高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)探索

劉浩偉

（山東省電子信息產(chǎn)品檢驗(yàn)院，山東濟(jì)南，250014）

0 前言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是通過(guò)專(zhuān)業(yè)設(shè)備對(duì)被監(jiān)控目標(biāo)的圖像信息進(jìn)行捕捉、采集，然后實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、回放以及儲(chǔ)存。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，尤其在道路、銀行、工業(yè)生產(chǎn)、小區(qū)治安等領(lǐng)域中最為常見(jiàn)。早期的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像頭、監(jiān)視器組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，獲取的視頻資料質(zhì)量差，畫(huà)面放大后較為模糊，不利于安全防范和智能管理。本文主要研究高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)，高清視頻（High Definition）主要是指高分辨率，目前高清視頻常用的分辨率為1280×720 和1920×1080，其中畫(huà)面寬度比均為16 ∶9，所獲取的圖像清晰度高，極大的增強(qiáng)了視頻圖像質(zhì)量和視頻監(jiān)控的等功能。

1 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是確保社會(huì)治安、人民群眾自身安全的關(guān)鍵設(shè)備，在各個(gè)領(lǐng)域都有所涉及。尤其是在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大背景下，銀行、交通、電力、工業(yè)等領(lǐng)域?qū)Π踩婪逗蛯?shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)質(zhì)量的要求與日俱增。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)論是從視頻質(zhì)量和儲(chǔ)存管理方面都無(wú)法適應(yīng)當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)。因此，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)將成為其最佳的替代品。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)是集高清視頻采集、高清視頻處理、高清視頻傳輸、高清視頻交換、高清視頻存儲(chǔ)以及高清視頻應(yīng)用等功能于一身。它是視頻處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)處理技術(shù)高速發(fā)展下的產(chǎn)物，通過(guò)該系統(tǒng)所獲取的高清視頻，畫(huà)質(zhì)清晰，便與儲(chǔ)存和管理，以下就對(duì)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析：

1.1 畫(huà)質(zhì)清晰

畫(huà)質(zhì)清晰是高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)最主要的特點(diǎn)之一。這主要是由于高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)擁有數(shù)字處理技術(shù)和高性能的解碼器，這些都在一定程度上縮短了視頻數(shù)據(jù)量，更加便于網(wǎng)絡(luò)傳輸，而且通過(guò)高分辨率顯示器，可以對(duì)獲取到的監(jiān)控目標(biāo)圖像信息進(jìn)行高質(zhì)量播放。

1.2 高效監(jiān)控

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是進(jìn)行視頻圖像的錄制工作，而實(shí)時(shí)監(jiān)控及報(bào)警需要人工操作，所以大部分的監(jiān)控室都需要有值班人員24 小時(shí)不間斷的留守關(guān)注，既耗時(shí)又費(fèi)力。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)激素那幾模擬器可以自動(dòng)視頻堅(jiān)持目標(biāo)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，在特殊情況下可以自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，極大的提高了視頻監(jiān)控的工作效率和響應(yīng)速度。

1.3 節(jié)省視頻存儲(chǔ)空間

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)所有視頻資料進(jìn)行拍攝存檔，需要較大的硬盤(pán)空間。而高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)所獲取的視頻信息經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的篩選，將存在異常情況的視頻資料保留存檔，有效地降低了視頻信息的存儲(chǔ)空間。

1.4 適合遠(yuǎn)程監(jiān)控

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于其拍攝的視頻信息畫(huà)面質(zhì)量高，而且抗干擾能力強(qiáng)，不容易受到線路信號(hào)衰減的影響，特別適合遠(yuǎn)程監(jiān)控。再加上現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，使用一個(gè)主機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域內(nèi)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)

基于目標(biāo)檢測(cè)的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)異常突發(fā)狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控而設(shè)計(jì)的，可應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)下的無(wú)人值守基站等特殊環(huán)境中的視頻監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)警。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1 所示：

