智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的發(fā)展方向及其應(yīng)用

視頻智能分析技術(shù)通過(guò)對(duì)海量圖像數(shù)據(jù)的高速分析，過(guò)濾掉無(wú)用的、用戶不關(guān)心的信息，而只提供有用的關(guān)鍵信息，并發(fā)出警報(bào)和提供詳情，從而能夠大大提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效率，讓視頻監(jiān)控從目視解釋轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)解釋，這可以說(shuō)是一次質(zhì)的產(chǎn)業(yè)飛躍，而智能分析也必然是視頻監(jiān)控在未來(lái)發(fā)展的主要方向。

智能視頻監(jiān)控正在興起

然而智能監(jiān)控在過(guò)去幾年一直未能真正實(shí)現(xiàn)普遍性商用，究其原因無(wú)非是視頻圖像質(zhì)量低下而無(wú)法為智能分析提供基本資源，但這兩年隨著高清技術(shù)的逐漸普及，使得基于高清晰圖像實(shí)現(xiàn)智能分析成為可能且技術(shù)不斷成熟。

智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是前端智能的主要形態(tài)

前端智能是視頻智能分析技術(shù)的主要應(yīng)用形態(tài)之一，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)與模擬攝像機(jī)由于硬件結(jié)構(gòu)等先天因素，因而在智能的實(shí)現(xiàn)模式上完全不同。我們知道，一臺(tái)智能攝像機(jī)必須由包括攝像鏡頭圖像采集環(huán)節(jié)、A/D與圖像預(yù)處理環(huán)節(jié)、智能分析與計(jì)算環(huán)節(jié)、編碼壓縮環(huán)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)五部分組成。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)本身就具備圖像采集與處理、編碼壓縮、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，只需添加一個(gè)智能分析計(jì)算模塊即可組成智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，視頻圖像經(jīng)智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行分析處理后就可依據(jù)需要傳遞至管理中心(如圖1所示)，甚至一些要求不高且CPU性能較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)只需直接灌入智能分析軟件就能實(shí)現(xiàn)一系列智能化的應(yīng)用了。

圖1

而模擬攝像機(jī)則不然，其結(jié)構(gòu)一般只有圖像采集處理環(huán)節(jié)，圖像編碼壓縮則通過(guò)DVR或其它外部編碼設(shè)備來(lái)完成，在這樣的結(jié)構(gòu)上直接內(nèi)置智能芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用的成本較高，所以模擬攝像機(jī)的前端智能大多采用外接智能盒的方式。即由智能分析盒負(fù)責(zé)對(duì)攝像機(jī)提供的圖像信息進(jìn)行智能分析，然后將結(jié)果傳遞至編碼設(shè)備(如DVR等)，再由這臺(tái)編碼設(shè)備傳輸至管理中心。也就是說(shuō)，與上文一體化的網(wǎng)絡(luò)智能攝像機(jī)不同，模擬攝像機(jī)的智能化必須通過(guò)多臺(tái)獨(dú)立的設(shè)備分別操作才能完成。如圖2所示。

雖然目前通過(guò)外接智能盒實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用還較常見(jiàn)，但由于這種分體式前端智能解決方案一方面設(shè)備多，在建設(shè)和維護(hù)方面都較繁瑣且成本高，另一方面，多設(shè)備間的互通與運(yùn)行也會(huì)存在不穩(wěn)定等諸多問(wèn)題。而相比之下，基于DSP芯片的一體化智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)則不論在成本投入還是系統(tǒng)的安全可靠以及擴(kuò)展性能方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。

另外，還有更重要的一點(diǎn)，前端智能的實(shí)現(xiàn)前提是高質(zhì)量圖像，越完善、越豐富的智能就需要越清晰的圖像，前文也提到，智能的應(yīng)用要真正普及必須先普及高清監(jiān)控，而模擬攝像機(jī)如果要實(shí)現(xiàn)高清就必須對(duì)視頻源不做壓縮處理就進(jìn)行傳輸，傳輸方式雖既有模擬化的YPbPr分量傳輸，也有數(shù)字化的DVI、HDMI或者HD-SDI傳輸，但不論哪種，這些傳輸手段所需要的線纜等成本都將非常高昂，根本不可能真正做到普遍性應(yīng)用。而網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的高清化卻是采用基于高效壓縮的、網(wǎng)絡(luò)化的方式進(jìn)行傳輸，其傳輸線纜就是網(wǎng)線，與標(biāo)清時(shí)代的IP傳輸是完全相同的，不會(huì)增加部署成本，成本的有效控制對(duì)普及應(yīng)用來(lái)說(shuō)肯定是非常重要的因素。由此可見(jiàn)，在高清領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)必然是主流。并且，隨著網(wǎng)絡(luò)與高清技術(shù)的不斷成熟，網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模已在迅速擴(kuò)大，款型與性能都幾乎已可與發(fā)展多年的模擬攝像機(jī)相媲美，相應(yīng)的，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)越發(fā)展，一體化的智能前端應(yīng)用也將越普遍，而智能視頻分析盒則會(huì)慢慢淡出市場(chǎng)。

