視頻監控技術

視頻監控具有悠久的歷史,在傳統上廣泛套用於安防領域,是協助公共安全部門打擊犯罪、維持社會安定的重要手段。隨著寬頻的普及,計算機技術的發展,圖像處理技術的提高,視頻監控正越來越廣泛地滲透到教育、政府、娛樂、醫療、酒店、運動等其他各種領域。

概述

視頻監控技術是指利用視頻監控技術探測、監視設防區域,實時顯示、記錄現場圖像,檢索和顯示歷史圖像的電子系統或網路系統。

發展過程

視頻監控技術按照設備發展過程分為三個階段:模擬視頻監控、數字視頻監控、智慧型視頻監控。

模擬視頻監控時代

第一代視頻監控系統也叫做閉路電視監控系統,簡稱CCTV(Close Circuit Television),產生於20世紀70年代。
組成
視頻採集設備:主要有攝像機、鏡頭、防護罩、支架、解碼器、視頻分配器。

信號傳輸設備:主要有各類線纜及連線器、信號收發器、信號放大器。

切換控制設備:主要有由矩陣、控制碼發生器、鍵盤、人機界面。

顯示與記錄設備:主要有多畫面處理器多畫面分割器、監視器、磁帶錄像機。

數字視頻監控時代

數字視頻監控時代的標誌性產品是硬碟錄像機,簡稱DVR(Digital Video Recorder),產生於20世紀90年代。

智慧型視頻監控時代

智慧型視頻監控技術在近幾年得到廣泛的套用和發展,其系統的主要構成智慧型視頻分析伺服器(JIVS)、智慧型監控管理主機(JIVM)。
設備
1.智慧型視頻分析伺服器:智慧型分析核心機JIVA,運行智慧型分析軟體,完成對指定視頻的智慧型分析,向JIVM提供智慧型報警信息。來源於計算機視覺,它能夠在圖像及圖像描述之間建立映射關係,從而是計算機能夠通過圖像處理和分析來理解畫面中的內容,其實質是“自動分析和抽取視頻源中的關鍵信息”

2,智慧型監控管理主機:主控機JIVM,運行智慧型監控平台,完成對智慧型監控系統內設備的管理,和報警信息管理。主要功能是資源的管理、媒體的分發、存儲管理、告警服務、用戶服務功能。

發展套用領域

從個別行業到多重領域
過去,視頻監控技術套用主要集中在政府部門和金融、公安、交通、電力等特殊部門及行業。其中,政府部門和金融行業分別占據了20.9%和20.6%的市場份額。然而,隨著社會信息化的進步,越來越多的行業和領域視頻監控的需求大量增加,視頻監控技術開始從銀行、交通等個別領域向多領域延伸,由傳統的安防監控向管理監控和生產經營監控發展。
此外,視頻監控技術僅用於企業行業的情況也逐漸被打破,公眾家庭也成為視頻監控套用的新市場。在公眾家庭市場,視頻監控主要是套用於住宅的安全防範和財產的監控。
從本地監控到跨省跨區

視頻監控需求市場不斷擴大,除了傳統行業,企業和個人市場也正在興起,中國經濟最活躍的中小企業和個人用戶,對視頻監控技術的套用前景都已經明顯呈現出來。與此同時,用戶的要求也越來越高,其中最突出的就是要求實現對大量視頻數據實時、無地域、無阻礙傳輸,從而達到資源共享,為各級管理人員和決策者提供方便、快捷、有效的服務。

尤其是對一些大集團公司來說,這些企業都是跨省區的,分支機構遍布全國,各分公司之間的活動也非常頻繁,如果讓各地人員來回奔波,顯然降低了工作效率,浪費了企業資源,提高了經營成本。而通過視頻監控,就可以實現身處異地也能及時、直觀地掌握公司情況,因此這些客戶對連線全省乃至全國的視頻監控系統需求也十分迫切。可以預見,突破本地網的限制,實現省內或者跨省聯網,將是未來視頻監控技術發展的重要趨勢。
從提供接入到系統集成
企業在建設視頻金控系統時,只是為用戶提供網路信道,並不能參與到終端採購、軟體安裝、運行維護中。在這種模式下,用戶需要自行購買視頻終端器材,自行建設信息管理軟體系統,還要委託第三方進行系統和線路的維護,這不僅增加了用戶使用業務的難度,也使得視頻監控系統的功效大為降低。
為此,專家指出,企業要成為信息化的專家,在開展視頻監控業務時,要利用寬頻網路,將分散、獨立的圖像採集點進行聯網,實現跨區域全球範圍內的統一監控、統一存儲、統一管理,整合利用行業資源;不能僅僅提供信道,還要進行系統集成,應該從硬體到軟體、從建設到維護,提供一體化打包式的服務。

