数字监控核心技术的现状及市场发展趋势

    当今社会是一个人口高度稠密、相互关系高度复杂的社会，自从美国9.11后，社会所面临的各种突发事件和异常事件越来越多，因而安防监控的难度与重要性也越来越突出。为此，世界各国政府和学者都在研究新一代的监控技术。

    从监控技术的发展过程来看，大致可分为三个阶段：人力现场监控、人力视频监控和智能视觉监控。所谓人力现场监控，即安排专人在现场对场景监控。人力现场监控的应用可以追溯到原始社会一直延续至今。所谓人力视频监控，即用摄像机对场景拍摄，视频信号被采集到中央控制部门并被显示到监视器上，由人对视频图像进行分析，得出恰当的判断。视频监控又分为两种，一种是早期采用的模拟视频监控，一种是现在广泛采用的数字视频监控，这种监控技术引入了大量的计算机技术来协助人采集和管理所有视频信息，监控系统的性能得到了有效的提高。目前，市场上已经有比较成熟的数字视频监控系统出现。智能视觉监控技术与以往的监控技术有本质的区别，其主要特征是采用计算机视觉的方法，在几乎不需要人为干预的情况下，通过对摄像机拍录的图像序列进行自动分析来对动态场景中的目标进行定位、识别和跟踪，并在此基础上分析和判断目标的行为，从而做到既能完成日常管理又能在异常情况发生的时候及时做出反应。

    数字视频监控相关产品的技术和产业化发展近几年来一直是国内安防行业的一个热点，通过国内整个行业的不断努力，目前数字监控的技术水平达到了国际先进水平，开始直接参与国际竞争，同时产品已经开始进入国际市场。我们在国际市场上的竞争力来源于我们掌握了相关的核心技术，为将来的不断发展奠定了坚实的基础。

    目前数字监控系统的技术热点决定了产品主要特性的技术，压缩算法在不断发展中促进了产品的更新，同时智能化技术和网络的管理利用是目前新的亮点。

    算法方面

    1．H.264压缩算法

    H.264和以前的标准一样，也是DPCM加变换编码的混合编码模式。但它采用“回归基本”的简洁设计，不用众多的选项，获得比MEPG-4好得多的压缩性能。H.264加强了对各种信道的适应能力，采用“网络友好”的结构和语法，有利于对误友和丢包的处理。H.264应用目标范围较宽，可以满足不同速率、不同解析度以及不同传输（存储）场合的需求。

    H.264是最新的国际视频编码标准，由ITU-T和ISO/IEC两个国际标准化组织联合制定。标准在ITU-T被最终通过为H.264。在ISO/IEC通过后，被称为国际标准14496-10（MEPG-4 第10部分）。以前大量使用的MPEG-4 是采用了标准的MEPG-4 第10部分以前版本。

    作为目前最新的视频编码技术H.264，在安防行业应用有着非常大的前景。H.264标准采用了很多新技术用来提高压缩比降低码流：
    采用了高精度、多模式预测技术，支持1/4或1/8像素精度的运动矢量。

    多帧参考技术，多模式的灵活和细致的划分，大大提高了运动估计的精确程度。

    在空间域进行预测编码算法，以便取得更有效的压缩。

    4×4块的整数变换，由于用二变换块的尺寸缩小，运动物体的划分更精确。这样，不但变换计算量比较小，而且在运动物体边缘处的衔接误疾差也大为减小，为了提高码率控制的能力，量化步长的变化的幅度控制在125%左右，而不是以不变的增幅变化。

    为了强调彩色的逼真性,对色度系数采用了较小量化步长。

    H.264 

    标准针对网络传输的需要设计了视频编码层VCL和网络提取层NAL结构，网络抽象层是提供“网络友好”的界面，从而使视频编码层能够在各种系统中得到有效的应用。H.264 

    标准针对网络传输的需要设计了差错消除的工具，便于压缩视频在误码、丢包多发环境中传输，从而保证了视频传输的有效性。
    H.264算法分为Baseline Profile、Main Profile、Extended Profile和High 
    Profile四层，H.264算法与以前的算法相比： 
    算法复杂度：H.264 Baseline Profile是以前MPEG-4的2倍左右，H.264 Main 
    Profile是MPEG-4的10倍以上，High Profile复杂度最高。
    压缩码流：Base Profile低于MPEG-4 10-20%，Main Profile低于MPEG-4的一半。
    大家可以看出，实现H.264 Main Profile 