智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用有所側(cè)重

前端智能與中心智能并存

與前端智能也就是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的智能應(yīng)用相對(duì)而言，目前在智能應(yīng)用領(lǐng)域還有另一種主要形式就是中心智能，也叫后端智能。與前端智能利用前端攝像機(jī)自身的芯片進(jìn)行計(jì)算不同，中心智能是利用后端計(jì)算機(jī)純軟件的方式進(jìn)行分析，即攝像機(jī)并不提供任何智能分析與運(yùn)算結(jié)果，而只是單純的向管理中心傳輸圖像信息，所有智能運(yùn)算與分析全部由中心進(jìn)行。圖3是一項(xiàng)中心智能業(yè)務(wù)的方案架構(gòu)示意。

從上圖可見(jiàn)，中心智能解決方案除了在管理中心要配置性能完善的智能分析運(yùn)算軟件以構(gòu)成中心智能圖像識(shí)別、客戶端智能圖像識(shí)別及第三方數(shù)據(jù)分析這三個(gè)模塊之外，由于前端攝像機(jī)并不對(duì)圖像進(jìn)行任何分析，所有圖像數(shù)據(jù)都必須傳至管理中心，因此，中心往往還需要一臺(tái)或多臺(tái)容量龐大、性能優(yōu)越的管理服務(wù)器。

前端智能與中心智能各有所長(zhǎng)

前端智能與中心智能由于其在架構(gòu)方案上的差異而造成了應(yīng)用性能方面的差異。首先，前端智能在性能方面有三個(gè)優(yōu)勢(shì)，一是實(shí)時(shí)性高，攝像機(jī)對(duì)采集到的視頻源當(dāng)即分析當(dāng)即產(chǎn)生并上報(bào)結(jié)果，這能有效提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率;二是由攝像機(jī)先對(duì)視頻圖像進(jìn)行分析識(shí)別，可只將有異常的圖像傳輸?shù)街行娜ビ涗浥c顯示，這些圖像一般最多只占到總圖像數(shù)據(jù)的幾十分之一，這樣就可以大大降低網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力，保證整個(gè)系統(tǒng)的高效運(yùn)行;三是由于視頻壓縮后往往會(huì)失去一部分真實(shí)信息并產(chǎn)生一些噪音信號(hào)，系統(tǒng)如果是對(duì)壓縮后的視頻進(jìn)行分析與識(shí)別處理，會(huì)容易產(chǎn)生漏報(bào)或誤報(bào)，而前端智能在流程上一般都是基于采集到的、未經(jīng)壓縮處理的原始視頻進(jìn)行分析與運(yùn)算，這樣就有效杜絕了上述問(wèn)題。但是前端智能同樣面臨一些技術(shù)缺陷，最顯著的就是以目前前端DSP芯片的性能及容量，和后端基于大型服務(wù)器與計(jì)算機(jī)軟件的處理能力相比起來(lái)實(shí)在相形見(jiàn)絀，在一些智能分析經(jīng)常運(yùn)用到的高端行業(yè)，如公安等，由于對(duì)智能的性能要求復(fù)雜多樣，因而視頻分析的運(yùn)算量非常龐大，而大多數(shù)DSP卻并沒(méi)有足夠大的內(nèi)存和處理能力來(lái)支持，處理能力的低下勢(shì)必會(huì)造成分析準(zhǔn)確性低下，導(dǎo)致誤報(bào)的增加。其次，前端智能的可擴(kuò)展性及靈活性較差，即系統(tǒng)一旦需要增減智能攝像機(jī)數(shù)量或調(diào)整位置時(shí)，操作起來(lái)就會(huì)很麻煩。

反之，中心智能一方面借助服務(wù)器強(qiáng)勁的運(yùn)算處理能力能夠?qū)崿F(xiàn)非常完善、卓越的智能分析性能，并且對(duì)前端資源的調(diào)度與管理也極其方便。但另一方面，如上文所述，由于它對(duì)中心的完全依賴，系統(tǒng)必須配備非常完善的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器資源才能應(yīng)對(duì)海量圖像數(shù)據(jù)的傳輸及管理，這必將對(duì)構(gòu)建成本帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。此外，在實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性方面，中心智能的模式也表現(xiàn)出了一定的弊端。

