàn)自身智能化抓拍的同時，具備改造周邊傳統(tǒng)非智能攝像機的功能。在當前安防智能化發(fā)展的趨勢下，智能1拖N技術具備廣闊的應用前景，也提供一種全新的攝像機智能化改造的思路。

參考文獻：

[1]鄭東.AI賦能：安防進入智能化時代[J].今日科技，2020（11）：43.

[2]GB/T 31488-2015安全防范視頻監(jiān)控人臉識別系統(tǒng)技術要求：3.