    算法后可以使视频码流降低一半，可以实现CIF格式视频在普通的ADSL上实时连续传输，即使在网络有波动的情况下也不会受到影响。同时由于H.264算法具有网络编码层和网络传输层结构，这样对于普通的宽带网络和无线网络的适应性大大加强，不会由于网络的误码影响传输的质量。

    然而目前的芯片处理能力还不能够实现完整的H.264算法，现在只能实现H.264算法中的部分功能，因此需要一个过程才能够体验到H.264给多带来的优点。

    2．H.264的应用

    从上面的简单介绍可以看出，H.264并不是比MPEG-4先进，算法的评价不能简单以一个名字来确定，需要知道它符合哪一层的标准，实现到了什么程度。因此对于目前市场上众多的产品而言，需要对不同的视频源进行对比测试才能够得到最终的优劣评价。

    智能技术

    智能视觉监控系统能够监控场景中目标物体的行为，能够想目标物体的行为意味着什么，能够把想到的结果用自然语言形式表达出来。因此，智能视觉监控系统取代了监控任务中人的大部分工作，是新一代的具有高度智能的监控技术。智能视觉监控技术具有广泛的应用前景，可以应用于交通场景，如十字路口、高速公路、停车场、飞机场等监控；军事场景监控、国家重要安全部门，如军事基地、银行等监控；敏感的公共场合，如天安门广场、火车站等。智能视觉监控技术已经显示了巨大的市场价值，以智能交通系统为例，据Philip 
Sayeg和Philip 

    Charles预测，到2010年,中国和南亚五国的智能交通系统市场潜力估计在38亿美元左右。特别是美国9.11恐怖袭击事件以后，各国都高度重视这样一个问题，即如何对国家重要安全部门和敏感的公共场合进行全天候、自动的、实时的监控，而智能视觉系统就是解决这一问题的有效手段之一。

目前智能视觉监控系统主要应用在以下几个方面：

    基于近红外的人脸身份识别；人脸检测与跟踪；目标检测、跟踪、与分类；多目标遮挡跟踪；交通车辆计数演示；多摄像机数据融合；交通拥堵检测与报警；车辆异常行为检测与报警；人异常行为检测与报警；夜间跟踪演示；动态场景下的主动跟踪；视频图像序列拼接。

    智能视觉监控技术的研究不但有极其重要的实践意义，而且还有重要的理论研究意义。在计算机视觉领域中，一个最根本的问题就是如何从底层原始视频数据得到高层的语义理解，而智能视觉监控的研究正是紧紧围绕这个基本问题，研究范围不是仅局限于某个特定问题，而是涉及到计算机视觉中从底层到高层的许多基本问题。

    随着应用的不断深入，怎样实现几百台甚至是上千台的DVR使用和管理是目前业内最关心的问题。大规模网络化监控是未来的热点，建立一个网络安全监控平台是大规模应用的必要条件，从这个角度说，行业标准甚至国家标准的迫切性越来越大。

    以IPv6为技术基础的下一代互联网将集中体现“更大、更快、更安全、更有效、更及时、更可靠管理”等特性。Ipv6带来了真正的下一代互联网，更多的设备接入可能，更好的Qos，更好的安全特性，方便的同一特性等。基于Ipv6的网络视频监控系统具有CIF、DCIF、DI等多种录像分辨率，能够满足用户图形高清晰度的要求。允许多个远程用户通过Web浏览器对网络摄像头进行多种控制操作，支持监控摄像机和访问终端之间的相互认证功能，支持图象传输质量的自适应控制；系统具有良好的接入认证、鉴权与计费能力，拒绝非可信用户入网等。可以说，从Ipv4到Ipv6是全球信息高速公路的一次整体大提速，它的出现对于网络监控行业是一次革命性的变革。基于Ipv6的网络音视频监控系统，将支持DHCP/PPPoE等多种网络协议，支持Ipsec，保证视频图象传送的完整性和私密性。

    现在国内已有科技公司推出的新一代“集成中心管理软件系统”将在今后网络监控的管理方面大显身手，它通过多层次的三维电子地图为手段，非常直观、形象地利用电子地图导航或巡航来查看前端设备的工作状态。

    数字化、网络化是安防行业未来发展的大趋势，其中比较重要的就是智能化的应用和网络化安全应用，这两个的发展对安防行业的未来发展有很大的影响。