網絡視頻監控技術發展現狀與展望

劉偉琪

摘要：網絡技術、計算機技術及信息化技術不斷發展，為很多行業帶來了新的動力，安防行業也不例外。視頻監控技術在安防行業中扮演了重要的角色。正是在上述技術的支持下，使得視頻監控愈來愈成熟。加之圖像壓縮解碼及流媒體技術的逐步演變、處理器能力的大幅度提升，使網絡視頻監控得以實現。與傳統視頻監控相比，網絡視頻技術具有更高的靈活性、可擴展性，并具有更低的成本，所以倍受推崇。基于此，文章對網絡視頻監控技術發展現狀進行了綜合性闡述，詳細分析了網絡視頻監控技術當中的核心技術，以供參考。

關鍵詞：網絡視頻；監控；發展

1網絡視頻監控技術概述

網絡視頻監控技術的主要用途是用來實時監控，主要是通過網絡視頻監控系統來實現。網絡視頻監控系統由3個部分構成，分別為前端監控設備、監控中心及即監控工作站。前端監控設備是監控過程中的基礎設備，包括攝像頭、麥克風、網絡視頻編碼器等；監控中心則包括服務器軟件、監控墻及流媒體服務器等；監控工作站多以客戶端形式存在。用戶安裝客戶端后便可獲取合法權限登錄并使用系統。網絡監控系統具體工作流程如下：先由前端設備攝入圖像或聲音，如攝像頭可采集圖像信息，麥克風可采集聲音信號。然后，在視頻服務器的作用下對信號進行數模轉換，并通過壓縮技術對這些信息進行數字化處理。信號處理完成后將處理后的視頻在網上發布。最后，由中央控制室將整個監控系統接入局域網當中，以實現監控系統的管理及錄像。此外，還可利用解碼器將視頻數據發送到顯示器上，從而實現網絡視頻實時監控。

2網絡視頻監控核心技術分析

2.1成像技術

在網絡視頻監控系統中，成像技術占據了核心地位。以往網絡視頻監控主要是通過電視頻錄制及攝像照相技術實現監控。如今數字視頻采集技術已經成為網絡視頻監控的主流，并朝著高清、日夜兩用方向不斷完善。除了傳統光學成像技術外，近年來，紅外熱成像技術也愈來愈受到推崇，在部分場景下，該技術較普通成像技術具有極大的優勢。自然界中，任何物體都會輻射出不同波長的紅外線。通過相關設備對監控目標與背景之間的紅外波長進行測定，并通過光電轉換、信號處理等手段，獲得紅外圖像。在防火監控中，紅外成像技術具有明顯優勢。很多火災往往是由不明顯的隱火所造成的，采取普通監控方法，可能無法監測到這些隱性火災苗頭，但采用紅外熱成像儀可迅速捕捉到這些隱火，從而提早預防。另外，紅外熱成像技術可在夜間及惡劣氣候條件下有效監控目標。例如，北京和普威視光電技術有限公司研發的HP-TC系列變焦遠距離熱成像攝像機產品便具有良好的性能。該產品是基于最新的非制冷紅外技術和連續變焦紅外光學技術開發的遠距離熱成像攝像機。采用高靈敏度640x480分辨率的非制冷型焦平面成像探測器，先進數字電路和圖像處理算法可提供細膩平滑的圖像。特殊設計的2～5倍光學連續變焦的紅外鏡頭，可實現1～10km作用距離，兼顧搜索與觀察雙重應用需求。

2.2硬件芯片技術

傳統監控攝像機的圖像傳感器主要以CCD（Charge-Coupled Device）為主。然而，隨著CMOs（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor）的不斷成熟，其逐漸替代了CCD。相對于CCD而言，CMOS圖像傳感器具有集成度高、成本低的特點，并且在相關技術水平不斷提升的過程中，其成像質量己不輸于CCD。由于CMOS當中集成了許多外圍處理功能，所以其所需器件較CCD更少，具有明顯的功耗優勢。在信息讀取方面，CCD要在同步信號控制下一位一位地實施轉以后才能讀取，在電荷信息轉移及讀取輸出過程中，需要多種電路組合與電源配合，整個電路較為復雜。CMOS則通過光電轉換后可直接產生電流信號，信號讀取較為簡單。大多數CCD需要3組電源供電，能耗較高。CMOs僅需1個電源供電，其整體能耗僅為CCD的1/8左右。CCD由于技術起步早，技術成熟度高，它通過PN結或二氧化硅隔離層將噪聲隔離，可獲得品質較高的圖像。CMOS由于集成度較高，各元件、電路之間的距離較近，彼此之間會形成相互干擾，早期由于技術不成熟，圖像質量受噪聲影響較大。但CMOs經過多年發展，基本上已經克服了上述問題，其整體成像質量己達到了較高水準。

