視頻技術(shù)成為安防系統(tǒng)的主導(dǎo)技術(shù)是必然的趨勢。視頻信號本身具有信息量大的特點，它通觀全局，是報警復(fù)核、動態(tài)監(jiān)控、過程控制和信息記錄的有效手段。安防必有視頻監(jiān)控，似乎已成為一種定式。本文闡述了其在安防系統(tǒng)中的作用，提出了視頻探測、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)字視頻記錄、圖像識別四個主要的課題。

　　視頻監(jiān)控在安全防范系統(tǒng)中重要作用是人所共知的。人們通常把防入侵報警、視頻監(jiān)控、出入口控制作為一個綜合的、完整的安全防范系統(tǒng)三要素，而視頻監(jiān)控往往為其核心和主導(dǎo)，這是因為圖像(視頻信號)本身具有信息量大的特點，它通觀全局、一目了然、判斷事件具有極高的準(zhǔn)確性，是報警復(fù)核、動態(tài)監(jiān)控、過程控制和信息記錄的有效手段。安防必有視頻監(jiān)控，似乎已成為一種定式。應(yīng)該指出：目前、安防系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控基本上是工業(yè)應(yīng)用電視的翻版，真正能適應(yīng)安全防范系統(tǒng)的要求和特點，表現(xiàn)出視頻技術(shù)優(yōu)勢的設(shè)備還不多。隨著電視技術(shù)數(shù)字化的進(jìn)程，視頻監(jiān)控在安全防范技術(shù)中的應(yīng)用將會有本質(zhì)的變化，這一點目前已初露端倪。數(shù)字化將根本上改變視頻技術(shù)的面貌，將對安防技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生極大的影響，一些新的概念、新的產(chǎn)品以及新的系統(tǒng)模式將會出現(xiàn)，安防技術(shù)也將由此發(fā)展到一個全新的階段。對此筆者提出數(shù)字視頻技術(shù)在安防領(lǐng)域的四個基本課題：

　　視頻探測

　　探測是安防系統(tǒng)的基本要素，探測設(shè)備是安防系統(tǒng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。安防技術(shù)在利用和借鑒其它技術(shù)開發(fā)應(yīng)用時，始終圍繞的一個核心就是"探測"。目前主流的探測器主要是狀態(tài)探測或物理參數(shù)的探測，由于探測結(jié)果的非唯一性，探測的真實性很低，所以、實現(xiàn)真實的探測一直是安防技術(shù)追求的目標(biāo)。視頻探測是一個理想的解決方案。

　　視頻探測在模擬電視技術(shù)的基礎(chǔ)就已得到了應(yīng)用。在一幅圖像上開一個窗口，檢測其亮度電平(平均亮度電平或均方差)的變化，就可以實現(xiàn)探測。在一幅圖像上開一系列窗口，檢測其亮度電平的變化，并分析各窗口(探測區(qū)域)變化的時序，就可以實現(xiàn)運(yùn)動探測。在數(shù)字視頻的基礎(chǔ)上，進(jìn)行窗口設(shè)置、亮度值的算法和比對，閾值的設(shè)定和動態(tài)刷新都很方便，因此、視頻探測産品多起來了，許多視頻設(shè)備(如DVR)都具有了視頻探測這個功能。但是、這種方式的探測仍然是一種物理參數(shù)的探測，是利用攝像器件本身是一種光電轉(zhuǎn)換器件的功能，進(jìn)行景物亮度這個物理量的探測，并沒有利用圖像技術(shù)的特點和優(yōu)勢，來實現(xiàn)目標(biāo)探測。

　　圖像的特點就在于它包含探測目標(biāo)的幾何信息(形狀、空間位置和運(yùn)動狀態(tài))。分析圖像，對目標(biāo)進(jìn)行分類，提取VOP(VIDEO OBJECT PLANE)并去分析目標(biāo)的運(yùn)動方式，進(jìn)而産生探測結(jié)果。這就是目標(biāo)探測，它具有極高的真實性，是一種理想的防入侵報警探測手段。數(shù)字電視技術(shù)的進(jìn)步爲(wèi)這方面的研究提供了新的條件。我們知道：爲(wèi)有效地壓縮視頻信息，針對不同的應(yīng)用，研究制定了各種不同的算法和標(biāo)準(zhǔn)，但其主要技術(shù)是相同的，都是充分地利用圖像的相關(guān)性，去除圖像信息中的冗余，如采用DPCM預(yù)測編碼技術(shù)、MC(運(yùn)動補(bǔ)償)及目標(biāo)分析和VOP的處理等，其實質(zhì)是對圖像相鄰幀、相鄰行、相鄰像素間的圖像內(nèi)容的變化進(jìn)行分析、預(yù)測，對各像塊的運(yùn)動趨勢進(jìn)行分析和估算，分離運(yùn)動的目標(biāo)與背景進(jìn)行分別的處理。這些分析就是一個完整、充分的視頻探測，其探測結(jié)果就包含在數(shù)據(jù)流中(供圖像譯碼時用)，而且是動態(tài)的，具有自適應(yīng)特性。

