數字視頻監控系統的智能化實現

趙郭斌

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

隨著科技的持續進步，視頻監控系統從問世以來已經經歷了極大的變化。通過視頻監控系統的有效應用可以全面滿足人們的安全需求，進一步減少監控工作進行中所投入的人力成本。為更好地迎接時代發展的浪潮，數字視頻監控系統在應用的過程中不斷朝著智能化的方向靠攏，并且隨著科技的進步已經具備了自動識別功能以及實時追蹤功能。為了改善傳統視頻監控系統在實際使用中的缺點，實現提升視頻監控系統功能穩定性以及使用價值的目標，有必要就數字視頻監控系統的智能化實現進行探討。

1 數字視頻監控系統的主要特點

過去所采用的模擬監控系統在實際應用的過程中遵循以下的原理：銅纜介質上傳送基帶視頻信號，在應用的過程中傳輸距離較短，且很容易被干擾。為了解決這些不便，人們對優化傳統視頻監控系統的重視程度不斷提升，加大人力以及物力的投入，開展系統化建設研究。數字視頻系統整體原理結構如圖1所示，在應用中主要有以下幾項特點。

圖1 數字視頻系統整體原理結構

一是便利性。數字視頻監控系統與傳統視頻監控系統存在明顯差異，其特點較多，可以根據人們的實際監控需求將畫面進行有效的分割，并且把多個畫面進行組合，還具有遠程訪問等優異的功能。將這些功能通過一定的技術手段集成到數字視頻服務器中，將視頻攝像機連接到數字視頻服務器后便可以展開視頻監控工作。整個過程非常簡單，易于操作，可以全面提高視頻監控的便利性以及高效性[1]。

二是廣泛性。遠程訪問功能是數字視頻監控系統獨有的。該功能全面打破了過往模擬視頻監控系統在距離傳輸方面的局限性，用戶在使用中只需要通過網絡連接到數字視頻服務器接口處就可以在計算機上看到詳細的視頻監控圖像。這一特性使得數字視頻監控系統取得了極其廣泛的應用[2]。

三是可靠性。數字視頻監控系統本身基于技術原理在應用過程中發生故障的概率非常低。此外，數字視頻監控系統在使用時完全處于自動運行狀態，無需人工干預。一旦發生系統故障，監控系統就會自動對故障產生的位置以及具體原因進行查明，并且進行自行恢復。因此，數字視頻監控系統的可靠性非常高[3]。

2 數字視頻監控系統的智能化實現

2.1 視頻的采集

結合數字視頻監控系統的實際使用特點引入智能化技術，利用視頻數據采集卡進行合理的取樣活動，通過量化處理以后能將文檔轉化為數字圖形文檔。為保證模擬視頻處理效率，視頻采集卡在制備時需要使其具備壓縮硬件這一優異功能。同時，通過運用專用處理芯片對視頻具體內容進行合理壓縮，客戶收看視頻的時候需要對視頻開展解壓操作。數據視頻監控系統的監控攝像頭能直接獲得視頻圖像，而且將它轉化成另一種方式，即模數形式。數字信號在經過處理芯片的“加工”后可以在計算機對視頻圖像開展更高效的傳輸活動[4]。

2.2 視頻處理

為滿足人們的實際應用需求，視頻工藝處理需要具備視頻數據分析方法、視頻圖像預處理等一系列優異的功效。壓縮編碼理論是視頻調度工作中經常使用的關鍵技術，根據該方法能將收集過的圖像開展壓縮編碼，隨后通過網絡傳輸的形式進行展示。同時，該方法具有存儲作用，圖像預備處理應對感應器開展校準，并對圖像開展修復，為消費者提供其所需的信息內容。視頻采集端輸入的初始視頻總數十分巨大，很難通過網絡傳輸。因此，數字視頻系統應當對視頻進行壓縮編碼，從而使網絡傳輸的速度及質量得到全面提高。經過多年的發展，當前已經有了多種視頻壓縮算法，網絡分層技術的應用可以使網絡適用性能得到全面提高，使視頻解決范疇得到很好的擴寬。此外，這類視頻壓縮算法能使視頻圖像的質感及其視頻傳輸的穩定獲得平穩提升，是發展視頻壓縮算法的重要發展前景[5]。

