化解數(shù)字視頻的技術(shù)障礙

　　針對安全監(jiān)控系統(tǒng)而言，主要任務(wù)就是需要一種低成本方式，實現(xiàn)在幾小時、幾天、幾周乃至幾個月的時間里實現(xiàn)視頻影像的傳輸、存儲以及搜索。就此，隨著關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展，安全監(jiān)控行業(yè)正經(jīng)歷著重大技術(shù)提升。

　　其發(fā)展主要表現(xiàn)在：數(shù)百萬像素功能的低成本數(shù)字?jǐn)z像頭不斷涌現(xiàn)；低成本高清 (HD) 監(jiān)控器的出現(xiàn)，具有壓縮協(xié)處理器的新型 DSP 的推出；IP 技術(shù)的普及與統(tǒng)一站點網(wǎng)絡(luò)融合；以太網(wǎng)供電 (PoE) 技術(shù)推進成本下降，且不用再為每個攝像頭配備電源；以及大容量存儲設(shè)備成本下降等。此外，內(nèi)置計算功能的新一代攝像頭已經(jīng)上市，可執(zhí)行視頻分析功能，并承擔(dān)一定處理任務(wù)，將操作人員從繁重的監(jiān)控工作中解放出來。

　　這些重要技術(shù)發(fā)展趨勢有助于安防人員處理、顯示、評估并存儲大量視頻內(nèi)容，這些視頻是通過無所不在的監(jiān)控攝像頭收集而來。

圖1 協(xié)處理器的優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)高級視頻分析

帶寬、延遲以及存儲容量仍然是主要技術(shù)難題

　　安全技術(shù)人員很清楚地認(rèn)識到，監(jiān)控解決方案的視頻要求與“好萊塢大片”式的視頻完全不同，不是在攝影棚里拍攝的。安全監(jiān)控攝像頭通常要工作在光照較暗、對比度較低的環(huán)境下，而且攝像頭所在位置通常對捕獲目標(biāo)區(qū)域都不是非常理想。

　　非常幸運，安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要目標(biāo)是人員、物體或特定區(qū)域，因此通常不需要廣播級的影像質(zhì)量。針對高端應(yīng)用而言，系統(tǒng)或許需要較高分辨率進行捕獲與讀取某些信息，如在惡劣環(huán)境下捕捉并讀取行駛車輛的車牌號。

　　北美電視標(biāo)準(zhǔn)幀速率為每秒 30 幀，有源影像分辨率為 720 X 480 像素。安全監(jiān)控系統(tǒng)的分辨率與幀速率可以遠遠低于該標(biāo)準(zhǔn)，因為其根本不需要捕獲所有細節(jié)。這樣就可大量獲得存儲與通道密度等優(yōu)勢。因此，許多模擬安全監(jiān)控系統(tǒng)的運行幀速率僅為 7.5 FPS，影像分辨率則僅為 352 X 288 像素(CIF 標(biāo)準(zhǔn))。　　

　　通過降低幀速率或分辨率，在一定帶寬下甚至可支持四個攝像頭影像，而不僅是一個。如果同時降低幀速率與分辨率，正常情況下，一個攝像頭影像所占帶寬就可支持 16 個攝像頭的影像。當(dāng)然，節(jié)省帶寬也是有代價的，即影像質(zhì)量下降。在幀速率為 7.5 FPS 時，畫面可能會不流暢，在影像分辨率為 352 X 288 像素時，細節(jié)可能比較模糊，不過操作人員通常仍可分辨出場景內(nèi)容。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，通常要通過降低幀速率或分辨率或同時調(diào)低這兩個參數(shù)，來實現(xiàn)降低成本的目的。

　　新型攝像頭技術(shù)改進了壓縮方法，并采用更低成本存儲設(shè)備，這樣系統(tǒng)就可支持更高的幀速率與分辨率，通?？蛇_ 720 X 480 全像素分辨率與 30 FPS 幀速率。若有需要，新型系統(tǒng)也可通過編程采用較低的幀速率或分辨率降低成本。

圖2 DSP協(xié)助計算引擎和其他外設(shè)開發(fā)復(fù)雜的視頻監(jiān)控設(shè)備

　　安全監(jiān)控系統(tǒng)的另一關(guān)鍵要求就是低延遲，延遲涉及兩方面內(nèi)容，一是視頻顯示在顯示器上所需時間，二是攝像頭平移與縮放某一可疑事件的速度。實時視頻監(jiān)控有時會因延遲較長而受影響，導(dǎo)致操縱桿控制與攝像頭的移動不同步。之前，模擬電視系統(tǒng)的發(fā)射延遲總是要比 IP 視頻系統(tǒng)好。要想降低數(shù)字視頻延遲，就應(yīng)解決以太網(wǎng)多變的延遲與損失問題，還要解決視頻編碼與解碼本身造成的延遲。通常情況下，確保良好網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)局端，并采用高級編解碼器與視頻壓縮技術(shù)，即可解決上述問題。

　　視頻存儲也是一個挑戰(zhàn)，因為大多數(shù)安全監(jiān)控系統(tǒng)都必須支持存儲功能，要在幾天、幾周、幾個月乃至幾年后還可將視頻內(nèi)容調(diào)出來檢索。系統(tǒng)應(yīng)將高效壓縮算法與低成本大容量存儲設(shè)備結(jié)合起來，這樣才能滿足必需的數(shù)據(jù)存儲量，不過考慮到數(shù)據(jù)量確實非常大，存儲技術(shù)還應(yīng)該能夠標(biāo)記并快速跳轉(zhuǎn)到特定部分，比如直接跳到有人出現(xiàn)，或者某輛車駛離停車場等某幀。

　　這種要求就催生了視頻分析，計算機可進行分析運算，識別目標(biāo)事件并將其標(biāo)記下來，以供人工解釋或其進行其它操作。

根據(jù)不同應(yīng)用采取不同壓縮方法

　　正如前部分提到的那樣，壓縮方案對實現(xiàn)強大視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)至關(guān)重要。多年來，不同的壓縮方案層出不窮，不過安全監(jiān)控系統(tǒng)一直主要采用 MPEG 與 H.264 標(biāo)準(zhǔn)。這些算法會頻繁采用參考影像，后續(xù)影像只存儲相對于參考影像發(fā)生變化的信息，這就有助于將影像尺寸降到最低。

　　幀預(yù)測不一定總是最佳解決方案。在幀速率較低時，不同影像間的變化可能較大，這時，這種運動估計節(jié)省的帶寬就非常有限。不過，更新的成本新技術(shù)進步是采用必要而實用技術(shù)(如 MPEG-4 與 H.264 編解碼器)，以支持電視畫質(zhì)的幀速率。