視頻技術成為安防系統(tǒng)的主導技術是必然的趨勢。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，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確性，是報警復核、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)應用電視的翻版，真正能適應安全防范系統(tǒng)的要求和特點，表現(xiàn)出視頻技術優(yōu)勢的設備還不多。隨著電視技術數(shù)字化的進程，視頻監(jiān)控在安全防范技術中的應用將會有本質的變化，這一點目前已初露端倪。數(shù)字化將根本上改變視頻技術的面貌，將對安防技術的發(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)字視頻技術在安防領域的四個基本課題：

　　視頻探測

　　探測是安防系統(tǒng)的基本要素，探測設備是安防系統(tǒng)的主導產(chǎn)品。安防技術在利用和借鑒其它技術開發(fā)應用時，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追求的目標。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的基礎就已得到了應用。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)運動探測。在數(shù)字視頻的基礎上，進行窗口設置、亮度值的算法和比對，閾值的設定和動態(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換器件的功能，進行景物亮度這個物理量的探測，并沒有利用圖像技術的特點和優(yōu)勢，來實現(xiàn)目標探測。

　　圖像的特點就在于它包含探測目標的幾何信息(形狀、空間位置和運動狀態(tài))。分析圖像，對目標進行分類，提取VOP(VIDEO OBJECT PLANE)并去分析目標的運動方式，進而産生探測結果。這就是目標探測，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)字電視技術的進步爲這方面的研究提供了新的條件。我們知道：爲有效地壓縮視頻信息，針對不同的應用，研究制定了各種不同的算法和標準，但其主要技術是相同的，都是充分地利用圖像的相關性，去除圖像信息中的冗余，如采用DPCM預測編碼技術、MC(運動補償)及目標分析和VOP的處理等，其實質是對圖像相鄰幀、相鄰行、相鄰像素間的圖像內容的變化進行分析、預測，對各像塊的運動趨勢進行分析和估算，分離運動的目標與背景進行分別的處理。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，具有自適應特性。

　　因此、我們可以利用這些技術去開發(fā)視頻探測設備，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容。視頻探測的實現(xiàn)將把入侵探測和實時監(jiān)控合爲一體，可以極準確地判定事件，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備的圖像信號，可以做到對目標多方位的監(jiān)控，實現(xiàn)對特定空間和目標的完全封閉，提取和識別圖像的特征點，并分析其運動軌跡，不僅可以實現(xiàn)真實的探測，還可以通過伺服機構實現(xiàn)對運動目標的跟蹤。這都是視頻技術獨具的特點，可以成爲安防系統(tǒng)中有效的探測手段，和有特色的産品。

　　各種新的成像技術，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大到不可見光的范圍，把對幾何圖像的分析擴展到對光譜、波譜、物譜圖像的分析。這些探測方式將爲安全檢查和安全防范提供新的方法，開拓新的應用領域，也是今后視頻探測技術研究的重要方向。

　　遠程監(jiān)控

　　遠距離的傳送視頻信息始終是電視技術追求的目標。在模擬電視時代，提高傳輸介質的帶寬是唯一有效的方法，光纖傳輸技術開辟了通信的新時代，它很快在視頻信號傳輸中得到了應用。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量，多路傳輸和雙向傳輸也很容易實現(xiàn)。這就大大地擴展了電視監(jiān)控系統(tǒng)的應用范圍和控制距離，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)控中的應用還是非常初步的，大多數(shù)系統(tǒng)都是采用IM(光強調制)方式的視頻基帶信號傳輸，光纖僅是代替同軸電纜作爲一個新的寬帶、低損耗介質，光纖通信技術的真正優(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)的結構特點所致。

　　隨著光纖雙向傳輸、頻分、波分復用技術的成熟，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。這些都有爲今后視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大型化和遠程化提供了技術支持，也是模擬視頻監(jiān)控技術發(fā)展的空間。但是、僅通過提高傳輸介質的帶寬，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)絡技術爲遠程監(jiān)控提供了新的解決方案，也把遠程的概念從城域擴展到城際、國際范圍。利用IP網(wǎng)絡的多媒體服務就可以構成遠程視頻監(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)，使之從傳輸介質專用到介質共享(利用各種公共信息網(wǎng)絡);從系統(tǒng)的固定設置到系統(tǒng)自主生成，由封閉的系統(tǒng)結構到開放的系統(tǒng)模式。視頻監(jiān)控系統(tǒng)將成爲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，也變得更爲廣闊，它將成爲網(wǎng)絡視頻服務業(yè)務的一種。

　　目前、利用IP網(wǎng)絡攝像機、視頻攝像機加視頻網(wǎng)關或利用DVR的網(wǎng)絡功能均可以實現(xiàn)遠程監(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)的基礎上擴展而成，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)絡攝像機就是具有網(wǎng)絡接入功能的攝像機，它內置圖像壓縮單元和Web服務器，將視頻信號壓縮并轉換成符合網(wǎng)絡傳輸協(xié)議(如TCP/IP)的數(shù)據(jù)流;更重要的是，它賦予攝像機一個從網(wǎng)絡任何地方都可以唯一識別的IP地址，遠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)絡瀏覽器就可進行實時的監(jiān)控。對于多臺視頻攝像機，則不用每臺都內置Web服務器，采用具有多路功能的視頻網(wǎng)關更爲適宜。