　　因此、我們可以利用這些技術(shù)去開發(fā)視頻探測設(shè)備，也可以利用壓縮視頻數(shù)據(jù)流中的信息去實現(xiàn)探測，這都是視頻探測這一課題要去探討的內(nèi)容。視頻探測的實現(xiàn)將把入侵探測和實時監(jiān)控合爲(wèi)一體，可以極準(zhǔn)確地判定事件，可能會解決長期困擾安防系統(tǒng)的誤報警率高的難題。

　　視頻探測還非常適于空間的多維探測和多參數(shù)探測，同時對處理來自不同方位攝像設(shè)備的圖像信號，可以做到對目標(biāo)多方位的監(jiān)控，實現(xiàn)對特定空間和目標(biāo)的完全封閉，提取和識別圖像的特征點，并分析其運(yùn)動軌跡，不僅可以實現(xiàn)真實的探測，還可以通過伺服機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對運(yùn)動目標(biāo)的跟蹤。這都是視頻技術(shù)獨具的特點，可以成爲(wèi)安防系統(tǒng)中有效的探測手段，和有特色的産品。

　　各種新的成像技術(shù)，如毫米波成像、紅外成像等，將把視頻監(jiān)控從可見光的范圍擴(kuò)大到不可見光的范圍，把對幾何圖像的分析擴(kuò)展到對光譜、波譜、物譜圖像的分析。這些探測方式將爲(wèi)安全檢查和安全防范提供新的方法，開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，也是今后視頻探測技術(shù)研究的重要方向。

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控

　　遠(yuǎn)距離的傳送視頻信息始終是電視技術(shù)追求的目標(biāo)。在模擬電視時代，提高傳輸介質(zhì)的帶寬是唯一有效的方法，光纖傳輸技術(shù)開辟了通信的新時代，它很快在視頻信號傳輸中得到了應(yīng)用。采用光纖傳送視頻信號，使無中繼傳輸距離從同軸電纜的幾百米增加到幾十公里，并能得到很高的圖像質(zhì)量，多路傳輸和雙向傳輸也很容易實現(xiàn)。這就大大地擴(kuò)展了電視監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和控制距離，從而産生了一些大型的系統(tǒng)，如公路管理、城市交通和治安管理、大型建筑的安全監(jiān)控系統(tǒng)等。但是、目前光纖傳輸在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用還是非常初步的，大多數(shù)系統(tǒng)都是采用IM(光強(qiáng)調(diào)制)方式的視頻基帶信號傳輸，光纖僅是代替同軸電纜作爲(wèi)一個新的寬帶、低損耗介質(zhì)，光纖通信技術(shù)的真正優(yōu)勢和潛力并未充分體現(xiàn)和發(fā)揮出來。這主要是由模擬視頻信號的傳輸方式和電視監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點所致。

　　隨著光纖雙向傳輸、頻分、波分復(fù)用技術(shù)的成熟，色散位移光纖和色散平坦光纖、光纖放大器的實用化，光纖視頻傳輸?shù)臒o中繼距離和傳輸容量還會有更大的提高。這些都有爲(wèi)今后視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大型化和遠(yuǎn)程化提供了技術(shù)支持，也是模擬視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的空間。但是、僅通過提高傳輸介質(zhì)的帶寬，能力還是有限的，尤其是在傳輸過程中，引入模擬視頻信號的干擾和失真的不可修復(fù)性，也限制了視頻傳輸?shù)木嚯x和傳輸環(huán)節(jié)的增加。

