文/中安消技術有限公司 

　　摘要：針對智能視頻監(jiān)控的三個技術挑戰(zhàn)而言，包括編碼的技術挑戰(zhàn)，多攝像頭搜索的技術挑戰(zhàn)，以及現(xiàn)在的圖像質(zhì)量不夠的技術挑戰(zhàn)等，目前在進行很多的積極嘗試，但現(xiàn)有的技術水平距離智慧城市對視頻的質(zhì)量和監(jiān)控系統(tǒng)的要求，還存在一定的差距。

　　視頻監(jiān)控是一座城市安全的重要保障，在平安城市、數(shù)字城市，乃至智慧城市建設中起著至關重要的作用。在今年3月24日于香港召開的第二屆智慧城市與智能系統(tǒng)院士論壇上，高文院士結合監(jiān)控視頻處理技術發(fā)展歷程和存在的挑戰(zhàn)，就其在監(jiān)控視頻處理技術領域的應用與前景提出了前瞻性的觀點，獲得了與會院士、專家及業(yè)內(nèi)人士的高度認可。

　　第二屆智慧城市與智能系統(tǒng)院士論壇由中國工程院、香港中文大學、香港中文大學(深圳)、中國安防技術有限公司(英文簡稱CSST)成員企業(yè)智慧中國集團(Smart China)聯(lián)合主辦。高文院士在發(fā)言中表示：在現(xiàn)有的城市管理各應用子系統(tǒng)中，監(jiān)控視頻的數(shù)據(jù)占比相對較高，2010年約占50%，到2015年預計將接近70%，隨著大數(shù)據(jù)的大幅增長，監(jiān)控視頻的比例會逐漸減少，但預計在2020年仍有可能達到40%以上，因此視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)處理這一問題，必須引起足夠重視。

　　在巨大的市場需求推動下，高文院士與筆者公司經(jīng)過多次交流探討，以北京大學數(shù)字視頻編解碼技術國家工程實驗室以及筆者公司為合作主體，雙方建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，成立“北京大學-CSST智能視頻技術協(xié)同創(chuàng)新中心”。該中心主要面向智能監(jiān)控行業(yè)的發(fā)展需要，圍繞智能視頻技術開展前瞻性的研究開發(fā)工作，同時不斷吸引國內(nèi)外頂尖專家，組建一流的研發(fā)團隊，承擔國家重大科研任務，努力建成國內(nèi)一流、國際具有重要影響的研發(fā)平臺，以及具有重要國際影響的智能視頻技術研究開發(fā)領導者。

　　視頻監(jiān)控三大挑戰(zhàn)

　　在本屆論壇上，高文院士結合監(jiān)控視頻技術現(xiàn)狀提出：智能視頻監(jiān)控面臨的技術挑戰(zhàn)主要可以集中體現(xiàn)為三大挑戰(zhàn)，簡要概括為“存不下”、“找不到”、“看不清”。“存不下”，即編碼壓縮的問題，“找不到”是有效搜索的問題，“看不清”則是視頻質(zhì)量問題，這三大挑戰(zhàn)對于智能視頻監(jiān)控技術提出了更高的要求。

　　挑戰(zhàn)一：視頻編碼技術

　　第一個挑戰(zhàn)是關于視頻編碼技術的挑戰(zhàn)。視頻編碼經(jīng)過一段時期的快速發(fā)展，期間已經(jīng)歷了三代技術：第一代技術在1994年前后出現(xiàn);第二代技術在2003年完成，至今仍在監(jiān)控視頻領域普遍應用;第三代技術在2013年初步完成，目前還暫未投入使用。按照10年一代的頻率推測，預計將在2023年出現(xiàn)第四代視頻編碼技術。

　　事實上，視頻編碼技術的進步和數(shù)據(jù)增長的速度并不吻合，視頻編碼技術每十年革新一次，而與監(jiān)控有關的大數(shù)據(jù)則是每年呈幾何倍增長，依靠傳統(tǒng)技術的進步，解決監(jiān)控數(shù)據(jù)本身的增長量，顯然遠遠不夠。因此，需要從根本上解決視頻數(shù)據(jù)的編碼效率問題以及傳輸存儲等相關問題，找到對于視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)最為行之有效的壓縮方法。

　　視頻編碼有三個關鍵技術。其一是變換編碼技術，即把實時信號放在頻率上進行處理，使用數(shù)據(jù)工具進行編碼壓縮;其二是預測編碼技術，即把同一幀里的共同點與不同幀里的相同點，通過預測找到共性的信息;其三是商業(yè)編碼技術，也就是將信息商用商業(yè)編碼進行表達，提高效率。視頻編碼技術實際上是三個技術的組合，具有理論上限，目前可以達到的成果離理論上限還有非常大的空間，所以從數(shù)學上來講，這個領域大有可為。

　　變換編碼、預測編碼，商業(yè)編碼這三個數(shù)據(jù)技術工具，對于視頻編碼應用領域的貢獻有所不同。前兩個變換，包括彩色空間和整體空間的變換，對于視頻編碼的貢獻率為6倍左右。在視頻編碼技術前30年的發(fā)展期間，平均每10年性能提高一倍，主要貢獻依靠的是預測編碼每一代的技術提升。隨著時間的推移和技術的成熟，將逐漸使用更復雜的算法取得編碼效率的提高，主要體現(xiàn)在預測編碼和商業(yè)編碼，其中預測編碼將起到很大的作用。

