智能1拖N攝像機(jī)的原理和應(yīng)用

周毓

摘 要：依托于雪亮工程、平安社區(qū)等項(xiàng)目，全國(guó)各地建設(shè)了大量視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)。隨著安防行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的深入，普通視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)已經(jīng)不能滿足安防行業(yè)應(yīng)用需求。本文介紹了一種新的智能1拖N技術(shù)，以快速低成本的實(shí)現(xiàn)海量在網(wǎng)普通監(jiān)控?cái)z像機(jī)的智能化改造。

關(guān)鍵詞：安防;攝像機(jī);智能化;1拖N

1背景

自上世界八十年代開始，安防行業(yè)經(jīng)歷了模擬監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控、高清監(jiān)控到智能化監(jiān)控的技術(shù)發(fā)展;實(shí)現(xiàn)了“看得見”、“看得清”到“看得懂”的改變。借助智能化技術(shù)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)由“給人看”過度到“給機(jī)器看”，實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)記錄到主動(dòng)預(yù)警的能力轉(zhuǎn)變。

智能化技術(shù)發(fā)展帶動(dòng)了攝像機(jī)技術(shù)的發(fā)展，業(yè)界出現(xiàn)了事件檢測(cè)攝像機(jī)、人臉抓拍攝像機(jī)、人臉識(shí)別攝像機(jī)、車輛抓拍攝像機(jī)、全結(jié)構(gòu)化攝像機(jī)等多種智能化設(shè)備。智能攝像機(jī)的發(fā)展和普及，極大的提升了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的預(yù)防預(yù)警能力;但無論校園安防系統(tǒng)還是平安城市系統(tǒng)，在網(wǎng)仍存在著大量普通監(jiān)控?cái)z像機(jī)。如何基于傳統(tǒng)普通攝像機(jī)展開智能化應(yīng)用，是一個(gè)擺在安防工程師面前的實(shí)際問題。

2視頻監(jiān)控系統(tǒng)人像識(shí)別系統(tǒng)

基于視頻監(jiān)控的智能化應(yīng)用大致可以分為人臉/人像分析類、車輛分析類及事件分析類應(yīng)用。

三種類型應(yīng)用實(shí)現(xiàn)原理類似，以人像識(shí)別應(yīng)用場(chǎng)景為例，視頻監(jiān)控人臉識(shí)別系統(tǒng)基本構(gòu)成如下圖所示：人臉圖像獲取單元用于從視頻圖像中抓取人臉圖像，并將其提供給人臉對(duì)比單元，在人臉對(duì)比單元中進(jìn)行人臉識(shí)別算法計(jì)算及計(jì)算結(jié)果比對(duì)判斷。

從視頻圖像中抓取人臉圖像的工作的實(shí)現(xiàn)，主流的方案是利用后臺(tái)視頻解析服務(wù)器或視頻分析盒子，通過配置諸如Nvidia Tesla T4等型號(hào)的智能計(jì)算卡，對(duì)視頻流進(jìn)行分析來完成。

對(duì)于普通監(jiān)控視頻流場(chǎng)景，智能計(jì)算芯片先對(duì)視頻流進(jìn)行解碼，獲得每秒25幀的圖片，然后通過AI檢測(cè)算法檢測(cè)圖片中有無行人目標(biāo)，沒目標(biāo)就結(jié)束;檢測(cè)到目標(biāo)就把這張圖抓拍下來，一般稱之為大圖，然后將大圖中的人臉等目標(biāo)摳出來，這樣的圖片一般稱之為小圖。在當(dāng)前的技術(shù)水平下，單張T4卡視頻解析性能約為30路1080P視頻;單臺(tái)配置4張計(jì)算卡的服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)約100路1080P視頻流的解析。

3智能1拖N攝像機(jī)的原理

2020年初，業(yè)界出現(xiàn)新型的智能1拖N攝像機(jī)，當(dāng)前華為、紫光華智等廠商均推出了此類功能的產(chǎn)品。智能1拖N指由一臺(tái)超高算力的智能攝像機(jī)作為主機(jī)，主機(jī)在完成自身業(yè)務(wù)的同時(shí)，對(duì)同一組網(wǎng)網(wǎng)段下的N臺(tái)傳統(tǒng)高清從機(jī)進(jìn)行接入解碼、目標(biāo)識(shí)別和跟蹤、抓拍和視頻結(jié)構(gòu)化等處理，賦予原有非智能攝像機(jī)以視頻解析的能力。

