网络视频监控技术发展现状与展望
刘伟琪
摘要：网络技术、计算机技术及信息化技术不断发展，为很多行业带来了新的动力，安防行业也不例外。视频监控技术在安防行业中扮演了重要的角色。正是在上述技术的支持下，使得视频监控愈来愈成熟。加之图像压缩解码及流媒体技术的逐步演变、处理器能力的大幅度提升，使网络视频监控得以实现。与传统视频监控相比，网络视频技术具有更高的灵活性、可扩展性，并具有更低的成本，所以倍受推崇。基于此，文章对网络视频监控技术发展现状进行了综合性阐述，详细分析了网络视频监控技术当中的核心技术，以供参考。
关键词：网络视频；监控；发展
1网络视频监控技术概述
网络视频监控技术的主要用途是用来实时监控，主要是通过网络视频监控系统来实现。网络视频监控系统由3个部分构成，分别为前端监控设备、监控中心及即监控工作站。前端监控设备是监控过程中的基础设备，包括摄像头、麦克风、网络视频编码器等；监控中心则包括服务器软件、监控墙及流媒体服务器等；监控工作站多以客户端形式存在。用户安装客户端后便可获取合法权限登录并使用系统。网络监控系统具体工作流程如下：先由前端设备摄入图像或声音，如摄像头可采集图像信息，麦克风可采集声音信号。然后，在视频服务器的作用下对信号进行数模转换，并通过压缩技术对这些信息进行数字化处理。信号处理完成后将处理后的视频在网上发布。最后，由中央控制室将整个监控系统接入局域网当中，以实现监控系统的管理及录像。此外，还可利用解码器将视频数据发送到显示器上，从而实现网络视频实时监控。
2网络视频监控核心技术分析
2.1成像技术
在网络视频监控系统中，成像技术占据了核心地位。以往网络视频监控主要是通过电视频录制及摄像照相技术实现监控。如今数字视频采集技术已经成为网络视频监控的主流，并朝着高清、日夜两用方向不断完善。除了传统光学成像技术外，近年来，红外热成像技术也愈来愈受到推崇，在部分场景下，该技术较普通成像技术具有极大的优势。自然界中，任何物体都会辐射出不同波长的红外线。通过相关设备对监控目标与背景之间的红外波长进行测定，并通过光电转换、信号处理等手段，获得红外图像。在防火监控中，红外成像技术具有明显优势。很多火灾往往是由不明显的隐火所造成的，采取普通监控方法，可能无法监测到这些隐性火灾苗头，但采用红外热成像仪可迅速捕捉到这些隐火，从而提早预防。另外，红外热成像技术可在夜间及恶劣气候条件下有效监控目标。例如，北京和普威视光电技术有限公司研发的HP-TC系列变焦远距离热成像摄像机产品便具有良好的性能。该产品是基于最新的非制冷红外技术和连续变焦红外光学技术开发的远距离热成像摄像机。采用高灵敏度640x480分辨率的非制冷型焦平面成像探测器，先进数字电路和图像处理算法可提供细腻平滑的图像。特殊设计的2～5倍光学连续变焦的红外镜头，可实现1～10km作用距离，兼顾搜索与观察双重应用需求。
2.2硬件芯片技术
传统监控摄像机的图像传感器主要以CCD（Charge-Coupled Device）为主。然而，随着CMOs（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor）的不断成熟，其逐渐替代了CCD。相对于CCD而言，CMOS图像传感器具有集成度高、成本低的特点，并且在相关技术水平不断提升的过程中，其成像质量己不输于CCD。由于CMOS当中集成了许多外围处理功能，所以其所需器件较CCD更少，具有明显的功耗优势。在信息读取方面，CCD要在同步信号控制下一位一位地实施转以后才能读取，在电荷信息转移及读取输出过程中，需要多种电路组合与电源配合，整个电路较为复杂。CMOS则通过光电转换后可直接产生电流信号，信号读取较为简单。大多数CCD需要3组电源供电，能耗较高。CMOs仅需1个电源供电，其整体能耗仅为CCD的1/8左右。CCD由于技术起步早，技术成熟度高，它通过PN结或二氧化硅隔离层将噪声隔离，可获得品质较高的图像。CMOS由于集成度较高，各元件、电路之间的距离较近，彼此之间会形成相互干扰，早期由于技术不成熟，图像质量受噪声影响较大。但CMOs经过多年发展，基本上已经克服了上述问题，其整体成像质量己达到了较高水准。
