變被動式為主動型實現安防監控的技術革新

文/吳康

眾所周知，視頻監控系統在安全防范領域的運用越來越廣泛，因而它是實施安全監控的重要技術手段。隨著社會的發展，我們對安防監控的要求，已不單單是“事后諸藹亮”，“事后取證”，我們需要的是提前預防、主動報警。但目前所使用的視頻監控系統，缺乏對視頻內容的智能分析，而主要靠人的視覺，使得視頻監控系統只能完成時間的視頻存儲記錄，而僅成為事后分析提供證據。這種被動式的視頻監控狀況必須改變，即變應將被動式變為主動型以實現安防技術監控的革新。因此，智能視頻分析成為了視頻監控領域的前沿應用和發展方向。

通過智能視頻分析技術，可以從視頻內分離出一些值得關注的關鍵信息，這樣具備智能視頻分析技術的視頻采集設備就成為了一種采集關鍵信息的智能感知器，也將成為物聯網應用的前端核心。由此呈現出安防產品智能化首先要解決的是視頻監控技術智能化的新挑戰。本著對智能分析技術的深入研究以及對智能視頻分析應用市場的實際需求，將智能視頻分析技術功能單一化、產品化、模塊化，以實現智能視頻分析模塊，從而能夠便捷地使傳統的DVR（數字視頻錄像機）／DVS（數字視頻系統）／IPCAM（網路攝影機）實現智能化升級。值此本文從視頻分析與智能視頻分析技術新理念闡述開始，進而將對新型智能視頻分析服務器&模塊的架構與技術特征及在安全防范領域中的應用作分析研討。

視頻分析技術&智能視頻分析技術的理念及其作用

何謂視頻分析技術

目前，通常所說的視頻分析技術一般特指從視頻中目標運動行為的分析、提取和識別，它常用于安防監控領域，其所指代的范圍比之字面意思的含義已大幅縮小。視頻分析技術是用計算機從視頻中通過運算和分析，提取視頻中有用信息的一項技術。對計算機來說，只是一個數據數列，一個包含每一幀每一個像素點的灰度值或彩色值的數列。視頻分析技術便是為了讓計算機通過特定的核心算法程序提取視頻信號中所包含的內容信息或個體運動信息，以實現計算機對于視頻的理解，讓計算機能“明白”視頻中所展現的是什么內容或者發生的是什么樣的事情，即“事件”。視頻分析技術通常采用背景減除技術來進行圖像變化的檢測（如入侵、丟包、逆行等都是一種模式的圖像變化），即對視頻幀與基準背景圖像進行比較，相同位置的像素（區域）變化則認為是變化了的區域，對這些區域進一步處理、識別、跟蹤，得到包括目標位置、尺寸、形狀、速度、停留時間等基本形態信息和動態信息，完成目標的跟蹤和行為理解之后，也就完成了圖像與圖像描述之間的映射關系，從而使系統進一步進行規則判定，直到觸發報警。 視頻分析技術范圍很廣，只要是從視頻中通過運算處理，提取有用信息都可以稱為視頻分析技術。由于都是屬于對視頻內容的“分析、識別和理解”，因而目前的如車牌識別技術、視頻檢索及視頻人臉等技術已比較成熟并在實際項目中得到應用。

那么根據視頻分析技術所構建的視頻分析服務器的基本架構是怎樣的吶？視頻分析服務器通過 IP網絡（例如 LAN、內部網或因特網）處理多個攝像機輸入與數字化及壓縮技術并以流的方式傳輸數字媒體內容，從而將模擬視頻系統轉換成網絡視頻系統。用戶可以使用網絡上的任何本地計算機或遠程計算機中的 Web 瀏覽器或應用軟件來觀看生動的畫面。用戶配置和控制也可以通過遠程操作的方式完成。視頻分析服務器使來自不同地方的授權觀眾能夠同時訪問出自同一模擬攝像機和網絡攝像機的圖像。這些器件還可以將視頻存儲為選項，它們通常以獨立單元的形式運行。圖1為視頻分析服務器的構建方塊示意圖。

圖1：為視頻分析服務器的構建方塊示意圖

為此數字視頻傳輸將很快成為安全與監控系統的標準要求。其先進的 DSP 使開發人員能夠靈活地設計各種數字監控產品。通過利用 DSP 可編程性與處理性能及視頻外設可對主要多媒體編解碼器的支持，從而可以設計出具有定制功能的差異化產品產品以滿足不斷變化的市場需求。