前端智能與中心智能的應(yīng)用各有側(cè)重

首先，智能分析的實(shí)際運(yùn)用在目前仍以高端行業(yè)為主，基于前端智能和中心智能在性能方面的特質(zhì)，我們認(rèn)為前者更適用于特定行為分析的場(chǎng)所，而中心智能則更適于綜合行為及歷史數(shù)據(jù)分析，這一點(diǎn)在當(dāng)前交通卡口監(jiān)控、平安城市、監(jiān)管行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)表現(xiàn)顯著。

一、交通卡口領(lǐng)域的智能應(yīng)用傾向前端化

預(yù)防減少道路交通違章、交通事故以及盜搶機(jī)動(dòng)車輛等違法行為的發(fā)生是交通卡口監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的主要目的，在核心性能需求上主要包括車輛抓拍、車牌識(shí)別、司乘人臉識(shí)別等，而這些性能必須依賴智能視頻分析才能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，這也是當(dāng)前智能分析應(yīng)用中相對(duì)較高端的需求。從這一領(lǐng)域的智能應(yīng)用需求來(lái)看，該類需求都較特定且都是實(shí)時(shí)的，因而完全能夠通過(guò)當(dāng)前的智能攝像機(jī)來(lái)完成。

蘇州科達(dá)科技有限公司于2011年新推出了高清智能卡口系統(tǒng)解決方案，圖4為該系統(tǒng)的框架示意。從圖中可見(jiàn)，該套系統(tǒng)已經(jīng)在前端環(huán)節(jié)進(jìn)行了較重的智能化部署，包括車輛捕獲、高清抓拍等都是典型的智能應(yīng)用。并且，在未來(lái)，科達(dá)高清智能卡口系統(tǒng)解決方案還將繼續(xù)在智能由后端向前端轉(zhuǎn)移上發(fā)力，這也是這一行業(yè)智能監(jiān)控應(yīng)用的主流趨勢(shì)。

二、平安城市、監(jiān)管行業(yè)更適于中心智能

平安城市和監(jiān)管行業(yè)雖然在智能監(jiān)控應(yīng)用需求的表現(xiàn)形式上有所不同，但卻可以歸為一大類。例如，平安城市首先需要面向復(fù)雜的監(jiān)控場(chǎng)所：道路、廣場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)所等;其次，從性能需求上，平安城市的智能監(jiān)控主要包括人員/物品滯留、行為異常、非法聚集、周界入侵等;此外，平安城市由于視頻資源數(shù)量非常龐大，這就難免會(huì)在實(shí)時(shí)監(jiān)控方面有所欠缺，因此，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析、調(diào)用等智能應(yīng)用就會(huì)較為迫切。由此可見(jiàn)，平安城市的智能監(jiān)控無(wú)論從場(chǎng)所還是性能需求方面都表現(xiàn)出了很強(qiáng)的復(fù)雜性、綜合性、可追溯性，這就相應(yīng)對(duì)承載智能運(yùn)算的平臺(tái)提出了較高的要求，但就目前智能攝像機(jī)芯片處理能力而言，還是比較勉強(qiáng)的。并且，監(jiān)控場(chǎng)所的復(fù)雜也決定了系統(tǒng)在前端環(huán)節(jié)一定要具備較強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性，這也是前文提到的前端智能之劣勢(shì)所在。

監(jiān)獄、看守所等也同樣如此，雖然監(jiān)管行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)不存在復(fù)雜場(chǎng)所這一問(wèn)題，但人員非法聚集、行為異常、非法滯留等多樣化需求同樣表現(xiàn)出了一系列復(fù)雜性、綜合性的特質(zhì)，因此，從當(dāng)前實(shí)際案例來(lái)看，偏于采用中心智能解決方案的要明顯居多。

當(dāng)然，不論從技術(shù)特點(diǎn)還是市場(chǎng)需求特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，前端智能和中心智能兩者并不矛盾甚至是相互配合、相輔相成的，一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)也往往不會(huì)非此即彼，而一定是前端和中心智能并用。即使在未來(lái)，隨著芯片技術(shù)處理能力的不斷提高以及智能運(yùn)算法的持續(xù)改進(jìn)，智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的市場(chǎng)前景有了更大的提升，相信兩者并存、各有側(cè)重的局面也會(huì)仍舊如此。