智能網(wǎng)絡(luò)攝像機的發(fā)展方向及其應(yīng)用

視頻智能分析技術(shù)通過對海量圖像數(shù)據(jù)的高速分析，過濾掉無用的、用戶不關(guān)心的信息，而只提供有用的關(guān)鍵信息，并發(fā)出警報和提供詳情，從而能夠大大提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運行效率，讓視頻監(jiān)控從目視解釋轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣咏忉專@可以說是一次質(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)控在過去幾年一直未能真正實現(xiàn)普遍性商用，究其原因無非是視頻圖像質(zhì)量低下而無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)攝像機與模擬攝像機由于硬件結(jié)構(gòu)等先天因素，因而在智能的實現(xiàn)模式上完全不同。我們知道，一臺智能攝像機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，只需添加一個智能分析計算模塊即可組成智能網(wǎng)絡(luò)攝像機，視頻圖像經(jīng)智能網(wǎng)絡(luò)攝像機進(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性能較強的網(wǎng)絡(luò)攝像機只需直接灌入智能分析軟件就能實現(xiàn)一系列智能化的應(yīng)用了。

圖1

而模擬攝像機則不然，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DVR或其它外部編碼設(shè)備來完成，在這樣的結(jié)構(gòu)上直接內(nèi)置智能芯片來實現(xiàn)智能應(yīng)用的成本較高，所以模擬攝像機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)對攝像機提供的圖像信息進(jìn)行智能分析，然后將結(jié)果傳遞至編碼設(shè)備(如DVR等)，再由這臺編碼設(shè)備傳輸至管理中心。也就是說，與上文一體化的網(wǎng)絡(luò)智能攝像機不同，模擬攝像機的智能化必須通過多臺獨立的設(shè)備分別操作才能完成。如圖2所示。

雖然目前通過外接智能盒實現(xiàn)智能應(yīng)用還較常見，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)備間的互通與運行也會存在不穩(wěn)定等諸多問題。而相比之下，基于DSP芯片的一體化智能網(wǎng)絡(luò)攝像機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。

另外，還有更重要的一點，前端智能的實現(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，而模擬攝像機如果要實現(xiàn)高清就必須對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)清時代的IP傳輸是完全相同的，不會增加部署成本，成本的有效控制對普及應(yīng)用來說肯定是非常重要的因素。由此可見，在高清領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)高清攝像機必然是主流。并且，隨著網(wǎng)絡(luò)與高清技術(shù)的不斷成熟，網(wǎng)絡(luò)高清攝像機的市場規(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相媲美，相應(yīng)的，網(wǎng)絡(luò)攝像機越發(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慢慢淡出市場。

智能網(wǎng)絡(luò)攝像機的應(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)攝像機的智能應(yīng)用相對而言，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自身的芯片進(jìn)行計算不同，中心智能是利用后端計算機純軟件的方式進(jìn)行分析，即攝像機并不提供任何智能分析與運算結(jié)果，而只是單純的向管理中心傳輸圖像信息，所有智能運算與分析全部由中心進(jìn)行。圖3是一項中心智能業(yè)務(wù)的方案架構(gòu)示意。

從上圖可見，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算軟件以構(gòu)成中心智能圖像識別、客戶端智能圖像識別及第三方數(shù)據(jù)分析這三個模塊之外，由于前端攝像機并不對圖像進(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或多臺容量龐大、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

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優(yōu)勢，一是實時性高，攝像機對采集到的視頻源當(dāng)即分析當(dāng)即產(chǎn)生并上報結(jié)果，這能有效提升系統(tǒng)的運行效率;二是由攝像機先對視頻圖像進(jìn)行分析識別，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，保證整個系統(tǒng)的高效運行;三是由于視頻壓縮后往往會失去一部分真實信息并產(chǎn)生一些噪音信號，系統(tǒng)如果是對壓縮后的視頻進(jìn)行分析與識別處理，會容易產(chǎn)生漏報或誤報，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)行分析與運算，這樣就有效杜絕了上述問題。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)器與計算機軟件的處理能力相比起來實在相形見絀，在一些智能分析經(jīng)常運用到的高端行業(yè)，如公安等，由于對智能的性能要求復(fù)雜多樣，因而視頻分析的運算量非常龐大，而大多數(shù)DSP卻并沒有足夠大的內(nèi)存和處理能力來支持，處理能力的低下勢必會造成分析準(zhǔn)確性低下，導(dǎo)致誤報的增加。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數(shù)量或調(diào)整位置時，操作起來就會很麻煩。

反之，中心智能一方面借助服務(wù)器強勁的運算處理能力能夠?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)對海量圖像數(shù)據(jù)的傳輸及管理，這必將對構(gòu)建成本帶來很大的挑戰(zhàn)。此外，在實時性和準(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，智能分析的實際運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，這一點在當(dāng)前交通卡口監(jiān)控、平安城市、監(jiān)管行業(yè)的實際應(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動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、車牌識別、司乘人臉識別等，而這些性能必須依賴智能視頻分析才能實現(xiàn)，同時，這也是當(dāng)前智能分析應(yīng)用中相對較高端的需求。從這一領(lǐng)域的智能應(yīng)用需求來看，該類需求都較特定且都是實時的，因而完全能夠通過當(dāng)前的智能攝像機來完成。

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，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，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。

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)控場所：道路、廣場、娛樂場所等;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，這就難免會在實時監(jiān)控方面有所欠缺，因此，對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析、調(diào)用等智能應(yīng)用就會較為迫切。由此可見，平安城市的智能監(jiān)控無論從場所還是性能需求方面都表現(xiàn)出了很強的復(fù)雜性、綜合性、可追溯性，這就相應(yīng)對承載智能運算的平臺提出了較高的要求，但就目前智能攝像機芯片處理能力而言，還是比較勉強的。并且，監(jiān)控場所的復(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)雜場所這一問題，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)前實際案例來看，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)特點還是市場需求特點來說，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)也往往不會非此即彼，而一定是前端和中心智能并用。即使在未來，隨著芯片技術(shù)處理能力的不斷提高以及智能運算法的持續(xù)改進(jìn)，智能網(wǎng)絡(luò)攝像機的市場前景有了更大的提升，相信兩者并存、各有側(cè)重的局面也會仍舊如此。