從圖中可以看出，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器端包括上層應(yīng)用軟件、底層驅(qū)動(dòng)軟件和操作系統(tǒng)，客戶機(jī)端則包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)的原理，軟件開(kāi)發(fā)任務(wù)集中在服務(wù)器端上層應(yīng)用和客戶端應(yīng)用層及網(wǎng)絡(luò)傳輸方面。其中高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器端主要采用ARM+DSP雙處理器的設(shè)計(jì)方案，ARM 主要負(fù)責(zé)視頻編輯與解碼，DSP 則主要負(fù)責(zé)對(duì)進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)算法的實(shí)現(xiàn)。服務(wù)器端主要可以分為底層驅(qū)動(dòng)、流媒體處理、信息傳輸、指令交換、目標(biāo)檢測(cè)和通信等功能。媒體流處理和信息傳輸是高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，主要完成高清視頻的攝像頭信息采集、視頻圖像從編解碼器的傳輸?shù)裙δ堋Ｏ旅婢蛯?duì)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)進(jìn)行詳細(xì)分析：

2.1 圖像質(zhì)量

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像質(zhì)量是整個(gè)系統(tǒng)檢測(cè)的核心環(huán)節(jié)。所謂圖像質(zhì)量具體是指檢測(cè)目標(biāo)的圖像信息采集、圖像編解碼、圖像信息的顯示以及增強(qiáng)等。這里所提到的每一個(gè)部分都需要各種技術(shù)予以支持，只有各個(gè)環(huán)節(jié)正常穩(wěn)定工作才能確保高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲取高質(zhì)量的視頻圖像。

圖像增強(qiáng)技術(shù)主要是要求高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)具備對(duì)監(jiān)控目標(biāo)圖像的處理能力，也就是通常說(shuō)的圖像后處理技術(shù)。這種技術(shù)尤其適用于煙塵、霧霾、灰霾等惡劣的環(huán)境下，恢復(fù)圖像的細(xì)節(jié)和色彩，以便獲取更加準(zhǔn)確、自然的視頻資料。現(xiàn)階段，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像增強(qiáng)能力的檢測(cè)，主要集中在圖像復(fù)原技術(shù)和圖像增強(qiáng)技術(shù)這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。其中圖像復(fù)原技術(shù)主要針對(duì)由于聚焦、運(yùn)動(dòng)等外界因素影響下，導(dǎo)致視頻圖像模糊，在建模過(guò)程中充分利用解卷積算法反推原始圖像信息的算法，對(duì)于高速行駛車(chē)輛的車(chē)牌以及小范圍內(nèi)人臉等關(guān)鍵信息的清晰化處理效果顯著，對(duì)于道路交通監(jiān)控以及小區(qū)公共治安監(jiān)控的幫助最大。圖像增強(qiáng)技術(shù)主要是對(duì)視頻圖像的局部進(jìn)行對(duì)比度的優(yōu)化和提升、亮度的修正以及銳化等處理，這種技術(shù)對(duì)于光照、霧氣等惡劣自然條件下造成圖像模糊的處理改善效果明顯，通過(guò)圖像增強(qiáng)可以使視頻信息資料的細(xì)節(jié)更為接近真實(shí)效果，便于后期的使用。

2.2 傳輸質(zhì)量檢測(cè)

在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，高質(zhì)量的信息傳輸將直接決定視頻信息資料后期使用的效果。因此本文也重點(diǎn)分析一下高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的檢測(cè)。

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的影響下，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量與高清監(jiān)控建設(shè)的穩(wěn)定性和有效性息息相關(guān)。與傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅芤蟾撸且诘统杀就度氲那疤嵯拢瑢?shí)現(xiàn)高質(zhì)量傳輸就需要選擇高性?xún)r(jià)比的服務(wù)器，在此基礎(chǔ)上搭建流媒體傳輸網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通用性較高，可靠性和安全性也有保障，目前廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播、IPTV 等民用系統(tǒng)，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)流媒體傳輸結(jié)構(gòu)如下圖2 所示：