由如下示意圖，通過視頻協(xié)議對(duì)接，智能1拖N攝像機(jī)（主機(jī)）對(duì)接普通監(jiān)控?cái)z像機(jī)（從機(jī)）視頻流。利用主機(jī)本身的計(jì)算能力，主機(jī)對(duì)從機(jī)視頻流解析，將解析結(jié)果發(fā)送到后端人像解析平臺(tái)。在處理過程中，主機(jī)需區(qū)分每路視頻流與攝像機(jī)對(duì)應(yīng)關(guān)系，并確保后臺(tái)仍可以區(qū)分解析后抓拍圖像實(shí)際來源。網(wǎng)絡(luò)層面，主機(jī)與從機(jī)不必限制連接在同一臺(tái)交換機(jī)，只要網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通即可。從計(jì)算的角度來看，此業(yè)務(wù)的實(shí)質(zhì)是將原來位于后端機(jī)房服務(wù)器或邊緣計(jì)算盒子的計(jì)算能力轉(zhuǎn)移到了智能1拖N攝像機(jī)上。

智能1拖N攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算能力由后端集中式部署向前端分布式部署的改變，降低了數(shù)據(jù)中心后臺(tái)計(jì)算壓力。相比于后端服務(wù)器集中解析視頻，經(jīng)過智能1拖N攝像機(jī)的前端解析預(yù)處理，后端服務(wù)器只需要對(duì)人像圖片進(jìn)行解析。同樣一臺(tái)裝載4張計(jì)算卡的服務(wù)器，其可接入解析的圖片流路數(shù)提升到近千路，極大的降低了數(shù)據(jù)中心設(shè)備建設(shè)費(fèi)用及機(jī)房空間占用。

4智能1拖N攝像機(jī)的實(shí)踐

智能1拖N攝像機(jī)在園區(qū)智能化改造等場(chǎng)景中有廣泛的應(yīng)用潛力。以居民住宅小區(qū)為例，通過在園區(qū)加裝若干臺(tái)智能1拖N攝像機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)普通監(jiān)控?cái)z像機(jī)的智能化改造，以支持實(shí)現(xiàn)小區(qū)出入口人員管控預(yù)警等實(shí)用功能。通過主機(jī)部署不同的算法軟件，智能1拖N攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)人、車、非機(jī)動(dòng)車的抓拍及入侵、聚集等事件檢測(cè)和識(shí)別。

在工程實(shí)踐中，為提升1拖N攝像機(jī)的效果，設(shè)計(jì)者需注意如下因素。

一、從機(jī)點(diǎn)位的選擇。以人像抓拍場(chǎng)景為例，從機(jī)本身的安裝位置和場(chǎng)景需滿足人臉抓拍場(chǎng)景;建議選擇原監(jiān)控點(diǎn)位安裝高度在3-4米間的設(shè)備，比如園區(qū)出入口監(jiān)控?cái)z像機(jī)等，以提升人像抓拍圖片的可用性。

二、是網(wǎng)絡(luò)帶寬因素。在實(shí)現(xiàn)智能1拖N時(shí)，主機(jī)要獲取多個(gè)從機(jī)視頻流，主機(jī)所連網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求較大。在設(shè)計(jì)主從配對(duì)的時(shí)候，需要考慮網(wǎng)絡(luò)帶寬約束，優(yōu)先設(shè)計(jì)主從設(shè)備由一個(gè)交換機(jī)連接。在雪亮工程場(chǎng)景，單個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位上行運(yùn)營(yíng)商帶寬一般為10M，在此場(chǎng)景下，單個(gè)主機(jī)配置的1080P規(guī)格從機(jī)數(shù)量則不建議超過2臺(tái)。

5總結(jié)

安防系統(tǒng)的智能化演進(jìn)是大勢(shì)所趨，隨著攝像機(jī)技術(shù)的發(fā)展，前端攝像機(jī)也具備了更加強(qiáng)大功能。智能1拖N攝像機(jī)在實(shí)現(xiàn)自身智能化抓拍的同時(shí)，具備改造周邊傳統(tǒng)非智能攝像機(jī)的功能。在當(dāng)前安防智能化發(fā)展的趨勢(shì)下，智能1拖N技術(shù)具備廣闊的應(yīng)用前景，也提供一種全新的攝像機(jī)智能化改造的思路。

參考文獻(xiàn)：

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[2]GB/T 31488-2015安全防范視頻監(jiān)控人臉識(shí)別系統(tǒng)技術(shù)要求：3.