智能高清视频监控技术及应用

　　智能视频行为分析是在智能视频监控系统中最为核心的关键技术，其研究目标是利用计算机视觉技术、图像视频处理技术和人工智能技术对监控视频的内容对象进行描述、分析和理解，并根据理解的结果对视频监控系统进行控制，从而使视频监控系统达到具有较高层次的智能化水平。

　　智能视频行为分析的研究内容涉及到视频监控对象的多种不同行为，如目标检测和分类、目标动态跟踪、目标识别和理解、统计计数，另外还包括非法入侵、人物分离、逗留游荡、群体定向移动等异常行为。

　　（1）目标检测和分类：将输入的视频图像中变化剧烈的区域或者人们感兴趣的区域从图像背景中分离出来，是智能视频行为分析的基础，其检测的效果直接决定整个智能视频监控系统的性能。目标检测的算法主要包括光流法、相邻帧差法和背景差等诸多方法。进一步按照检测目标的空间特征和时间特征值值如目标轮廓、目标尺寸、目标纹理、运动速度等信息进行分类。

　　（2）目标动态跟踪：主要是对可疑的被锁定目标进行自动跟踪，尤其是结合GPS定位技术和多摄像机的协同工作实现动态跟踪。常用的跟踪算法包括：基于特征的跟踪算法，基于模型的跟踪，基于轮廓的跟踪算法等，目标动态跟踪难点是目标间或目标与背景物体存在遮挡、重叠如何实现跟踪。

　　（3）目标识别和理解：这是智能视频行为分析的较高阶段，如人脸识别，车辆识别，特定对象的识别等，识别是视频内容理解的基础。图像识别的算法包括颜色直方图法、特征匹配法等。

　　（4）统计计数：这是智能视频监控中的重要应用之一，在智能交通中的某个路段的车辆计数、商城中的客流量统计以及其他指定区域的人或物的数量信息统计。

　　在智能视频行为分析中，还包括其他各种典型的视频行为异常行为分析，如越界入侵判别、遗留物品判别、区域逗留提示、群体定向移动提醒等。使管理人员提前感知异常行为并关注相应监控领域、尽可能提前发现潜在的威胁并做出应对策略。

　　很重要的一点是，在智能视频监控系统中，还应该包括对视频监控系统的监控技术，如视频图像出现的雪花、滚屏、模糊、偏色、画面冻结、增益失衡和云台失控等常见摄像头故障做出准确判断并发出报警信息，对视频监控系统录像主机的网络状况、系统备份情况等各种信息进行监测。

　　3.3 多摄像机的协同工作技术

　　多摄像机协同工作技术最主要的利用多个摄像机对视野内出现的目标进行持续的跟踪。尤其是在规模化的视频监控系统，摄像机的数目大为增加，为摄像机传递提供条件。多摄像机协同工作可以扩展观测区域，增加观测角度，利用冗余信息增加系统的鲁棒性，如在单摄像机跟踪中出现的遮挡问题，在多摄像机条件下，可以较好地解决。

　　基于多摄像机的智能视频监控系统在众多领域存在广泛的应用前景，是国内外研究的热点之一。包括著名的美国马里兰大学的W4系统，福罗里达中央大学的Knight系统等。所涉及到的关键技术包括目标匹配、定位和标识等内容。

　　3.4 高速DSP或嵌入式处理技术

　　作为智能视频监控系统的前端设备，已经是一个集视频信号采集、压缩编码、信号处理、码流发送于一体的一体化设备，而目前一体化设备主要采用高速DSP或嵌入式处理技术来实现。因此，DSP或嵌入式处理技术性能已经成为网络摄像机性能的标志。在编码芯片上，一般有DSP、ASIC等可供选择。目前一些数字媒体处理器具有较高的主频，并携带有协处理器，提供H.264 HP@L4(1080p 30fps、1080i 60fps、720p 60fps)的同步多格式高清视频编码。由于DSP芯片的高速处理能力，一些简单的智能视频行为分析放置在编码端处理，减轻中心服务器的处理压缩，这种基于嵌入式技术的视频信号分布式处理将是智能视频监控系统采用的一种有效方式。

　　3.5 视频流的自适应流化和传输技术

　　视频流的稳定、可靠传输是智能视频监控系统的重要性能之一，当不同的用户终端如手机用户、PC机用户得到授权访问监控点时，系统需要提供不同分辨率的视频流信息。因手机用户显示屏较小，系统只需要提供QCIF格式的视频，而PC机用户所采用的显示屏较大，系统要提供D1格式的视频，如采用高清电视显示时，应该提供高清的视频信息。因此，如何使得同一监控点的视频流信息自适应不同的用户，实现多屏融合的自适应流化和传输技术是一个值得研究的课题。

　　四、智能高清视频监控的应用

　　尽管有些专家对“高清”在视频监控系统中应用的必要性存有不同看法之外，但总体来说，智能高清视频监控应用的发展趋势已经有目共睹，其应用领域已经覆盖到公安、国家安全、军队、武警、钢铁行业、环保行业、林业、煤矿业等。尤其是“高清”监控成本的下降，智能高清视频监控在“十二五”期间将呈现快速增长趋势。据CCW Research对智能视频监控的预测[7]，从2010年至2014年将增长570%。因为目前在交通、电力、石油石化、银行、商店超市及酒店等细分行业中部署有智能视频监控产品的只占23.1%、13.6%、5.3%、19.0%和21.7%。

　　由此可见，智能视频监控产品有着很大的应用发展空间。智能高清视频监控技术进入实用，极大提高视频信息的价值，体现出比目前常见视频监控更大的优点：

　　（1）提高存储视频的图像质量，确保回放图像的清晰度。在目前的许多大视野的视频监控中，采用D1格式的图像分辨率，许多细节包括人脸图像在回放的视频中不清楚，从而导致关键信息的不完整，监控的效果大大降低。此外，高清视频的图像质量，为智能视频行为分析提供保障。

　　（2）体现视频监控的有效性，将“事后取证”变为“事前预警”。最为智能和有效的视频监控不是等“事件”发生之后，再从视频数据库中寻找发生“事件”的场景，查找“事件”的当事人，而是在“事件”正在发生的时刻，提醒相关人员进行及时处置，避免更为严重的后果发生。另外，通过智能信号处理，大大降低人工观察的低效，把相关人员从单一枯燥的视频画面中真正“解放”出来。

　　（3）体现出更高的性价比，随着视频处理技术和芯片设计制造技术的快速发展，智能高清视频监控产品的价格呈现不断下降的趋势。摩尔定律指出，集成电路每隔18个月晶体管数目便会增加一倍，性能也将提升一倍。而实际上，一路高清的视频图像可以分解为四路D1格式的图像，在相同的图像质量条件下，具有较强的竞争力。

　　智能高清是视频监控发展的一种趋势，其性能会不断得到提高，但值得注意的是，也要避免进入智能可代替一切的误区，由于环境、条件、光照、人变化的高复杂性，智能视频监控并非是万能的视频监控。

　　五、结束语

　　随着用户要求不断提高的监控技术，智能高清监控正在快速地进入我们的视野，成为安防行业一颗璀璨的明星。结合无线、移动通信的快速发展，以视频技术为核心的无线多媒体传感网得到人们的普遍关注，智能视频监控系统结合RFID标识、各种不同传感器信号的输入成为物联网的核心内容之一。