化解數(shù)字視頻的技術(shù)障礙

　　針對(duì)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(shí)現(xiàn)在幾小時(shí)、幾天、幾周乃至幾個(gè)月的時(shí)間里實(shí)現(xiàn)視頻影像的傳輸、存儲(chǔ)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(diǎn)網(wǎng)絡(luò)融合；以太網(wǎng)供電 (PoE) 技術(shù)推進(jìn)成本下降，且不用再為每個(gè)攝像頭配備電源；以及大容量存儲(chǔ)設(shè)備成本下降等。此外，內(nèi)置計(jì)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(píng)估并存儲(chǔ)大量視頻內(nèi)容，這些視頻是通過無所不在的監(jiān)控?cái)z像頭收集而來。

圖1 協(xié)處理器的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高級(jí)視頻分析

帶寬、延遲以及存儲(chǔ)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(shí)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?cái)z像頭通常要工作在光照較暗、對(duì)比度較低的環(huán)境下，而且攝像頭所在位置通常對(duì)捕獲目標(biāo)區(qū)域都不是非常理想。

　　非常幸運(yùn)，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(jí)的影像質(zhì)量。針對(duì)高端應(yīng)用而言，系統(tǒng)或許需要較高分辨率進(jìn)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(hào)。

　　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(yuǎn)遠(yuǎn)低于該標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槠涓静恍枰东@所有細(xì)節(jié)。這樣就可大量獲得存儲(chǔ)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(yùn)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))?！　?/p>

　　通過降低幀速率或分辨率，在一定帶寬下甚至可支持四個(gè)攝像頭影像，而不僅是一個(gè)。如果同時(shí)降低幀速率與分辨率，正常情況下，一個(gè)攝像頭影像所占帶寬就可支持 16 個(gè)攝像頭的影像。當(dāng)然，節(jié)省帶寬也是有代價(jià)的，即影像質(zhì)量下降。在幀速率為 7.5 FPS 時(shí)，畫面可能會(huì)不流暢，在影像分辨率為 352 X 288 像素時(shí)，細(xì)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(shí)調(diào)低這兩個(gè)參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)降低成本的目的。

　　新型攝像頭技術(shù)改進(jìn)了壓縮方法，并采用更低成本存儲(chǔ)設(shè)備，這樣系統(tǒng)就可支持更高的幀速率與分辨率，通?？蛇_(dá) 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(jì)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(shí)間，二是攝像頭平移與縮放某一可疑事件的速度。實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控有時(shí)會(huì)因延遲較長而受影響，導(dǎo)致操縱桿控制與攝像頭的移動(dòng)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(jí)編解碼器與視頻壓縮技術(shù)，即可解決上述問題。

　　視頻存儲(chǔ)也是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)安全監(jiān)控系統(tǒng)都必須支持存儲(chǔ)功能，要在幾天、幾周、幾個(gè)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(chǔ)設(shè)備結(jié)合起來，這樣才能滿足必需的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，不過考慮到數(shù)據(jù)量確實(shí)非常大，存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)可進(jìn)行分析運(yùn)算，識(shí)別目標(biāo)事件并將其標(biāo)記下來，以供人工解釋或其進(jìn)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(duì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)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(huì)頻繁采用參考影像，后續(xù)影像只存儲(chǔ)相對(duì)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(shí)，不同影像間的變化可能較大，這時(shí)，這種運(yùn)動(dòng)估計(jì)節(jié)省的帶寬就非常有限。不過，更新的成本新技術(shù)進(jìn)步是采用必要而實(shí)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。