圖1 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的流媒體傳輸結(jié)構(gòu)可以將數(shù)據(jù)源從繁重的訪問(wèn)壓力中解脫出來(lái)，把視頻數(shù)據(jù)信息流復(fù)制分發(fā)的工作交給流媒體服務(wù)器完成，同時(shí)降低了數(shù)據(jù)源端高帶寬的要求。通常高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的用戶層與會(huì)聚層之間的帶寬和吞吐量是存在一定的富裕空間，因此流媒體服務(wù)器配置千兆或雙千兆網(wǎng)卡就可以滿足日常工作需求。而且重點(diǎn)是該傳輸結(jié)構(gòu)不需要大規(guī)模改建現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，最大限度額降低了高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的投入成本。

2.3 存儲(chǔ)質(zhì)量檢測(cè)

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求具備更加安全、可靠、靈活性高的存儲(chǔ)性能。具體包括：在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，存儲(chǔ)設(shè)備和子系統(tǒng)必須擁有對(duì)視頻圖像信息完整、高效儲(chǔ)存的能力；對(duì)所存儲(chǔ)的視頻數(shù)據(jù)信息要能從介質(zhì)和系統(tǒng)角度考慮其可靠性、合理性以及安全性；對(duì)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活的特性，要能實(shí)現(xiàn)視頻圖像資料的統(tǒng)一管理和調(diào)度，以配置靈活的錄像計(jì)劃，并且能根據(jù)需求的變化，隨時(shí)應(yīng)對(duì)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)錄像時(shí)間延長(zhǎng)、監(jiān)控前端適時(shí)擴(kuò)展的要求。

現(xiàn)階段，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)常見(jiàn)的存儲(chǔ)技術(shù)有：前端設(shè)備存儲(chǔ)、NVR 服務(wù)器存儲(chǔ)、嵌入式服務(wù)器存儲(chǔ)以及直寫(xiě)存儲(chǔ)。前端直寫(xiě)存儲(chǔ)模式由于架構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)省投資成本、方便管理等特點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越受到市場(chǎng)的認(rèn)可。直寫(xiě)方案是真正的流媒體直寫(xiě)方案中前端、存儲(chǔ)、平臺(tái)三者直接都是通過(guò)流媒體傳輸協(xié)議直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸沒(méi)有中間環(huán)節(jié)。前端通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RTSP 或者私有視頻流協(xié)議直接寫(xiě)入存儲(chǔ)中，可以很好地節(jié)約高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器的硬件投入成本，有效地避免了高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器出現(xiàn)單點(diǎn)故障的問(wèn)題。此外，通過(guò)客戶端、平臺(tái)直接接入存儲(chǔ)系統(tǒng)，還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控目標(biāo)視頻資料的下載、檢索、瀏覽以及回放等。

3 總結(jié)

圖2 流媒體傳輸結(jié)構(gòu)圖

綜上所述，隨著視頻信息采集技術(shù)和計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的快速發(fā)展，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)憑借其智能監(jiān)控和高清視頻拍攝的特點(diǎn)，從解碼、拼接、到LED 屏控制、GIS 地圖顯示、再到分布式控制、聯(lián)網(wǎng)控制等。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)所采用的技術(shù)已經(jīng)不局限于監(jiān)控室小范圍內(nèi)的局部?jī)?yōu)化，而是針對(duì)從信號(hào)采集、信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)顯示的大系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化。通過(guò)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)融合和解決方案的優(yōu)化，客戶端所投入的設(shè)備數(shù)量更少，成本更低，系統(tǒng)故障點(diǎn)也相對(duì)較少，信號(hào)端到端的延時(shí)更小，更加便于后期的推廣和應(yīng)用。

[1] 王秋；胡彥；陳秋華.保證高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)質(zhì)量的要點(diǎn)分析[J].中國(guó)安防，2014-06-01.

[2] 張婧.嵌入式視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)的研究及實(shí)現(xiàn)[J].北京交通大學(xué)，2013-06-16.

[3] 李宇翔.嵌入式高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].華中科技大學(xué)，2013-01-01.

[4] 張海天.基于云的大規(guī)模高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].南京郵電大學(xué)，2013-02-01.

[5] 劉永鵬.高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)背景去除研究[J].天津理工大學(xué)，2014-01-01.