智能視頻分析技術

智能視頻分析技術，起源于計算機視覺技術。計算機視覺，是人工智能研究的分支之一，它能夠在圖像及圖像描述之間建立映射關系，從而能夠通過數字圖像處理和分析來理解視頻畫面中的內容。于是促成計算機從紛繁的視頻圖像中分辯、識別出關鍵目標物體，這一研究應用于安防視頻監控系統、將能借助計算機強大的數據處理能力過濾掉圖像中無用的或干擾信息、自動分析、抽取視頻源中的關鍵有用信息，從而使傳統的監控系統中的攝像機不但成為人的眼睛，也使“智能視頻分析”計算機成為人的大腦，并具有更為“聰明”的學習思考方式。從而可以替代人為監控或者協助人為監控。顯然，視頻分析與識別涉及到復雜的軟件算法，它可以通過編程識別出奇怪與異常的行為。視頻內容分析與識別軟件能通過分析現場或記錄的視頻流，檢測識別出可疑的活動、事件或者行為模式。視頻監控系統的智能化是指在不需要人為干預的情況下，系統能自動實現對監控畫面中的異常情況進行檢測、識別，并及時作出預/報警。

采用先進的智能視頻分析技術，具有周界監控與行為分析的功能，同時兼具視頻服務器基本功能，支持視頻信號和音頻信號的硬件同步壓縮功能，壓縮碼流通過網絡進行傳輸，可進行網絡實時視頻和音頻預覽，支持流協議（RTP/RTCP）,支持IE預覽，支持雙向語音對講，多種語言支持等功能。智能視頻分析技術突出功能為：采用H.264視頻壓縮技術及OggVorbis音頻壓縮技術、壓縮比高，處理非常靈活；支持完整的TCP/IP協議簇，支持視頻、音頻、報警、語音數據、串行設備數據通過TCP/IP網絡進行傳輸、內置WEB預覽器，可進行IE訪問； 支持云臺與電動鏡頭的控制；支持報警輸入信號、移動偵測、報警、報警聯動輸出；支持雙向、雙工語音對講、單向語音廣播；支持串行設備數據采集；多級用戶權限管理，一個管理員可以創建多個操作員，每個操作員的權限可以定制，系統安全性更好。

智能視頻分析服務器的典例與應用

應用視頻分析服務器基本架構與智能視頻分析技術開發出嵌入式單DSP智能視頻分析服務器是新一代嵌入式視頻分析系統的典例（如BSTIVS1101S型）。其特點是體積更小，性能更強大，運行更穩定。它運用了先進的嵌入式硬件平臺開發技術，而且，為在消減硬件器件的同時不降低性能，采用了高級的DSP算法移植與優化、網絡編解碼等的先進技術。其性能為：能夠脫離PC對輸入該設備的視頻進行實時分析并及時告警?？筛鶕脩艟唧w需要，設定目標行為規則，與監控攝像機配合工作實現智能視頻監控，實現安防監控的按需報警、按需傳輸、按需存儲，最大限度發揮監控系統潛力，合理利用人力，提高監控管理水平，實現智能化高效監控。它功能強大，已內嵌多種智能視頻分析算法，并可對同一路視頻選擇多種算法同時運行，設定多種規則自動檢測多種異常事件并報警。

該嵌入式單DSP智能視頻分析服務器是實現智能人臉捕捉技術一種方式，即前端人臉捕捉儀分析和捕捉視頻源內的人臉。通過將視頻，在前端接入人臉捕捉儀，在前端嵌入式設備上實現人臉捕捉功能，并將捕捉出來的人臉照片，通過網絡等接口傳送到人臉資料庫。對于新建項目、小型項目、分散型項目一般采用此方式?？稍谝曨l狀態檢測、越線檢測、禁區檢測、物品遺留檢測、物品移走檢測、密度超標檢測、人群突然聚集檢測、人群突然發散檢測、徘徊檢測、非法停車、人員計數等方面應用。