　　數(shù)字視頻和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)爲(wèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了新的解決方案，也把遠(yuǎn)程的概念從城域擴(kuò)展到城際、國際范圍。利用IP網(wǎng)絡(luò)的多媒體服務(wù)就可以構(gòu)成遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這樣的方式在很大程度上改變了安全防范系統(tǒng)的形態(tài)，使之從傳輸介質(zhì)專用到介質(zhì)共享(利用各種公共信息網(wǎng)絡(luò));從系統(tǒng)的固定設(shè)置到系統(tǒng)自主生成，由封閉的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到開放的系統(tǒng)模式。視頻監(jiān)控系統(tǒng)將成爲(wèi)一種可以無所不到的、開放的、可以根據(jù)各種具體要求自動生成的系統(tǒng)，安防系統(tǒng)的邊界將變得模糊，也變得更爲(wèi)廣闊，它將成爲(wèi)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)業(yè)務(wù)的一種。

　　目前、利用IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、視頻攝像機(jī)加視頻網(wǎng)關(guān)或利用DVR的網(wǎng)絡(luò)功能均可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，后兩種是典型的模擬/數(shù)字混合的方式，是在現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成，非常適于現(xiàn)有模擬系統(tǒng)。前者則具有數(shù)字視頻網(wǎng)的形態(tài)。IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就是具有網(wǎng)絡(luò)接入功能的攝像機(jī)，它內(nèi)置圖像壓縮單元和Web服務(wù)器，將視頻信號壓縮并轉(zhuǎn)換成符合網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議(如TCP/IP)的數(shù)據(jù)流;更重要的是，它賦予攝像機(jī)一個從網(wǎng)絡(luò)任何地方都可以唯一識別的IP地址，遠(yuǎn)程的用戶不需要任何專用軟件，只要找到它的IP地址，通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就可進(jìn)行實時的監(jiān)控。對于多臺視頻攝像機(jī)，則不用每臺都內(nèi)置Web服務(wù)器，采用具有多路功能的視頻網(wǎng)關(guān)更爲(wèi)適宜。

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控這個課題的重要工作是建立遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是分檔、分級，并向下兼容;標(biāo)準(zhǔn)要對系統(tǒng)的圖像格式、編碼方式、傳輸速率、交換技術(shù)與通信協(xié)議以及相應(yīng)的通信平臺等根據(jù)安全防范系統(tǒng)的特點和要求做出規(guī)定。由此，衍生出用于數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機(jī)、視頻網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器、甚至數(shù)字圖像記錄設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的産品。在這個過程中，人們要有一個認(rèn)識上的轉(zhuǎn)變，要跳出源自于模擬系統(tǒng)的傳統(tǒng)概念和評價體系的框框，如圖像的還原性和實時性，對圖像質(zhì)量的評價指針和測量方法等，建立在數(shù)字視頻環(huán)境下全新的技術(shù)體系。要開展網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控安全性的研究，建立可靠的安全體系和對策。這些研究的成果，不僅是針對遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，也是針對局域的數(shù)字監(jiān)控，它將是電視監(jiān)控技術(shù)實現(xiàn)從模擬向數(shù)字的轉(zhuǎn)化、從經(jīng)典向現(xiàn)代轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。

　　數(shù)字視頻記錄

　　數(shù)位視頻記錄(DVR)是四課題中最熱門的一個，也是産品化程度最高的一個。由於金融系統(tǒng)的認(rèn)可所産生的巨大的市場需求，拉動了它的技術(shù)和産品的發(fā)展。從開始對類比錄影機(jī)的替代到逐步成爲(wèi)監(jiān)控系統(tǒng)控制器和數(shù)位視頻系統(tǒng)的節(jié)點設(shè)備。僅僅用了兩三年的時間，就成爲(wèi)一個很有中國特點的安防主流産品。

　　DVR還有許多課題要去研究，産品還要進(jìn)一步地完善。目前、大家多關(guān)注於壓縮方法、機(jī)型結(jié)構(gòu)、作業(yè)系統(tǒng)及安全性和可靠性等。 這些確實很重要，但筆者認(rèn)爲(wèi)，當(dāng)務(wù)之急是：研究、制定真正適用于安全防範(fàn)，滿足其特殊要求的數(shù)位視頻記錄設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如上節(jié)所述，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是分檔、分級的、並向下相容。標(biāo)準(zhǔn)要對系統(tǒng)的圖像格式、記錄幀率、網(wǎng)路的接入方式、傳輸速率、存儲空間、顯示、重放與檢索方式以及安全性等做出規(guī)定。同時，建立科學(xué)、可行的數(shù)位視頻記錄設(shè)備的評價指標(biāo)體系、方法及測試方法和設(shè)備，由此引導(dǎo)適用的壓縮演算法、專用晶片、專用板卡及作業(yè)系統(tǒng)的研究和開發(fā)，使DVR成爲(wèi)具有獨立的技術(shù)體系、特定的市場方向、鮮明的中國特色的安防産品。