家庭網路視頻監控技術

技術問題

常用的家庭監控系統一般包括一組攝像頭、監視器和中央存儲單元(DVR),DVR在存儲之前對視頻輸入進行多路復用。具備嵌入式DVR的PC能夠驅動基本分析功能,也可以完成監視和存儲功能。基本家庭監控系統的分析和報警功能通常只限於簡單的移動探測和時間或者日期標記等。HMI(人機接口)受限於DVR設備,與PC聯網後,控制和監視功能會大幅度提高。
更高級的監控系統則增加了音頻監視、更多的視頻輸入、遠程控制和監視網際網路連結、CD刻錄以及全面的報警和呼叫等功能。高端系統還包括伺服器(流復用),採用獨立的附加存儲單元來替代DVR.高端系統還能提供高級移動探測功能,包括智慧型區域和邊界等。例如,在一個攝像頭的觀察範圍內,人行道上有很多的人流不會引起報警,而家庭和人行道之間的區域出現大量人流則會觸發移動報警。高級分析功能還包括某人閒逛甚至包裹墜落探測等。系統能夠識別出極少移動或者沒有移動的物體。在非常高端的家庭系統中,攝像頭就可以完成分析功能,並進行實時探測和報警。
DVR是在數字視頻監控系統基礎上發展起來的,DVR採用數字音/視頻壓縮/解壓縮的編解碼技術,用硬碟來本地儲存經壓縮編碼後的數字音/視頻數據流,用網路來遠程傳輸經壓縮編碼後的數字音/視頻數據流和控制信息,集圖像畫面分割、多路視頻切換、錄/放像機等功能於一體。硬體上還可連線感測器、警報器、雲台和鏡頭控制器等,實現監視範圍的搜尋和目標鎖定,以及環境監控和報警輸出;軟體上還可增加圖像移動偵測、特徵提取等輔助功能,以滿足某些特定套用的需求。
DVR按產品的結構可分為基於PC的DVR和嵌入式DVR二種,這二種DVR產品各有優缺點。基於PC的DVR經過多年的開發和套用,功能日趨完善、產品日趨成熟,並可充分利用PC機上豐富的軟/硬體資源。但PC機所採用的Windows作業系統為非實時作業系統,並且易受病毒攻擊,影響了系統的可靠性和穩定性,另外其昂貴的成本,使其難於普及到家庭使用。嵌入式DVR,沒有了PC機強大的軟/硬體資源的支持,其產品的靈活性和功能的豐富性受到一定程度的限制,但隨著近年來晶片技術的不斷發展,嵌入式DVR的功能日益豐富、產品日益成熟,加之嵌入式DVR固有的穩定性和低成本,越來越被人們接受,尤其在家庭普及套用中。
基於PC的DVR作業系統一般為Windows作業系統,它具有具有套用普遍、使用簡單、日後維護方便、軟體易於升級等特點。但Windows作業系統本身具有不穩定性,但系統中除了運行DVR套用軟體外,還運行其它的軟體時,系統將不穩定,甚至出現"當機"等嚴重問題,影響系統的正常運行。
Linux作業系統支持多用戶、多任務、及多道處理,是以網路環境為基礎的作業系統,具有完整的網路功能,使用者可以在Linux下以單機連上網際網路,也可架設區域網路(LAN);還可以Linux架設各種伺服器,提供在網際網路以及內部網的郵件、FTP和Web等各種服務,方便DVR實現網路化。
不過,對於普通家庭用戶而言,人們還是首選Windows系統,畢竟不是人人都熟悉Linux系統的使用。

