变被动式为主动型实现安防监控的技术革新

文/吴康

众所周知，视频监控系统在安全防范领域的运用越来越广泛，因而它是实施安全监控的重要技术手段。随着社会的发展，我们对安防监控的要求，已不单单是“事后诸蔼亮”，“事后取证”，我们需要的是提前预防、主动报警。但目前所使用的视频监控系统，缺乏对视频内容的智能分析，而主要靠人的视觉，使得视频监控系统只能完成时间的视频存储记录，而仅成为事后分析提供证据。这种被动式的视频监控状况必须改变，即变应将被动式变为主动型以实现安防技术监控的革新。因此，智能视频分析成为了视频监控领域的前沿应用和发展方向。

通过智能视频分析技术，可以从视频内分离出一些值得关注的关键信息，这样具备智能视频分析技术的视频采集设备就成为了一种采集关键信息的智能感知器，也将成为物联网应用的前端核心。由此呈现出安防产品智能化首先要解决的是视频监控技术智能化的新挑战。本着对智能分析技术的深入研究以及对智能视频分析应用市场的实际需求，将智能视频分析技术功能单一化、产品化、模块化，以实现智能视频分析模块，从而能够便捷地使传统的DVR（数字视频录像机）／DVS（数字视频系统）／IPCAM（网路摄影机）实现智能化升级。值此本文从视频分析与智能视频分析技术新理念阐述开始，进而将对新型智能视频分析服务器&模块的架构与技术特征及在安全防范领域中的应用作分析研讨。

视频分析技术&智能视频分析技术的理念及其作用

何谓视频分析技术

目前，通常所说的视频分析技术一般特指从视频中目标运动行为的分析、提取和识别，它常用于安防监控领域，其所指代的范围比之字面意思的含义已大幅缩小。视频分析技术是用计算机从视频中通过运算和分析，提取视频中有用信息的一项技术。对计算机来说，只是一个数据数列，一个包含每一帧每一个像素点的灰度值或彩色值的数列。视频分析技术便是为了让计算机通过特定的核心算法程序提取视频信号中所包含的内容信息或个体运动信息，以实现计算机对于视频的理解，让计算机能“明白”视频中所展现的是什么内容或者发生的是什么样的事情，即“事件”。视频分析技术通常采用背景减除技术来进行图像变化的检测（如入侵、丢包、逆行等都是一种模式的图像变化），即对视频帧与基准背景图像进行比较，相同位置的像素（区域）变化则认为是变化了的区域，对这些区域进一步处理、识别、跟踪，得到包括目标位置、尺寸、形状、速度、停留时间等基本形态信息和动态信息，完成目标的跟踪和行为理解之后，也就完成了图像与图像描述之间的映射关系，从而使系统进一步进行规则判定，直到触发报警。 视频分析技术范围很广，只要是从视频中通过运算处理，提取有用信息都可以称为视频分析技术。由于都是属于对视频内容的“分析、识别和理解”，因而目前的如车牌识别技术、视频检索及视频人脸等技术已比较成熟并在实际项目中得到应用。

那么根据视频分析技术所构建的视频分析服务器的基本架构是怎样的呐？视频分析服务器通过 IP网络（例如 LAN、内部网或因特网）处理多个摄像机输入与数字化及压缩技术并以流的方式传输数字媒体内容，从而将模拟视频系统转换成网络视频系统。用户可以使用网络上的任何本地计算机或远程计算机中的 Web 浏览器或应用软件来观看生动的画面。用户配置和控制也可以通过远程操作的方式完成。视频分析服务器使来自不同地方的授权观众能够同时访问出自同一模拟摄像机和网络摄像机的图像。这些器件还可以将视频存储为选项，它们通常以独立单元的形式运行。图1为视频分析服务器的构建方块示意图。

图1：为视频分析服务器的构建方块示意图

为此数字视频传输将很快成为安全与监控系统的标准要求。其先进的 DSP 使开发人员能够灵活地设计各种数字监控产品。通过利用 DSP 可编程性与处理性能及视频外设可对主要多媒体编解码器的支持，从而可以设计出具有定制功能的差异化产品产品以满足不断变化的市场需求。