　　如上所述，DVR的功能不僅限於圖像資訊的記錄，它還具有圖像組合、運(yùn)\動探測、前端設(shè)備的控制和網(wǎng)路功能，因此，逐漸成了中小型監(jiān)控系統(tǒng)的控制器(集視頻切換、多畫面、系統(tǒng)控制器和錄影機(jī)等爲(wèi)一體)和分散式系統(tǒng)的節(jié)點設(shè)備(構(gòu)成通常的模數(shù)混合網(wǎng))。

　　針對這種應(yīng)用，4-16路視頻輸入、具有網(wǎng)路介面、基於PC或嵌入式的産品(我們稱之爲(wèi)客戶機(jī)型)成爲(wèi)當(dāng)前DVR的主流。數(shù)位視頻記錄設(shè)備還應(yīng)向兩個方向發(fā)展，一個是大型化，它應(yīng)具有海量的存儲能力、強(qiáng)大的網(wǎng)路功能、系統(tǒng)管理和控制，特別是通過交換功能實現(xiàn)大量視頻資訊的切換，具有大型視頻矩陣的功能，將是大型數(shù)位視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)(類似類比視頻系統(tǒng)的大矩陣)，它必須是基於伺服器的，因此、我們稱之爲(wèi)伺服器型。另一個是小型化，它不採用磁片，而是用固體記憶體如速閃記憶體來存儲圖像資訊，不要求很大的存儲量，其核心是一塊具有視頻壓縮功能的編解碼器(晶片)，所以稱之爲(wèi)編解碼(CODEC)型。

　　由於小，它是一種前端設(shè)備，配合視頻攝像機(jī)或其他視頻信號源，可以實現(xiàn)許多應(yīng)用，如機(jī)動車的運(yùn)\行記錄，移動目標(biāo)的安全監(jiān)控等。數(shù)位視頻的一個弱點是可能被修改，因此圖像的安全保護(hù)非常重要，特別是對於安全防範(fàn)系統(tǒng)，所以數(shù)位視頻的安全性(加密、防僞、識別)是個重要的課題，不僅要保證圖像在記錄、傳輸、編輯以及可能的再壓縮和解壓縮過程中不被修改，還要保證産生圖像的攝像機(jī)和時間是唯一的，不可修改。浮水印、數(shù)位簽名等技術(shù)可以用來實現(xiàn)這一目標(biāo)，我們應(yīng)研究如何把從公共密鑰産生的加密演算法和數(shù)位簽名與壓縮圖像結(jié)合爲(wèi)一種圖案，能進(jìn)行核對總和識別。

　　DVR發(fā)展非常迅速，難免出現(xiàn)一些混亂，如技術(shù)與産品的參差不齊，市場的無序競爭，管理的無規(guī)無矩及用戶過高的期望，都爲(wèi)業(yè)界帶來許多麻煩，DVR市場可能會出現(xiàn)短時間的衰退。但它畢竟是一項技術(shù)含量高、市場針對性強(qiáng)、有著很大發(fā)展空間的産品，解決上述問題，要求從業(yè)者從簡單的市場競爭中跳出來，形成合力去深層次地研究關(guān)鍵的技術(shù)課題。

　　圖像識別

　　可以說圖像識別是視頻技術(shù)的最高境界，目視解釋(光學(xué)顯示、人的視覺觀察)是當(dāng)前大多數(shù)圖像系統(tǒng)提取有用信息的主要方式，電視系統(tǒng)也是如此。它固然有直觀、判別準(zhǔn)確率高的優(yōu)點，但是面對大量的圖像信息時，其效率低、實時性差就嚴(yán)重地降低了信息的利用率，限制了圖像系統(tǒng)的應(yīng)用。因此，自動解釋(機(jī)器解釋)一直是圖像技術(shù)的一個重要的課題。

　　數(shù)字視頻爲(wèi)其提供了一個新的技術(shù)平臺，使圖像識別有了新的解決方案，在機(jī)器人視覺、模式識別等方面都取得了重大的進(jìn)展;它在安全防范領(lǐng)域便成爲(wèi)目標(biāo)探測、出入管理、生物特征識別、安全檢查的有效技術(shù)手段。生物特征識別，諸如指紋、掌形、聲紋、視網(wǎng)膜、面像識別，是基于生物特征統(tǒng)計學(xué)，具有很高識別率的方法，由于其具有特征載體與特征的同一性，是高安全性和高可靠性的系統(tǒng)，正日益普及開來。面像識別則是當(dāng)前人們關(guān)注和投入較大研究力量的熱點。

