数字使智能视频监控超越传统系统

2008-05-18 14:25:34来源: 电子系统设计

  模拟系统构成了目前绝大部分视频安全系统,但是这些基于传统TV线缆技术的系统具有很多缺点:建设与维护可提供连接的宽带线缆基础设施耗资巨大;依靠人力监视多个摄像头来检测可疑活动会耗费大量人能监控系统能够高效运行至少5种算力,而且由于人为错误还会造成假警报和降低安全性;最重要的是,发生违反安全的行为和发现这种行为的间隔往往太长,因而无法预防犯罪,甚至也无法逮住不法分子。

  毫不夸张地说,模拟视频监控技术已经走进死胡同。一大堆人需要整天坐在那里盯住一大堆屏幕,因此有可能产生一大堆假警报,而安全性也更是无从谈起。视频监控市场正在迎来一种具有颠覆性的技术,它依赖的概念是通过在网络中嵌入机器智能来提高性能并降低成本。新的模式变革正姗姗而来,智能化将走出控制中心,进入安全系统的外围,甚至最终走进摄像头。

  实现上述蓝图的技术是一种集成数字系统,它采用一系列高级软件,其中包括图像处理、视频压缩以及基于规则的机器智能等。所有这些程序都采用复杂并且需要大量计算的算法,运行这些算法需要采用价格合理、功能强大的DSP

  分散智能

  智能视频监控系统采用许多与传统模拟系统相同的组件,如摄像头、网络路由器、视频服务器和监视器。不过,模拟和智能视频监控之间的相似点也仅此而已。下图显示了一种典型的智能视频监控系统。

  通过在网络的战略要点上增加智能技术,并且利用这种智能技术,根据网络中传输的数据进行决策就能显著提高视频监控系统的性能。以下列举了几个主要性能要求。

视频采集:摄像头嵌入智能后,就能识别出对象类别,然后通过摇移与变焦操作(Pan and zoom)提供更详尽的信息;

数据处理:数字化数据的发展趋势非常明朗。下一步重要的发展方向是将数百万字节的原始视频处理为仅包含重要信息的数据;

分配:智能安全网络所需的带宽较小,因为其传输的只是几千字节的数据,而不是数百万字节的视频。这种网络还能在无需人工干预的情况下将信息路由到正确的网络节点;

决策:智能系统能够根据安全人员通过简单的点击界面创建的、基于规则的算法处理相关数据;

动作与执行:由于消除了多余的无用信息,尽可能缩减了数据流,这使安全人员能在巡逻时通过移动设备监控系统,从而使他们能够更靠近现场,迅速采取最有效的措施;

存档:智能安全技术还可将数据进行存档并进行索引编制,以供日后刑侦使用。

  数码IP摄像头

  IP摄像头与传统模拟摄像头相比具有两种优势,首先它们具有数字化性质,使算法的执行变得简单直接,其次IP摄像头还可以利用现有的IP网络,从而无需安全技术专用的基础局端。

  不过,这仅仅是个开始。当在摄像头机架内部的智能系统中集成了智能安全软件和高性能DSP之后,上述两种优势还另有妙用。

  应用软件(如Object Video公司的Onboard)采用边缘检测与其它影像算法创建监控区域某个对象的独特统计文件(statistical profile)。这些算法能够生成称为元数据的信息。推理引擎然后可以采用专用的人工智能算法分析相关元数据,以便识别在监控区域移动的对象(或静止对象)。

  一般情况下,目标对象类别包括人、非人类(动物)和车辆。另外还可以识别走、跑、闲逛和攀爬等动作。通过选用其它算法可以定义描述对象类型和动作的其它类别。

  另外需要的步骤是,采用基于规则的决策指令摄像头做出摇动、缩放和聚焦等操作,或者,如果在特定方向移动的某个人越过了监控区域的虚拟“绊网”,摄像头甚至可以提醒安全人员。

  IP摄像头可以利用上述数据、在无需人工干预情况下进行操作。它可以“聪明地”选择最适合相关情况、用于视频采集与传输的压缩技术。例如,如果识别出对象是人,则摄像头可以拉近侵入者的面孔,拍下高清晰度照片,将照片压缩成JPEG文件,然后发送到相应存储区域,或者在所违反的规则需要立即响应的情况下将该文件发送到安全人员的PDA。

  IP摄像头将继续采用MPEG4低分辨率视频格式连续记录整个现场,以便储存和随后用于刑侦分析。系统保存MPEG数据,以供日后使用,这是因为智能监控技术还具有重要的刑侦优势,它可以通过分析保存的数据搜索特定的事件或时间标记。

  安全分析专家经常根据新信息检查保存的录像,如在数百公里之外的不相关现场收集到的嫌犯的唯一识别特征。利用智能监控软件以及用于执行上述算法的高性能、可编程DSP,用户可以创建一条或多条新的规则,如识别某个背有带特殊标志的背包的嫌犯。利用保存的视频生成的元数据可以接收新规则的检查,以便对比视频中的嫌犯是否与其它不相关现场的嫌犯相似——整个过程无需用户头晕眼花地观看视频文件。