智能视频分析技术

智能视频分析技术，起源于计算机视觉技术。计算机视觉，是人工智能研究的分支之一，它能够在图像及图像描述之间建立映射关系，从而能够通过数字图像处理和分析来理解视频画面中的内容。于是促成计算机从纷繁的视频图像中分辩、识别出关键目标物体，这一研究应用于安防视频监控系统、将能借助计算机强大的数据处理能力过滤掉图像中无用的或干扰信息、自动分析、抽取视频源中的关键有用信息，从而使传统的监控系统中的摄像机不但成为人的眼睛，也使“智能视频分析”计算机成为人的大脑，并具有更为“聪明”的学习思考方式。从而可以替代人为监控或者协助人为监控。显然，视频分析与识别涉及到复杂的软件算法，它可以通过编程识别出奇怪与异常的行为。视频内容分析与识别软件能通过分析现场或记录的视频流，检测识别出可疑的活动、事件或者行为模式。视频监控系统的智能化是指在不需要人为干预的情况下，系统能自动实现对监控画面中的异常情况进行检测、识别，并及时作出预/报警。

采用先进的智能视频分析技术，具有周界监控与行为分析的功能，同时兼具视频服务器基本功能，支持视频信号和音频信号的硬件同步压缩功能，压缩码流通过网络进行传输，可进行网络实时视频和音频预览，支持流协议（RTP/RTCP）,支持IE预览，支持双向语音对讲，多种语言支持等功能。智能视频分析技术突出功能为：采用H.264视频压缩技术及OggVorbis音频压缩技术、压缩比高，处理非常灵活；支持完整的TCP/IP协议簇，支持视频、音频、报警、语音数据、串行设备数据通过TCP/IP网络进行传输、内置WEB预览器，可进行IE访问； 支持云台与电动镜头的控制；支持报警输入信号、移动侦测、报警、报警联动输出；支持双向、双工语音对讲、单向语音广播；支持串行设备数据采集；多级用户权限管理，一个管理员可以创建多个操作员，每个操作员的权限可以定制，系统安全性更好。

智能视频分析服务器的典例与应用

应用视频分析服务器基本架构与智能视频分析技术开发出嵌入式单DSP智能视频分析服务器是新一代嵌入式视频分析系统的典例（如BSTIVS1101S型）。其特点是体积更小，性能更强大，运行更稳定。它运用了先进的嵌入式硬件平台开发技术，而且，为在消减硬件器件的同时不降低性能，采用了高级的DSP算法移植与优化、网络编解码等的先进技术。其性能为：能够脱离PC对输入该设备的视频进行实时分析并及时告警。可根据用户具体需要，设定目标行为规则，与监控摄像机配合工作实现智能视频监控，实现安防监控的按需报警、按需传输、按需存储，最大限度发挥监控系统潜力，合理利用人力，提高监控管理水平，实现智能化高效监控。它功能强大，已内嵌多种智能视频分析算法，并可对同一路视频选择多种算法同时运行，设定多种规则自动检测多种异常事件并报警。

该嵌入式单DSP智能视频分析服务器是实现智能人脸捕捉技术一种方式，即前端人脸捕捉仪分析和捕捉视频源内的人脸。通过将视频，在前端接入人脸捕捉仪，在前端嵌入式设备上实现人脸捕捉功能，并将捕捉出来的人脸照片，通过网络等接口传送到人脸资料库。对于新建项目、小型项目、分散型项目一般采用此方式。可在视频状态检测、越线检测、禁区检测、物品遗留检测、物品移走检测、密度超标检测、人群突然聚集检测、人群突然发散检测、徘徊检测、非法停车、人员计数等方面应用。

其应用领域为： 主要应用于安防监控及消防领域，可避免人工监控存在的易疲劳、易疏忽、反应速度慢、人力成本高及后验式系统“事后查验、亡羊补牢”等诸多不足，真正实现监控智能化，提高安全防范级别和监控管理工作效率，节省施工和管理成本，为客户提供全面的智能视频监控系统解决方案。因此，可广泛适用于军队、公安、监狱、银行、交通、铁路、机场、港口、电力、石油、煤矿、智能建筑、景区、文博、校园、小区、消防、广场、商场、工厂、森林等行业，主要服务对象为安装安防监控系统的政府机构、企业及相关集成商等。

