化解数字视频的技术障碍

　　针对安全监控系统而言，主要任务就是需要一种低成本方式，实现在几小时、几天、几周乃至几个月的时间里实现视频影像的传输、存储以及搜索。就此，随着关键技术的不断发展，安全监控行业正经历着重大技术提升。

　　其发展主要表现在：数百万像素功能的低成本数字摄像头不断涌现；低成本高清 (HD) 监控器的出现，具有压缩协处理器的新型 DSP 的推出；IP 技术的普及与统一站点网络融合；以太网供电 (PoE) 技术推进成本下降，且不用再为每个摄像头配备电源；以及大容量存储设备成本下降等。此外，内置计算功能的新一代摄像头已经上市，可执行视频分析功能，并承担一定处理任务，将操作人员从繁重的监控工作中解放出来。

　　这些重要技术发展趋势有助于安防人员处理、显示、评估并存储大量视频内容，这些视频是通过无所不在的监控摄像头收集而来。

图1 协处理器的优化设计实现高级视频分析

带宽、延迟以及存储容量仍然是主要技术难题

　　安全技术人员很清楚地认识到，监控解决方案的视频要求与“好莱坞大片”式的视频完全不同，不是在摄影棚里拍摄的。安全监控摄像头通常要工作在光照较暗、对比度较低的环境下，而且摄像头所在位置通常对捕获目标区域都不是非常理想。

　　非常幸运，安全监控系统的主要目标是人员、物体或特定区域，因此通常不需要广播级的影像质量。针对高端应用而言，系统或许需要较高分辨率进行捕获与读取某些信息，如在恶劣环境下捕捉并读取行驶车辆的车牌号。

　　北美电视标准帧速率为每秒 30 帧，有源影像分辨率为 720 X 480 像素。安全监控系统的分辨率与帧速率可以远远低于该标准，因为其根本不需要捕获所有细节。这样就可大量获得存储与通道密度等优势。因此，许多模拟安全监控系统的运行帧速率仅为 7.5 FPS，影像分辨率则仅为 352 X 288 像素(CIF 标准)。　　

　　通过降低帧速率或分辨率，在一定带宽下甚至可支持四个摄像头影像，而不仅是一个。如果同时降低帧速率与分辨率，正常情况下，一个摄像头影像所占带宽就可支持 16 个摄像头的影像。当然，节省带宽也是有代价的，即影像质量下降。在帧速率为 7.5 FPS 时，画面可能会不流畅，在影像分辨率为 352 X 288 像素时，细节可能比较模糊，不过操作人员通常仍可分辨出场景内容。在传统系统中，通常要通过降低帧速率或分辨率或同时调低这两个参数，来实现降低成本的目的。

　　新型摄像头技术改进了压缩方法，并采用更低成本存储设备，这样系统就可支持更高的帧速率与分辨率，通常可达 720 X 480 全像素分辨率与 30 FPS 帧速率。若有需要，新型系统也可通过编程采用较低的帧速率或分辨率降低成本。

图2 DSP协助计算引擎和其他外设开发复杂的视频监控设备

　　安全监控系统的另一关键要求就是低延迟，延迟涉及两方面内容，一是视频显示在显示器上所需时间，二是摄像头平移与缩放某一可疑事件的速度。实时视频监控有时会因延迟较长而受影响，导致操纵杆控制与摄像头的移动不同步。之前，模拟电视系统的发射延迟总是要比 IP 视频系统好。要想降低数字视频延迟，就应解决以太网多变的延迟与损失问题，还要解决视频编码与解码本身造成的延迟。通常情况下，确保良好网络基础局端，并采用高级编解码器与视频压缩技术，即可解决上述问题。

　　视频存储也是一个挑战，因为大多数安全监控系统都必须支持存储功能，要在几天、几周、几个月乃至几年后还可将视频内容调出来检索。系统应将高效压缩算法与低成本大容量存储设备结合起来，这样才能满足必需的数据存储量，不过考虑到数据量确实非常大，存储技术还应该能够标记并快速跳转到特定部分，比如直接跳到有人出现，或者某辆车驶离停车场等某帧。

　　这种要求就催生了视频分析，计算机可进行分析运算，识别目标事件并将其标记下来，以供人工解释或其进行其它操作。

根据不同应用采取不同压缩方法

　　正如前部分提到的那样，压缩方案对实现强大视频安全监控系统至关重要。多年来，不同的压缩方案层出不穷，不过安全监控系统一直主要采用 MPEG 与 H.264 标准。这些算法会频繁采用参考影像，后续影像只存储相对于参考影像发生变化的信息，这就有助于将影像尺寸降到最低。

　　帧预测不一定总是最佳解决方案。在帧速率较低时，不同影像间的变化可能较大，这时，这种运动估计节省的带宽就非常有限。不过，更新的成本新技术进步是采用必要而实用技术(如 MPEG-4 与 H.264 编解码器)，以支持电视画质的帧速率。