除圖像傳感器外，SOC（System on Chip）在網絡視頻監控中也扮演了重要的角色。例如三星、高通、德州儀器、海思等品牌的SOC都具有較好的性能，其特點也各不相同，包括低功耗、高性能、高視頻壓縮量、高壓縮比等。SOC的不斷成熟使得監控攝像機的集成度愈來愈高，能夠同時完成編碼、智能分析、圖像信號等任務，且功耗較為理想。

2.3視頻編解碼技術

對于網絡監控系統而言，由前端設備所獲取的原始視頻數據并不適合網絡傳輸及存儲，這就需要通過視頻編解碼技術，對原始視頻數據進行壓縮、處理。目前主流的編解碼技術包括MPEG-4，H.265，SVAC等技術，具體如下：（1）MPEG-4標準是基于對象和內容的編碼方式，它只對圖像幀與幀之間的差異元素進行處理，撇除了相同圖像元素，大幅度降低了合成多媒體文件體積，所以在較小的容量下也可得到清晰的還原圖像，即具有更高的壓縮比。（2）H.265。隨著網絡視頻監控系統攝像頭像素的不斷提升，給數據存儲帶來了一定壓力。H.265標準的出現則有效解決了高清攝像的存儲問題。H.265是以H.264為基礎的改良型技術。通過新技術的使用，可讓編碼質量、碼流、延時及算法復雜度之間的關系得到全面改善，以達到優化效果。在傳輸720P視頻時，H.265可保持1～2Mbps的速度進行傳輸。另外，H.265可支持4K視頻，甚至是8K視頻，性能十分強大。（3）SVAC。該技術標準是由中星微電子與公安部第一研究所共同建立的一套技術標準。SVAC在高精度視頻、高動態場景中可提供更多的圖像細節，有效控制了編解碼環節所造成的圖像信息損失。同時，SVAC支持感興趣區域變質量編碼，即便是在網絡帶寬存儲空間有限的情況下，也可獲得較高質量的視頻編碼。另外，SVAC支持監控專業信息，并支持加密認證，進一步提升了監控數據的保密性、真實性及完整性。

2.4視頻智能分析技術

視頻智能分析技術的出現及不斷成熟，讓網絡視頻監控系統在功能性方面達到了一個新的層次。利用智能視頻分析技術，可實現高級視頻移偵測。在復雜環境或天氣下，可對單個物體或多個物體的運動情況進行精確視頻及偵測。當偵測到移動物體后，便可根據物體的實際運動狀況，自動發送PTZ控制質量，讓攝像機自動跟蹤物體。若物體超出攝像機監控范圍后，系統會通知物體所在區域的攝像機繼續對其進行追蹤。同時，利用視頻智能分析技術可實現人臉識別、測量識別及交通流量控制，為相關領域提供了有力的技術支持。

3網絡視頻監控技術發展歷程

網絡視頻監控技術發展至今一共經歷了4個階段：（1）近距離監控。在視頻監控發初期，主要是采用視頻同軸電纜將視頻圖像由前端監控點導入監控中心，再在顯示設備上播放。在監控點數量增加的情況下，視頻顯示設備及錄像設備也會大幅度上升，大幅增加了建設成本及管理難度。視頻矩陣技術的引入則有效解決了上述問題，讓大量視頻圖像可切換顯示，分配共享。模擬視頻只適用于近距離傳輸，無法實現遠距離大容量視頻傳輸，且不能做到多中心多級聯網，限制了其應用范圍。（2）聯網監控。20世紀90年代中葉，光端機的出現讓視頻圖像遠距離傳輸問題得到了解決。借助數字光端機，并通過復用技術進行傳輸，不但提升了視頻傳輸質量、容量，也讓傳輸業務類型得到了豐富。同時，在RS232/422的作用下實現了聯網視頻監控。但由于RS232/422數據傳輸速率較低，且節點無法任意編號，也無法進行遠程管理，讓聯網視頻監控規模受到了一定制約。（3）IP網絡監控。網絡虛擬矩陣的不斷成熟也標志著網絡視頻監控技術進入了IP網絡監控時代。網絡虛擬矩陣以IP網絡作為媒介，以TCP/IP協議，借助網絡視頻編解碼器、網絡交換機、路由器、網絡視頻存儲設備、網絡視頻管理平臺所構建的網絡監控平臺，可實現全網視頻統一管理，并可進行靈活的后臺操作。（4）光纖網絡監控。利用數字技術可對模擬視頻進行數字化編碼，但并不需要視頻壓縮。經過數字化處理的視頻信號可通過光纖網絡進行傳輸，即可實現前端一體化、傳輸網絡化、處理數字化、系統集成化。

4網絡視頻監控技術未來展望

智能化是未來網絡視頻監控技術的重要發展方向。同時，在網絡視頻監控技術發展過程中，還要注重自主知識產權保護，這樣才能讓相關企業在市場上獲得真正的技術地位。國家相關部門也應該對安防、視頻監控等行業等給予政策扶持，以創造出良好的行業發展氛圍，促使其健康發展。