智能视频分析模块特征与应用

智能视频分析模是将智能视频分析技术与高效能的数字信号处理器(DSP)完美结合的划时代技术方案，能够让制造商最快捷地将智能视频技术嵌入到摄像机、DVR以及任何网络视频监控产品内，立即晋级为智能化的视频监控解决方案，大幅增加产品的附加价值和经济效益。而其功能优势为高性能的双核处理器和嵌入式平台，内嵌强大的智能视频分析算法，完善的SDKFF发包和参考设计支持，成熟的智能视频功能应用。它是DVR／DVS／IPCAM产品智能化升级捷径。为此应对智能视频分析技术功能单一化、产品化、模块化的智能视频分析模块特征与应用作介绍。既然是DVR／DVS／IPCAM产品智能化升级捷径，故应对它可与DVR／DVS／IPCAM对接应用的特征先述。

智能视频分析模块与DVR／DVS／IPCAM对接应用示例（见图2所示）

从图2所知：对于电源输入，其智能视频分析模块支持12V，400mA的电源输入；对于COMO，其接口电平为1.8V，该接口用于智能视频分析模块本地调试；对于LAN，外接RJ45，该接口用于智能视频分析模块在线升级；对于SPI&COMl，该两个接口电平均为1.8V，任意选用其一接口可用于智能视频分析模块与DVR／DVS／IPCAM进行智能视频分析结果数据上报以及参数设置下发；对于视频输入接口，其接口电平1.8V，则智能视频模块支持标准ITU—RBT.656数字视频输入。由智能视频分析模块与DVR／DVS／IPCAM对接应用是成为无缝连接，互为补充，形成完整的网络平台智能视频监控系统。智能视频分析平台，从后端集中视频源内分离和捕捉人脸。通过在集中视频监控平台后端，引入视频源的方式，在后端智能视频分析平台上实现人脸捕捉。这种方式最适合于对平安城市、平安校园等大型集中视频监控平台进行智能化改造。

关于智能视频分析实用功能举例

值此对智能视频模块在人脸捕捉仪、入侵检测预警器及人群聚集度检测技术等应用作重点介绍。

动态人脸捕捉特征及应用

动态人脸捕捉遮挡检测是利用智能视频分析技术人脸遮挡检测算法，对人的脸部进行分析检测，并自动判别人的脸部特征，对戴墨镜、压低帽沿或戴口罩以及其他任何形式的有意识遮盖脸部特征等可疑行为人员进行自动识别和报警。

它是实现智能人脸捕捉技术又一种新方式应用了智能视频分析平台，从后端集中视频源内分离和捕捉人脸。通过在集中视频监控平台后端，引入视频源的方式，在后端智能视频分析平台上实现人脸捕捉。值此对其基本功能与主要参数作说明。

人脸捕捉仪它是自动对视频场景内的人脸进行检测和捕捉的智能人脸采集终端。该终端基于DSP平台，1路／2路视频输入，通过智能视频分析可实现对视频场景内的人脸进行捕 捉和照片存档。终端提供标准SDK接口协议，可通过RJ45、RS232／485等接口进行双向通讯，用于与其他设备进行集成应用。

功能特点：嵌入式处理终端，前端自动检测视频场景内的人脸，捕捉人脸部分照片，并传送到后端；直接接入普通模拟摄像头或者数字视频流，即可对监控场所进出的所有人脸进行24小时自动捕捉；可直接通过网口／U5B接口对产品进行升级处理，维护更方便、快捷；提供R5232／485、U58、SD等各类丰富硬件接口；支持与后端的人脸照片比对软件配合使用。

应用范围：安装于地铁、火车站、长途车站、码头、机场、政府部门、楼堂会馆等各类人行出入场所，对通过的人群进行自动的人脸检测、照片捕捉存档，以供后期的人脸检索、黑名单/白名单比对。