  嵌入监控系统的智能技术还可以通过其它方式对安全性进行优化。传统视频监控系统的假警报率高达40%,会浪费安全人员无数小时的时间。智能监控系统的假警报率仅为2%,原因是它可以设置十分精细的警报触发规则。例如,在停车场监控过程中,可以将闲逛设置为告警原因,而路过停车场的人不会触发告警。

  网络视频服务器与路由器

  在IP摄像头中嵌入智能技术,并通过安全网络发送压缩数据或元数据可以实现高效的系统。这种方式尤其可以实现低成本的新安装。不过,为现有系统添加这种功能成本昂贵,尤其是在需要连接整个模拟摄像头网络的情况下。

  通过实现所谓的“后端”摄像头,网络视频服务器可以解决这个难题。为了给传统的模拟视频监控系统集成上文所提到的智能性,可以在网络视频服务器中安装系统运行的DSP和软件套件。

  网络视频服务器必须具有足够的速度和效率,以便处理多个摄像头的输入信号,同时通过网络实现数字媒体内容的数字化、压缩以及网络传输等。远程用户配置与控制是不容忽视的重要功能。在不具备DVR的情况下,服务器也能够保存视频。

  网络服务器的首要任务是将多个模拟视频流转换成数字流。在完成转换之后,系统即可以提取元数据,实施相关规则并且执行上文所描述的操作。

  网络路由器执行用于补充视频服务器的功能。它们可以利用元数据和一系列算法决定系统的下一步操作。例如,可以如IP摄像头相关描述直接向安全人员发出警报。 不过,这并非易如反掌,因为手机、PDA、膝上型计算机以及工作站在带宽能力以及可接受的格式方面相去甚远。

  在路由器决定发送JPEG文件时,一般情况下必须针对接收设备调整相关数据速率,同时执行相关信息的代码转换。为此,它需要访问查询表,以确定接收设备是否支持H.264或MPEG4(或者同时支持二者)。由于具备其它功能,路由器还具备可最大化带宽利用率的其它优势。

  数码摄像机

  数码摄像机(DVR)是智能监控系统的重要组成部分,因为它能够提供效率与存取性能远远高于录像带的存储介质。压缩技术允许在更小的空间内储存更多数据,而且其优势并不仅限于此。

  此外,DVR还具有完美的“静止图像暂停”功能,这种功能常用于必须人工查看录像的安全性应用中。DVR既可以用作独立设备也可以用作PC卡。

  DVR保存的数码影像不会随时间的推移而降低质量,而且允许随机访问;最重要的是,机器智能可以访问并转换相关信息。DSP可用于按照各种标准和非标准视频格式压缩图像。作为全球领先的DSP设计与供应商,德州仪器(TI)及其合作伙伴已经在完善智能图像分析功能以及各种网络协议支持方面做出了巨大努力。


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  信号处理

  智能监控系统能够高效运行至少5种算法:影像处理(边缘检测与其它对象识别技术)、压缩与解压、用于各种数字编解码器的模数转换与代码转换、视频数据向专用元数据的转换以及用于在网络中传输数据的协议执行。

  开发低成本系统的最佳方式是在可编程的DSP芯片中实施所需要的处理能力与灵活性。另外一种必备条件是提供一整套适合相关硬件平台的信号处理算法。

  然后需要考虑系统的控制问题。在架构方面,DSP是执行信号处理算法的理想选择。需要对网络加以控制,不过这通常需要采用MCU。表1给出了DSP和MCU在高级智能监控系统中需要协同执行的主要功能。

  为了实际控制系统总成本,处理器可以同时配备DSP与MCU内核,不过,这还取决于相关应用。虽然单处理器芯片已足以应付目前的许多应用,不过双内核处理器可以显著降低成本和提高性能。

  数字技术超越人工监控

  过去10年来的各种恐怖袭击已使政府和企业将安全性作为头等大事。随着视频监控范围的不断扩大,工程师与管理人员已开始对目前的模拟实施产生疑虑。另外,出于性能与预算原因,利用线缆网络、通过有人值守的指挥控制中心传输视频的做法也正招致越来越多的批评。

  利用软件智能对从视频获取的数据进行分析在监控系统的各个层面都具有优势。此外,我们使监控外设具备尽可能高的智能化程度(比如提高摄像头的智能化程度)将有助于减轻处理负载、提高信息质量以及加快采取补救措施的速度。

  另外,利用DVR存储数据与视频使我们能在发生安全问题几个星期,乃至几个月后仍能进行后续的刑侦分析。由于智能视频监控的应用丰富多样并具有非常明显的性价比优势,所以说它是一种颠覆性技术并不为过。

关键字:安全  智能  控制  算法  视频压缩  DSP

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/analog/200805/article_21149.html
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