幾種技術(shù)在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

盧秋波 魏凱 2008/10/13

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)控畫面�？紤]到多個(gè)用戶同時(shí)訪問網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)將帶來流量瓶頸等問題，可以使用視頻服務(wù)器來進(jìn)行中轉(zhuǎn)，讓視頻服務(wù)器來提供強(qiáng)大的負(fù)載能力。

　　以上只是原理性的簡要說明。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)制來保證媒體的高效傳送。在這方面，目前尚無現(xiàn)成的成熟方案，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化組織（CCSA）正對(duì)此展開積極研究，以便為未來的視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的媒體傳送機(jī)制。

三、Presence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)方式來思考，似乎兩者沒有太大瓜葛。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、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)最簡單的Presence過程如下：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）自己的新狀態(tài)，這個(gè)新狀態(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，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，以及被哪些用戶訪問等等。

　　不難發(fā)現(xiàn)，以上這些“狀態(tài)”的維護(hù)正是Presence技術(shù)的擅長之處�？梢姡绻軐resence的技術(shù)成果運(yùn)用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，將會(huì)帶來很大的方便。

四、智能視頻技術(shù)

　　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（CV，Computer Vision）技術(shù)。計(jì)算機(jī)視覺技術(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)算能夠通過數(shù)字圖像處理和分析來理解視頻畫面中的內(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，一是為了視覺上的延伸——把處于別地的畫面通過網(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)為我們分析問題并解決問題，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)致我們在指定的時(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)常無法察覺安全威脅，從而導(dǎo)致漏報(bào)現(xiàn)象的發(fā)生。

　　從上述分析來看，當(dāng)開展大規(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：

　　高級(jí)視頻移動(dòng)偵測：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。

　　物體追蹤：偵測到移動(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。

　　人物面部識(shí)別：自動(dòng)識(shí)別人物的臉部特征，并通過與數(shù)據(jù)庫檔案進(jìn)行比較來識(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、火車站、體育場館等安防應(yīng)用場景中發(fā)揮很大的作用。

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

　　非法滯留：當(dāng)一個(gè)物體（如箱子、包裹、車輛、人物等）在敏感區(qū)域停留的時(shí)間過長，或超過了預(yù)定義的時(shí)間長度就產(chǎn)生報(bào)警。典型應(yīng)用場景包括機(jī)場、火車站、地鐵站等。

　　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)通過的車數(shù)、平均車速、是否有非法�？俊⑹欠裼泄收宪囕v等等。

五、無線傳輸技術(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)更是束手無策。此時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢就能體現(xiàn)出來。利用無線網(wǎng)橋技術(shù)，可以將多個(gè)被監(jiān)測點(diǎn)與中央控制中心連接起來，且搭建迅速，可以在最短的時(shí)間內(nèi)迅速建立起無線網(wǎng)絡(luò)鏈路。

　　在無線監(jiān)控系統(tǒng)中，無線網(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。通過無線網(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，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，如何在無線網(wǎng)絡(luò)中傳輸穩(wěn)定高質(zhì)量的視頻信息也是無線數(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)注的問題。

六、紅外熱成像技術(shù)

　　人眼能夠感受到的可見光波長為0.38～0.78微米。紅外線屬于波長大于0.78微米的電磁波。自然界中，一切物體都會(huì)輻射不同波長的紅外線，因此能夠利用特制的探測設(shè)備分別檢測出監(jiān)控目標(biāo)本身和背景之間的紅外線波長，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)，探測目標(biāo)物體的紅外輻射，并通過光電轉(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，由于可見光的波長短，克服障礙的能力差，因而觀測效果差，但紅外線的波長較長，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

　　偽裝是以防可見光觀測為主，犯罪分子作案時(shí)通常會(huì)隱蔽在草叢及樹林中，由于野外環(huán)境的惡劣及人的視覺錯(cuò)覺，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

　　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。

《中國多媒體通信》