　　面向視頻監(jiān)控應用領域，則需要用更好的技術，即長時的、虛擬幀的參考技術。所謂長時，是當場景可以長時間使用時，即通過模型計算的方法生成虛擬幀，通過使用虛擬幀提高效率。在各類視頻中，背景和前景的區(qū)分非常關鍵，靜態(tài)的背景通過虛擬幀進行表達，動態(tài)的前景則使用精細編碼進行表達。為了更好地確認靜態(tài)背景，通過不斷計算得出了一項新技術——基幀產(chǎn)生技術?；鶐a(chǎn)生技術帶來的最大的好處，是很容易進行任意圖像序列的前景、背景的分離，前景和背景分離之后，會有效降低編碼計算的復雜度，大幅提高編碼效率和運動搜索效率。

　　挑戰(zhàn)二：有效搜索

　　第二個挑戰(zhàn)是有效搜索的問題。有效搜索包括以下幾個問題：一是搜索對象能否檢測到;二是檢測到的對象能否進行跟蹤;三是不同攝像機如何切換以持續(xù)跟蹤搜索對象。其中前兩個問題是一般搜索模式必須解決的技術問題，而多攝像機的網(wǎng)絡跟蹤，包括攝像機和攝像機之間的位置、朝向、時間切換點等等，將這些參數(shù)很好地結合在一起，還有很多需要研究解決的技術問題。

　　理想的搜索和跟蹤狀態(tài)，是把編碼和分析技術融合在一起，集中在一個編碼框架下，真正將視頻監(jiān)控融合到智慧城市運營管理中。為了達到這一目標，需要在技術上形成完整的描述，制訂適合的語法，通過描述詞和語法的組合，將具體的行為、事件描述出來，包括車輛是正常行進還是非正常行進，或人群集聚是正常行為還是非正常的行為等等，通過技術描述將其實現(xiàn)。

　　與此同時，在多個攝像機的切換，以及整個監(jiān)測對象的轉(zhuǎn)移等技術領域，需要持續(xù)不斷地進行多項技術實驗，最終實現(xiàn)攝像頭之間的有效切換與跟蹤。

　　挑戰(zhàn)三：攝像頭質(zhì)量

　　第三個挑戰(zhàn)是攝像頭的質(zhì)量問題。目前大多數(shù)視頻監(jiān)控的攝像頭質(zhì)量達不到要求，嚴重影響了對圖像的精確識別。提高攝像頭質(zhì)量，具有挑戰(zhàn)性的兩個問題是：攝像頭進入方向的圖像分辨率不夠，以及圖像的清晰度不夠。造成這兩個問題的原因是各種各樣的，如光照等，而針對這兩個問題的研究從未間斷過。

　　提高攝像頭的分辨率，并非短期內(nèi)可以實現(xiàn)。目前監(jiān)控系統(tǒng)所使用的攝像頭大部分無法真正滿足要求，而理想的4K攝像頭數(shù)量極少，隨著時間的推移，將現(xiàn)有的攝像頭逐步替換為分辨率高的攝像頭，是必然的發(fā)展趨勢。除了硬件替換之外，另一個可行的解決辦法，是通過后臺技術彌補攝像頭的質(zhì)量問題，即通過不同的計算方法提高分辨率。除此之外，還有一個方法，就是把視頻流里面多個照片一起使用，實現(xiàn)分辨率的有效提升。

　　總而言之，針對智能視頻監(jiān)控的三個技術挑戰(zhàn)而言，包括編碼的技術挑戰(zhàn)，多攝像頭搜索的技術挑戰(zhàn)，以及現(xiàn)在的圖像質(zhì)量不夠的技術挑戰(zhàn)等，目前在進行很多的積極嘗試，但現(xiàn)有的技術水平距離智慧城市對視頻的質(zhì)量和監(jiān)控系統(tǒng)的要求，還存在一定的差距。當然，這個差距同時也預示著更多的機會，在智慧城市建設領域，中國會在很多地方達到領先，而視頻監(jiān)控領域也將有望達到世界領先水平。

　　因此，監(jiān)控視頻處理技術在智慧城市建設中的有效應用尤為重要。隨著智慧城市建設的廣泛推進，智慧城市視頻監(jiān)控技術將面臨著一系列的挑戰(zhàn)，對于企業(yè)而言，高文院士認為，擁有過硬的視頻監(jiān)控技術是應對各種挑戰(zhàn)、分得智慧城市一杯羹的關鍵籌碼之一。基于此，國內(nèi)各大安防企業(yè)集團對智慧城市中的視頻監(jiān)控技術，紛紛作出了積極嘗試。

　　結語

　　憑借高度的社會責任心和使命感，筆者公司始終將智慧城市智能視頻監(jiān)控技術作為重要的研發(fā)課題，不斷在該領域進行有意義的探索和嘗試，除了自主研發(fā)之外還與高文院士團隊成立了聯(lián)合研究中心，組建一流的研發(fā)團隊，開展面向視頻監(jiān)控的前瞻性技術研究，將高文院士提出的視頻監(jiān)控處理技術與現(xiàn)有的各項智能技術不斷的融合，并擴展到各種產(chǎn)品形態(tài)中，應用在視頻監(jiān)控的各個環(huán)節(jié)，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈配套，從產(chǎn)品、技術、解決方案、系統(tǒng)集成、運營服務等領域提供一站式服務，努力建成國內(nèi)一流、國際具有重要影響的研發(fā)平臺。