　　遠程監(jiān)控這個課題的重要工作是建立遠程監(jiān)控的技術標準，這個標準應該是分檔、分級，并向下兼容;標準要對系統(tǒng)的圖像格式、編碼方式、傳輸速率、交換技術與通信協(xié)議以及相應的通信平臺等根據(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、視頻網(wǎng)關、服務器、甚至數(shù)字圖像記錄設備的技術標準和相應的産品。在這個過程中，人們要有一個認識上的轉變，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)境下全新的技術體系。要開展網(wǎng)絡監(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，不僅是針對遠程的網(wǎng)絡監(jiān)控，也是針對局域的數(shù)字監(jiān)控，它將是電視監(jiān)控技術實現(xiàn)從模擬向數(shù)字的轉化、從經(jīng)典向現(xiàn)代轉化的標志。

　　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)的認可所産生的巨大的市場需求，拉動了它的技術和産品的發(fā)展。從開始對類比錄影機的替代到逐步成爲監(jiān)控系統(tǒng)控制器和數(shù)位視頻系統(tǒng)的節(jié)點設備。僅僅用了兩三年的時間，就成爲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，産品還要進一步地完善。目前、大家多關注於壓縮方法、機型結構、作業(yè)系統(tǒng)及安全性和可靠性等。 這些確實很重要，但筆者認爲，當務之急是：研究、制定真正適用于安全防範，滿足其特殊要求的數(shù)位視頻記錄設備的技術標準。如上節(jié)所述，標準應該是分檔、分級的、並向下相容。標準要對系統(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、可行的數(shù)位視頻記錄設備的評價指標體系、方法及測試方法和設備，由此引導適用的壓縮演算法、專用晶片、專用板卡及作業(yè)系統(tǒng)的研究和開發(fā)，使DVR成爲具有獨立的技術體系、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\動探測、前端設備的控制和網(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)控制器和錄影機等爲一體)和分散式系統(tǒng)的節(jié)點設備(構成通常的模數(shù)混合網(wǎng))。

　　針對這種應用，4-16路視頻輸入、具有網(wǎng)路介面、基於PC或嵌入式的産品(我們稱之爲客戶機型)成爲當前DVR的主流。數(shù)位視頻記錄設備還應向兩個方向發(fā)展，一個是大型化，它應具有海量的存儲能力、強大的網(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(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)，所以稱之爲編解碼(CODEC)型。

　　由於小，它是一種前端設備，配合視頻攝像機或其他視頻信號源，可以實現(xiàn)許多應用，如機動車的運\行記錄，移動目標的安全監(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非常重要，特別是對於安全防範系統(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和時間是唯一的，不可修改。浮水印、數(shù)位簽名等技術可以用來實現(xiàn)這一目標，我們應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合爲一種圖案，能進行核對總和識別。

　　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含量高、市場針對性強、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鍵的技術課題。

　　圖像識別

　　可以說圖像識別是視頻技術的最高境界，目視解釋(光學顯示、人的視覺觀察)是當前大多數(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、實時性差就嚴重地降低了信息的利用率，限制了圖像系統(tǒng)的應用。因此，自動解釋(機器解釋)一直是圖像技術的一個重要的課題。

　　數(shù)字視頻爲其提供了一個新的技術平臺，使圖像識別有了新的解決方案，在機器人視覺、模式識別等方面都取得了重大的進展;它在安全防范領域便成爲目標探測、出入管理、生物特征識別、安全檢查的有效技術手段。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，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。面像識別則是當前人們關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、圖像的預處理、特征的提取和圖像的解釋(識別)等技術環(huán)節(jié)和設備。其關鍵技術或難點在于實現(xiàn)系統(tǒng)能在一種略加控制的環(huán)境下，針對移動目標實時地運行，這些目標通過靜止攝像機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?shù)膱D像輸入方法和預處理技術，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)的方法基本上分爲統(tǒng)計方法和結構分析兩類，前者是以數(shù)學決策理論爲基礎，建立統(tǒng)計學的識別模型，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構關系。后者則主要是分析圖像的結構，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。

　　圖像識別技術的應用可分爲驗證和識別兩種方式。驗證的目的是把當事人的身份與正在發(fā)生的行爲聯(lián)系在一起，確認行爲的合法性，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行比對，來確定輸入圖像(目標)的身份，所以也稱爲是識別"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。但其應用的效果及在安全防范中的作用已被人們認識和肯定，是研究的重點課題，其主要方向是：

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

　　基于不同平臺(PC、服務器或多處理器、網(wǎng)絡的)的處理硬件，能提供系統(tǒng)所需的處理能力、運算速度、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視覺技術，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;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，明確進一步研究方向的最有效的方法。并在此基礎上建立科學、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，成爲全新概念的安防技術系統(tǒng)的核心技術。