其應用領域為： 主要應用于安防監控及消防領域，可避免人工監控存在的易疲勞、易疏忽、反應速度慢、人力成本高及后驗式系統“事后查驗、亡羊補牢”等諸多不足，真正實現監控智能化，提高安全防范級別和監控管理工作效率，節省施工和管理成本，為客戶提供全面的智能視頻監控系統解決方案。因此，可廣泛適用于軍隊、公安、監獄、銀行、交通、鐵路、機場、港口、電力、石油、煤礦、智能建筑、景區、文博、校園、小區、消防、廣場、商場、工廠、森林等行業，主要服務對象為安裝安防監控系統的政府機構、企業及相關集成商等。

智能視頻分析模塊特征與應用

智能視頻分析模是將智能視頻分析技術與高效能的數字信號處理器(DSP)完美結合的劃時代技術方案，能夠讓制造商最快捷地將智能視頻技術嵌入到攝像機、DVR以及任何網絡視頻監控產品內，立即晉級為智能化的視頻監控解決方案，大幅增加產品的附加價值和經濟效益。而其功能優勢為高性能的雙核處理器和嵌入式平臺，內嵌強大的智能視頻分析算法，完善的SDKFF發包和參考設計支持，成熟的智能視頻功能應用。它是DVR／DVS／IPCAM產品智能化升級捷徑。為此應對智能視頻分析技術功能單一化、產品化、模塊化的智能視頻分析模塊特征與應用作介紹。既然是DVR／DVS／IPCAM產品智能化升級捷徑，故應對它可與DVR／DVS／IPCAM對接應用的特征先述。

智能視頻分析模塊與DVR／DVS／IPCAM對接應用示例（見圖2所示）

從圖2所知：對于電源輸入，其智能視頻分析模塊支持12V，400mA的電源輸入；對于COMO，其接口電平為1.8V，該接口用于智能視頻分析模塊本地調試；對于LAN，外接RJ45，該接口用于智能視頻分析模塊在線升級；對于SPI&COMl，該兩個接口電平均為1.8V，任意選用其一接口可用于智能視頻分析模塊與DVR／DVS／IPCAM進行智能視頻分析結果數據上報以及參數設置下發；對于視頻輸入接口，其接口電平1.8V，則智能視頻模塊支持標準ITU—RBT.656數字視頻輸入。由智能視頻分析模塊與DVR／DVS／IPCAM對接應用是成為無縫連接，互為補充，形成完整的網絡平臺智能視頻監控系統。智能視頻分析平臺，從后端集中視頻源內分離和捕捉人臉。通過在集中視頻監控平臺后端，引入視頻源的方式，在后端智能視頻分析平臺上實現人臉捕捉。這種方式最適合于對平安城市、平安校園等大型集中視頻監控平臺進行智能化改造。

關于智能視頻分析實用功能舉例

值此對智能視頻模塊在人臉捕捉儀、入侵檢測預警器及人群聚集度檢測技術等應用作重點介紹。

動態人臉捕捉特征及應用

動態人臉捕捉遮擋檢測是利用智能視頻分析技術人臉遮擋檢測算法，對人的臉部進行分析檢測，并自動判別人的臉部特征，對戴墨鏡、壓低帽沿或戴口罩以及其他任何形式的有意識遮蓋臉部特征等可疑行為人員進行自動識別和報警。

它是實現智能人臉捕捉技術又一種新方式應用了智能視頻分析平臺，從后端集中視頻源內分離和捕捉人臉。通過在集中視頻監控平臺后端，引入視頻源的方式，在后端智能視頻分析平臺上實現人臉捕捉。值此對其基本功能與主要參數作說明。

人臉捕捉儀它是自動對視頻場景內的人臉進行檢測和捕捉的智能人臉采集終端。該終端基于DSP平臺，1路／2路視頻輸入，通過智能視頻分析可實現對視頻場景內的人臉進行捕 捉和照片存檔。終端提供標準SDK接口協議，可通過RJ45、RS232／485等接口進行雙向通訊，用于與其他設備進行集成應用。

功能特點：嵌入式處理終端，前端自動檢測視頻場景內的人臉，捕捉人臉部分照片，并傳送到后端；直接接入普通模擬攝像頭或者數字視頻流，即可對監控場所進出的所有人臉進行24小時自動捕捉；可直接通過網口／U5B接口對產品進行升級處理，維護更方便、快捷；提供R5232／485、U58、SD等各類豐富硬件接口；支持與后端的人臉照片比對軟件配合使用。

應用范圍：安裝于地鐵、火車站、長途車站、碼頭、機場、政府部門、樓堂會館等各類人行出入場所，對通過的人群進行自動的人臉檢測、照片捕捉存檔，以供后期的人臉檢索、黑名單/白名單比對。