　　圖像識別系統(tǒng)包括圖像輸入、圖像的預(yù)處理、特征的提取和圖像的解釋(識別)等技術(shù)環(huán)節(jié)和設(shè)備。其關(guān)鍵技術(shù)或難點在于實現(xiàn)系統(tǒng)能在一種略加控制的環(huán)境下，針對移動目標(biāo)實時地運(yùn)行，這些目標(biāo)通過靜止攝像機(jī)可能會産生大小不同、角度不同及光照效果不同的圖像;并在各種可能的非最佳條件下進(jìn)行識別，如由于年齡、面部表情、配飾(眼鏡、帽子)及可能的僞裝(化妝)造成圖像的差異。

　　這就要求系統(tǒng)采用適當(dāng)?shù)膱D像輸入方法和預(yù)處理技術(shù)，以保證圖像特征有效地提取或模板的生成。圖像識別(分類、解釋)的方法基本上分爲(wèi)統(tǒng)計方法和結(jié)構(gòu)分析兩類，前者是以數(shù)學(xué)決策理論爲(wèi)基礎(chǔ)，建立統(tǒng)計學(xué)的識別模型，指紋、掌形的識別多采用這種方法，其特點是穩(wěn)定、但很少利用圖像本身的結(jié)構(gòu)關(guān)系。后者則主要是分析圖像的結(jié)構(gòu)，它充分地發(fā)揮了圖像的特點，但容易受圖像生成過程中噪聲干擾的影響。

　　圖像識別技術(shù)的應(yīng)用可分爲(wèi)驗證和識別兩種方式。驗證的目的是把當(dāng)事人的身份與正在發(fā)生的行爲(wèi)聯(lián)系在一起，確認(rèn)行爲(wèi)的合法性，通常是驗證"你是他?"的一對一(或較少的量)的比對系統(tǒng)。識別則是對系統(tǒng)的輸入圖像(可能是攝像機(jī)拍攝的活體圖像)與存貯在數(shù)據(jù)庫中的大量的參考圖像進(jìn)行比對，來確定輸入圖像(目標(biāo))的身份，所以也稱爲(wèi)是識別"你是誰?"的一對多的比對系統(tǒng)。驗證系統(tǒng)因可對圖像的輸入加以更多的控制，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性好，也相對成熟，已廣泛地應(yīng)用于出入管理系統(tǒng)中。識別系統(tǒng)(特別是面像識別)則因環(huán)境條件的限制，還沒有成熟的産品。但其應(yīng)用的效果及在安全防范中的作用已被人們認(rèn)識和肯定，是研究的重點課題，其主要方向是：

　　高質(zhì)量圖像輸入子系統(tǒng)，保證在各種環(huán)境條件下能采集到足夠分辨率、適當(dāng)方位和灰度變化的圖像，它涉及圖像傳感器(如攝像機(jī))的選擇、安裝方式、與入侵探測的關(guān)聯(lián)及相關(guān)的數(shù)字化操作。

　　基于不同平臺(PC、服務(wù)器或多處理器、網(wǎng)絡(luò)的)的處理硬件，能提供系統(tǒng)所需的處理能力、運(yùn)算速度、靈活性和信息存貯能力。

　　圖像處理和解釋與分析軟件的開發(fā)，綜合自動模式識別和計算機(jī)視覺技術(shù)，開始各種實用的軟件。如輸入圖像的分割、定位、輪廓提取和面像圖像的加光技術(shù);基于人面重心模板的實時面像檢測;器官的位置信息和面像特征的提取以及各種比對算法等。

　　試驗系統(tǒng)和測試，建立試驗系統(tǒng)是十分重要的，是驗證系統(tǒng)的價值和效果，了解各種環(huán)境因素對其影響，明確進(jìn)一步研究方向的最有效的方法。并在此基礎(chǔ)上建立科學(xué)、直觀和可操作的評價體系和方法。

　　綜上所述：數(shù)字視頻系統(tǒng)不再是僅用于觀察可視圖像的系統(tǒng)，而是具有探測和特征識別功能的綜合系統(tǒng)。它將解決安防系統(tǒng)中許多長期未能解決的難題，使許多模糊不清的概念得以明確，如，誤報警，智能化，它將集探測、特征識別和圖像監(jiān)控于一體，成爲(wèi)全新概念的安防技術(shù)系統(tǒng)的核心技術(shù)。