2.3 網絡的傳輸

傳統傳輸控制協議/網際協議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）傳輸機制與互聯網傳輸機制在使用過程中容易產生延遲。此外，這些機制在使用時需要消耗較多的網絡寬帶，無法對視頻數據實現實時傳輸。為了能全面解決以上問題，需要及時引入超文本傳輸協議/傳輸控制協議（Hyper Text Transfer Protocol/Transmission Control Protocol，HTTP/TCP)傳輸機制。同時，為保證傳輸速度，將實時傳輸協議/用戶數據報協議（Realtime Transport Protocol/User Datagram Protocol，RTP/UDP）傳輸機制作為實時傳輸數據的傳輸協議，通過這樣的設置手法可以使視頻傳輸具備一定的實時性，為單總體目標廣播在線傳輸數據信息工作提供支持，科學合理地運用實時傳輸控制協議（Real-time Transport Control Protocol，RTCP）對視頻開展傳輸操縱。在實際應用中，RTCP協議專門用來傳輸信息，RUP則是傳輸工作狀態。這兩種傳輸機制在應用中各有其優勢，技術人員只有根據傳輸工作的具體需求將這2種協議有機結合在一起，才能夠對系統運行的狀態進行實時把握，以最小的成本實現最高的數據傳輸效率[6]。

3 數字視頻監控系統的智能化建設

3.1 智能化數字視頻監控系統框架

視頻監控系統作為一種常見的城市感知觀察專用工具，在許多關鍵場所都充分發揮出很重要的作用。視頻監控系統實時體現不同地區工作人員活動或者機器運行的具體情況，為安全保衛消防安全等一系列工作中的管理決策帶來了詳實的根據，對維護居民的生命財產安全有著十分重要的意義。智能化數據視頻監控系統主要是由拍攝、傳輸、控制、紀錄4個部分構成。拍攝部分主要是由監控攝像頭、攝像鏡頭、保護罩、支撐架以及電動式云臺等組成，能夠對監控地區進行合理的拍攝，并將捕捉的圖像轉換成電子信號對有關信息進行合理的傳輸活動。傳輸部分由電纜線、調制解調機器設備及其路線驅動設備等組成，將監控攝像頭捕捉的一系列電子信號傳輸到監測中心。控制部分負責將電子信號轉換成圖像展示在監控系統上；紀錄部分則全自動拍攝監控攝像頭捕捉到的一系列圖像，進一步提高系統軟件的具體利用效率[7]。智能化數字視頻監控系統框架如圖2所示。

圖2 智能化數字視頻監控系統框架圖

3.2 前端采集設計

在數字視頻監控系統中，進程間通信（Inter-Process Communication，IPC）能夠實現連接攝像頭以及編碼器的功能性目標，這一組件的使用不僅全面克服了模擬攝像機在使用中所具有的一系列局限性，也可以有效保障圖像的傳輸效果。在數字視頻監控系統中，前端采集硬件設備中IPC發揮著重要作用。一般個人計算機（Personal Computer，PC）采用嵌入式的架構，這一硬件可以有效完成圖像采集、信號處理、編碼壓縮等一系列優異的功能，同時支持多種網絡傳輸協議，不但在一些行業中發揮出了極大的優勢，而且合理利用這一設備可以構建出大規模分布式的智能網絡視頻監控系統。就技術手段而言，IPC在使用中無需多次進行數模轉化，因此技術指標得到了明顯提升，甚至有完全取締模擬攝像頭的趨勢[8]。

IPC在對信號處理時主要采用以下的過程：電荷耦合元件（Charge-coupled Device，CCD）或互補金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）影像傳感器只需經過一次模數（Analog to Digital，AD）變換便由監控攝像頭內嵌的數字信號處理（Digital Signal Process，DSP）芯片對數字視頻信號進行分析，如減噪、增益值等，再通過壓縮打包將其上傳至后端服務器中。與監控攝像機數次轉換所造成的耗損相比，IPC能夠很好的確保圖像品質。此外，IPC在對信號進行掃描時，采取的是逐行掃描的方式。這種掃描方式保障了信號的穩定性，同時IPC實現了在連接揚聲器的基礎上與客戶進行對講[9]。

3.3 中央服務器

在數字視頻監控系統中，中央處理器主要是負責數據分析以及系統內部控制工作，在數字視頻監控系統中占有非常關鍵的地位。中央服務器在數據采集以及分析的過程主要以SDK函數或微軟提供的DriectShow函數方式實現數據采集工作。將采集后的數據信息作為流媒體，中央處理器負責將其發送至制定模塊中進行數據備份、數據存儲和數據分析，滿足系統智能化發展的實現要求。同時，客戶端提供相關的支持服務，不斷加強中央系統與客戶端之間的交流，提升監控視頻處理、系統控制以及用戶安全驗證等工作，為實現智能化發展提供保障。在中央服務器中設計的管理服務內容較多，如權限管理、智能功能實現管理、客戶端管理、數據服務器管理以及Web服務器管理等。以視頻管理為例，由客戶端采集視頻信息，再將信息傳輸至各個模塊中，制定針對性模塊發展的建議，開展流媒體服務器的分析[10]。

4 結 論

在新時代背景下，智能化已經成為未來各個領域的發展趨勢，構建智能化數字監控系統能夠有效改善傳統監控系統的弊端，提升數字視頻監控系統的適用性。為了打造智能化數字視頻監控系統，以智能化系統框架為基礎，針對各個細節進行優化，促進智能化系統實現。