应该说，当今智能视频分析模块应用人脸捕捉仪上的功能与主要参数大同小异，上述仅以VAl202CIS-FC型人脸捕捉仪为典例作的说明。

入侵检测预警器

图2：为智能视频分析模块与DVR／DVS／IPCAM对接应用示意

它是一种视频行为分析技术应用的装置。它能在更大检测范围，具有更高检测率和更低误报率。它是一种视频行为分析技术的应用。所谓视频行为分析技术就是对视频场景内的相关运动目标(人或物体)进行检测、分类及轨迹追踪，并根据制定的分析(触发)规则，由系统自动分析、判断运动目标的行为信息，并将信息输出到相关的系统平台。而入侵检测预警器，是自动对视频场景内的周界入侵行为进行自动预警的智能物联终端。该终端基于DSP平台，1路／2路视频输入，通过智能视频分析，可实现对视频场景内的周界入侵行为进行预警，提供本地IO输出，可实现本地和远程报警。其终端提供标准SDK接口协议，可通过RJ45、RS232／485等接口进行双向通讯，用于与其他设备进行集成应用.

功能特点：是一种嵌入式处理终端，前端自动检测视频场景内的可疑周界入侵行为，自动进行本地和远程报警，并进行证据保全；直接接入普通模拟摄像头或IPCAM，自动进行24小时不间断检测。也可直接通过网口／USB接口对产品进行升级处理，维护更方便、快捷；也能提供RS232／485、RJ45、USB、SD等各类丰富硬件接口.

应用范围：安装于小区、别墅、厂矿、码头、仓库、货场、校园、企业、军事基地周边等各类需要对周界入侵行为进行防范的场所，对越线、禁区、逆行等各类周界入侵行为进行24小时不间断检测和预警。

人群聚集度检测技术

人群密度检测是通过摄像机采集视频信息，并运用智能视频分析技术分析画面中的活体移动目标，并统计计算设定区域内的目标数量和密度，当数量值超过预设的阈值时自动产生报警信息，提示监控人员采取针对性的措施。可应用于人群非法集会监测、机场验证大厅等场景。由于人群密度的检测是智能视频技术手段之一，其监测方式上是通过软件自动分析出现在视频范围内的人群的密度，当达到一定的设定密度时系统可发出报警信号，同时系统能将背景中的物体和人群区分开来，减少其他因素干扰，提高检测准确度。

人群密度检测仪，是自动对视频场景内的人群聚集度进行自动预警的智能物联终端.该终端基于DSP平台，1路视频输入，通过智能视频分析可实现对视频场景内的人群聚集行为进行分级别的预警，提供本地IO输出，可实现本地和远程报警。终端提供标准SDK接口协议，可通过RJ45、RS232／485等接口进行双向通讯，用于与其他设备进行集成应用.

功能特点是嵌入式处理终端，前端自动检测视频场景内的可疑人群聚集行为，自动进行本地和远程报警，并进行证据保全；直接接入普通模拟摄像头或者数字视频流，自动进行24小时不问断检测和预警。也可直接通过网口／USB接口对产品进行升级处理，维护更方便、快捷；也能提供RS232／485、RJ45、USB、SD等各类丰富硬件接口。

应用范围：安装于市政广场、机场码头通道、企事业单位大门口、军事禁区周边等，对可疑人群聚集进行24小时不间断的检测和预警.

其它实用功能

有视频客流统计、多光源人脸识别、局部高清人脸捕、捉动态车牌捕捉、运动目标检测、物品状态检测、摄像机健康检测等多种实用功能。

结束语

智能视频分析服务器与智能视频分析模块的呈现，带来了根本性的改变，可极大地发挥与拓展视频监控系统的作用与能力，使监控系统具有更高的智能化，大幅度降低资源与人员配置，同时，必将全面提升安全防范工作的效率。因此，它不仅仅是一种图像数字化监控分析技术，而是代表着一种更为高端的数字视频网络监控应用，体现着未来视频监控系统全面走向数字化、智能化、多元化的必然发展趋势。