除图像传感器外，SOC（System on Chip）在网络视频监控中也扮演了重要的角色。例如三星、高通、德州仪器、海思等品牌的SOC都具有较好的性能，其特点也各不相同，包括低功耗、高性能、高视频压缩量、高压缩比等。SOC的不断成熟使得监控摄像机的集成度愈来愈高，能够同时完成编码、智能分析、图像信号等任务，且功耗较为理想。
2.3视频编解码技术
对于网络监控系统而言，由前端设备所获取的原始视频数据并不适合网络传输及存储，这就需要通过视频编解码技术，对原始视频数据进行压缩、处理。目前主流的编解码技术包括MPEG-4，H.265，SVAC等技术，具体如下：（1）MPEG-4标准是基于对象和内容的编码方式，它只对图像帧与帧之间的差异元素进行处理，撇除了相同图像元素，大幅度降低了合成多媒体文件体积，所以在较小的容量下也可得到清晰的还原图像，即具有更高的压缩比。（2）H.265。随着网络视频监控系统摄像头像素的不断提升，给数据存储带来了一定压力。H.265标准的出现则有效解决了高清摄像的存储问题。H.265是以H.264为基础的改良型技术。通过新技术的使用，可让编码质量、码流、延时及算法复杂度之间的关系得到全面改善，以达到优化效果。在传输720P视频时，H.265可保持1～2Mbps的速度进行传输。另外，H.265可支持4K视频，甚至是8K视频，性能十分强大。（3）SVAC。该技术标准是由中星微电子与公安部第一研究所共同建立的一套技术标准。SVAC在高精度视频、高动态场景中可提供更多的图像细节，有效控制了编解码环节所造成的图像信息损失。同时，SVAC支持感兴趣区域变质量编码，即便是在网络带宽存储空间有限的情况下，也可获得较高质量的视频编码。另外，SVAC支持监控专业信息，并支持加密认证，进一步提升了监控数据的保密性、真实性及完整性。
2.4视频智能分析技术
视频智能分析技术的出现及不断成熟，让网络视频监控系统在功能性方面达到了一个新的层次。利用智能视频分析技术，可实现高级视频移侦测。在复杂环境或天气下，可对单个物体或多个物体的运动情况进行精确视频及侦测。当侦测到移动物体后，便可根据物体的实际运动状况，自动发送PTZ控制质量，让摄像机自动跟踪物体。若物体超出摄像机监控范围后，系统会通知物体所在区域的摄像机继续对其进行追踪。同时，利用视频智能分析技术可实现人脸识别、测量识别及交通流量控制，为相关领域提供了有力的技术支持。
3网络视频监控技术发展历程
网络视频监控技术发展至今一共经历了4个阶段：（1）近距离监控。在视频监控发初期，主要是采用视频同轴电缆将视频图像由前端监控点导入监控中心，再在显示设备上播放。在监控点数量增加的情况下，视频显示设备及录像设备也会大幅度上升，大幅增加了建设成本及管理难度。视频矩阵技术的引入则有效解决了上述问题，让大量视频图像可切换显示，分配共享。模拟视频只适用于近距离传输，无法实现远距离大容量视频传输，且不能做到多中心多级联网，限制了其应用范围。（2）联网监控。20世纪90年代中叶，光端机的出现让视频图像远距离传输问题得到了解决。借助数字光端机，并通过复用技术进行传输，不但提升了视频传输质量、容量，也让传输业务类型得到了丰富。同时，在RS232/422的作用下实现了联网视频监控。但由于RS232/422数据传输速率较低，且节点无法任意编号，也无法进行远程管理，让联网视频监控规模受到了一定制约。（3）IP网络监控。网络虚拟矩阵的不断成熟也标志着网络视频监控技术进入了IP网络监控时代。网络虚拟矩阵以IP网络作为媒介，以TCP/IP协议，借助网络视频编解码器、网络交换机、路由器、网络视频存储设备、网络视频管理平台所构建的网络监控平台，可实现全网视频统一管理，并可进行灵活的后台操作。（4）光纤网络监控。利用数字技术可对模拟视频进行数字化编码，但并不需要视频压缩。经过数字化处理的视频信号可通过光纤网络进行传输，即可实现前端一体化、传输网络化、处理数字化、系统集成化。
4网络视频监控技术未来展望
智能化是未来网络视频监控技术的重要发展方向。同时，在网络视频监控技术发展过程中，还要注重自主知识产权保护，这样才能让相关企业在市场上获得真正的技术地位。国家相关部门也应该对安防、视频监控等行业等给予政策扶持，以创造出良好的行业发展氛围，促使其健康发展。