應該說，當今智能視頻分析模塊應用人臉捕捉儀上的功能與主要參數大同小異，上述僅以VAl202CIS-FC型人臉捕捉儀為典例作的說明。

入侵檢測預警器

圖2：為智能視頻分析模塊與DVR／DVS／IPCAM對接應用示意

它是一種視頻行為分析技術應用的裝置。它能在更大檢測范圍，具有更高檢測率和更低誤報率。它是一種視頻行為分析技術的應用。所謂視頻行為分析技術就是對視頻場景內的相關運動目標(人或物體)進行檢測、分類及軌跡追蹤，并根據制定的分析(觸發)規則，由系統自動分析、判斷運動目標的行為信息，并將信息輸出到相關的系統平臺。而入侵檢測預警器，是自動對視頻場景內的周界入侵行為進行自動預警的智能物聯終端。該終端基于DSP平臺，1路／2路視頻輸入，通過智能視頻分析，可實現對視頻場景內的周界入侵行為進行預警，提供本地IO輸出，可實現本地和遠程報警。其終端提供標準SDK接口協議，可通過RJ45、RS232／485等接口進行雙向通訊，用于與其他設備進行集成應用.

功能特點：是一種嵌入式處理終端，前端自動檢測視頻場景內的可疑周界入侵行為，自動進行本地和遠程報警，并進行證據保全；直接接入普通模擬攝像頭或IPCAM，自動進行24小時不間斷檢測。也可直接通過網口／USB接口對產品進行升級處理，維護更方便、快捷；也能提供RS232／485、RJ45、USB、SD等各類豐富硬件接口.

應用范圍：安裝于小區、別墅、廠礦、碼頭、倉庫、貨場、校園、企業、軍事基地周邊等各類需要對周界入侵行為進行防范的場所，對越線、禁區、逆行等各類周界入侵行為進行24小時不間斷檢測和預警。

人群聚集度檢測技術

人群密度檢測是通過攝像機采集視頻信息，并運用智能視頻分析技術分析畫面中的活體移動目標，并統計計算設定區域內的目標數量和密度，當數量值超過預設的閾值時自動產生報警信息，提示監控人員采取針對性的措施?？蓱糜谌巳悍欠瘯O測、機場驗證大廳等場景。由于人群密度的檢測是智能視頻技術手段之一，其監測方式上是通過軟件自動分析出現在視頻范圍內的人群的密度，當達到一定的設定密度時系統可發出報警信號，同時系統能將背景中的物體和人群區分開來，減少其他因素干擾，提高檢測準確度。

人群密度檢測儀，是自動對視頻場景內的人群聚集度進行自動預警的智能物聯終端.該終端基于DSP平臺，1路視頻輸入，通過智能視頻分析可實現對視頻場景內的人群聚集行為進行分級別的預警，提供本地IO輸出，可實現本地和遠程報警。終端提供標準SDK接口協議，可通過RJ45、RS232／485等接口進行雙向通訊，用于與其他設備進行集成應用.

功能特點是嵌入式處理終端，前端自動檢測視頻場景內的可疑人群聚集行為，自動進行本地和遠程報警，并進行證據保全；直接接入普通模擬攝像頭或者數字視頻流，自動進行24小時不問斷檢測和預警。也可直接通過網口／USB接口對產品進行升級處理，維護更方便、快捷；也能提供RS232／485、RJ45、USB、SD等各類豐富硬件接口。

應用范圍：安裝于市政廣場、機場碼頭通道、企事業單位大門口、軍事禁區周邊等，對可疑人群聚集進行24小時不間斷的檢測和預警.

其它實用功能

有視頻客流統計、多光源人臉識別、局部高清人臉捕、捉動態車牌捕捉、運動目標檢測、物品狀態檢測、攝像機健康檢測等多種實用功能。

結束語

智能視頻分析服務器與智能視頻分析模塊的呈現，帶來了根本性的改變，可極大地發揮與拓展視頻監控系統的作用與能力，使監控系統具有更高的智能化，大幅度降低資源與人員配置，同時，必將全面提升安全防范工作的效率。因此，它不僅僅是一種圖像數字化監控分析技術，而是代表著一種更為高端的數字視頻網絡監控應用，體現著未來視頻監控系統全面走向數字化、智能化、多元化的必然發展趨勢。