解決方案

介紹幾種套用較多的家庭監控解決方案:
1、網路攝像機
你只需要購買一個網路攝像機,(一般還需要加一個路由器),將網路攝像機通過網線與路由器相連,就可以實現區域網路監控。大部分情況下在路由器做一下連線埠映射就能實現遠程監控了。目前已經有些廠家實現了路由穿透技術,不需要用戶路由器設定,真正實現了即插即用,對於電腦不熟悉的用戶來說是件好事。
網路攝像機在監控前端不需要電腦來配合就可以通過網際網路實現遠程監控,不僅可以通過客戶端軟體查看,還可以直接通過IE來瀏覽。另外,大部分網路攝像機還支持移動偵測,錄像,歷史回放,抓拍等功能。
由於監控前端只需要一個嵌入式的設備,降低了成本,降低了安裝的複雜度,維護也很簡單。安裝上,現在許多現場都是已經有了網路的,可以直接利用,如果採用視頻線,往往要重新布線,成本高。
2、攝像機+視頻採集卡+電腦+監控軟體
現在各類採集卡基本上都有自己的監控軟體,一般都能實現遠程監控功能,用戶需要購買攝像機,視頻採集卡(一般免費配送軟體),在自家的電腦上插好採集卡,再把攝像機與採集卡連線上,運行監控軟體就可以實現區域網路和遠程監控。
此類方案比較成熟,行業監控使用很多。對於已經裝修好的家庭來說重新布視頻線是不太願意的,另外由於家裡電腦必須24小時開著,但又不能提供一個好的運行環境。從使用成本,從穩定性來說都不如人意。所以儘管此類技術出現較早,較成熟,但是還未能普及家庭用戶。更重要的是由於監控成本太高,不能讓大部分家庭接受。
3、視頻伺服器+模擬攝像機
視頻伺服器使用的情況和網路攝像機類似,成本略高,安裝上比網路攝像機麻煩些,能跟據用戶的需求配置攝像機。隨著網路攝像機以及視頻伺服器技術的完善,網路環境的改善,視頻監控門檻將降低,對於家庭用戶,連鎖店,學校這些監控要求不高的場合,使用此類設備將能滿足大部分用戶的需求。

套用前景

網路視頻監控的市場目前非常廣闊。根據2005年FroST&Sullivan的一份關於全球視頻監控設備市場的報告指出,網路攝像機和視頻伺服器的銷售收入將從2002年的1億美元左右,增長到2005年的4億美元,2008年8.5億美元,且預計在2010年達到12億美元以上。作為視頻監控的組成部分,家庭視頻監控也在日益發展,並且隨著人們對自身安全的重視而不斷得到推廣。
1、視頻監控數位化
視頻監控發展經歷了模擬視頻監控、半數字監控、數字監控三個階段。對於視頻監控,數位化存儲帶來的是一場革命性的變化。數位化是21世紀的時代特徵,視頻監控的數位化是監控技術的必然趨勢。
2、視頻監控智慧型化
智慧型化是視頻監控技術發展比較高級的層次。由於視頻監控的數據量非常大,而用戶真正需要的信息只是少部分,或者說真正需要監視的只是發生機率很少的某些事件,如何通過海量數據獲取有價值的信息或者說如何從目視解釋變為機器自動解釋是視頻監控技術發展的一個新方向。因為能把視頻監控從靜態的、事後取證變成動態的、實時預防和告警對用戶來說顯得更加重要。實際上現有的監控系統都配置有如自動位移偵測、晝夜自適應切換存儲、預警設定(如可疑人物照片、指紋等)等一些低級形式的智慧型化功能。隨著技術的發展,全智慧型的監控系統將要求事發前能夠識別並作出正確的判斷,為人們提供最為有效、及時的快速反應措施。
3、視頻監控IP化
視頻網路、IPTV等都是網路快速發展的重要套用。隨著Internet技術的發展,基於IP的視頻監控更能為人們所接受,網路攝像機把壓縮的視頻信息通過TCP/IP協定,採用流媒體技術實現視頻在網上的多路復用傳輸,擁有授權的用戶可以隨時訪問網際網路,實現對整個監控系統的指揮、調度、存儲、授權控制等功能。鑒於IPv6在服務質量、網路性能、安全性改善提高一級IPv6對下一代Internet網路的影響,基於IP的視頻監控將會成為主流。
4、視頻監控無線化
無線化包括兩方面內容:一是監控中心的移動,通常情況下,被監控對象或是攝像機往往是固定的。而作為監控系統的使用者(監控中心)則可以是動態的,當公司領導出差在外,需了解公司生產情況時,可使用筆記本隨時隨地訪問攝像機的IP獲取信息。二是視頻監控網路的無線化,隨著無線寬頻網路發展,基於3G的無線視頻套用備受關注。當監控點分散且與監控中心距離較遠,或被監控對象不固定(如計程車、運鈔車等)時,利用傳統有線網路的視頻監控對象往往成本高且難以實現,而基於多種無線傳輸手段的移動視頻監控實現了不可替代的優勢。
視頻監控技術,隨著計算機、編解碼、網路傳輸技術的發展,經歷了三個階段的飛躍發展,目前正朝著數位化、智慧型化、IP化、網路化繼續發展。同時視頻監控同其他技術相結合,產生了許多新的套用,這有助於滿足不同家庭視頻監控用戶的需求。

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