第十二章 安防产品和技术的应用情况
第五节 安防视频监控技术的应用现状及趋势

  经过近30年的发展,安防行业增长方式的重点既是应用的普及和应用规模的扩展,更是系统目标的提升和应用的深化。在新的形势下,以新的视角分析和理解安防的新需求,应当成为当前安防人认识安防技术、安防市场、调整和提升安防产业结构的重要思维。

  在主要技术领域,现代视频监控系统的基本特征是“三化+高清”(即数字化、网络化、智能化加高清)。视频监控技术正处在一个新的发展时期,我们面对多种选择,需要正确的把握方向,理解技术后面深层次的东西,以实事求是的态度,因地制宜,积极地采用新技术。知识社会的核心特征是“创新”。持续的技术创新带给我们全新的时空观、信息观,促进社会结构、经济活动、信息传播、人际交流等发生前所未有的变化,面对这样的时代,观念创新显得尤为重要。

  一、以新的视角分析和理解安防的新需求

  需求是行业发展的原动力,这是市场经济的基本规律。但供方并不是被动地响应需方的要求,而是要主动地引导理性的需求,特别是激发潜在的需求,使市场需求能够保持正常、持续的增长,使行业保持正常、持续的发展。这就是“引导消费”和“满足消费”的差别。

  政府推动一直是安防行业发展的主要因素,但安防行业毕竟是市场经济的一部分,必须不断地拓展新的市场空间,激发潜在及深层的需求,使行业能够获得更多丰富的增长点,实现可持续发展。目前,我国经济各行各业都在进行“调转”,政府部门对安防技术的需求也从系统建设转向深化应用,刚性、增量式的需求明显减少了。这就要求安防行业必须加快“调转”的步子,并把扩展新的、潜在的、深层次的需求作为重要内容,适时地调整产业结构,顺利地转变增长方式。

  市场需求的分析、发掘,必须顺应安防走向公共安全领域,安防融入社会管理系统,安防技术与信息和其他自动化技术融合的大趋势;一定要以新一代信息技术为支撑。具体来讲,就是要以新的视角分析和理解安防的新需求。行业增长方式的变化将导致安防需求的变化,增长的重点既是应用的普及、应用领域的扩展(量的增加),更是系统目标的提升、应用的深化(质的提高);行业的增长重点从实现规模经济转向实现技术升级(调转的方向),从以制造为中心转向以服务为重点。安防行业调转的目标就是满足新的需求,满足新需求关键是加强技术创新和应用创新(后者更为重要)。新一代信息技术对安防的影响是深远、深刻的,是产生新需求的主要动因,也是满足新需求的技术支撑和环境。安防新需求主要有以下几个方面:

  (一)新产品、新技术

  安防是应用技术,但它具有十分鲜明的特点,在其发展的各个阶段,总会有独具特色的新技术和新产品出现,成为行业增长和技术升级的重点因素。如DVR(数字硬盘录像机)起初是专门针对金融系统安防监控开发的,很快就推广到整个安防领域,同时促进了安防行业规模经济的发展,造就了安防行业的一批骨干企业。再如宽动态摄像机、图像内容分析等都是专门针对安防应用的,现已成为行业的特色和专用产品。

  安防行业对新技术和新产品始终保持稳定、持续的需求,成为安防技术进步的重要推动力。可以预期,在安防技术变革的过程中,还将有一些新技术和新产品出现,如专用摄像机(帧率、图像格式、编码),用于ATM、柜员及其他特殊环境,新的图像存贮设备(CVR)用视频监控系统等。顺应信息技术的发展趋势,安防新技术的研发重点将从前端向后台、从产品向系统、从硬向软转变,如系统平台、大数据处理、云服务、智能应用等。这些新技术更突出安防应用的特点,满足安防的新需求,并促进安防走向更广阔领域。

  (二)IP化、智能化

  安防系统的IP化和智能化是系统建设的方向,也是与信息、自动化系统融合的要求,将会表现出巨大的市场需求。它不完全同于“三化”,三化的核心是数字化,它导致安防系统基本结构、核心技术和应用方式的改变(换代)。IP化、智能化则强调应用的深化,如(图像)信息的深化应用、数据挖掘、视频语义解释等。

  系统IP化有助于实现安防技术的融合,实现安防与其他信息技术的融合;方便构建传感网,实现物联网应用;建立DEPA结构,实现智能应用和集中存贮等。我们知道,IPC是双码流输出,具有一些图像内容分析功能,同时,它可以在线工作。此外,还可以为系统图像存贮提供更多的方式,如全时的存贮和由事件触发的存贮(记录高格式图像);可以成为前端传感网的核心(既是传感、处理,又是控制);可以与其他IPC互动。所以,IPC、特别是具有智能分析功能IPC,将会得到更广泛的应用;网络监控系统的优势会充分地表现于局域环境。

  市场对智能化产品一直有着强烈的需求,但限于技术的成熟性、功能及使用场所的局限性,处于取舍两难的局面。通过环境的改造和人的智慧参与可有效地提高智能产品的适用性,同时,智能化产品在新思维的带动下,将会取得一定的突破,也会促进需求的增长和应用的扩展。

  (三)系统联网

  联网是重要的需求,但它不是简单的组大网的概念,而是通过联网促进技术融合,促进安防融入社会管理系统,促进安防服务体系的建立和完善。

  许多行业通过联网,实现全辖管理,将分散、独立、单一的监控平台提升为系统、开放、多元的综合平台;实现对安全状态、行为的实时监控,对不安全状态、行为的及时纠正、改善和应急处置;实现变被动防范为主动监控,并把安全寓于管理的新理念。这个联网不仅是安防或视频监控的联网,还包括安防与其他社会管理系统的联网,视频与其他媒体的联网;也不是传统的集成的概念(实现功能的联动),而融合技术,实现信息(数据)的融合,进而实现大数据处理、数据的综合分析和深化挖掘。可以认为,这是真正的系统集成。

  通过联网,开展大数据应用,建立云系统等,处理共性的信息,进行数据挖掘,实现安全系统的预测(警)功能。大数据处理在安防系统还没有实质性的应用,主要是只注重于处理数据的量,没有认识到大数据的意义在于要处理所有的数据,通过共性信息的分析,挖掘出数据中包括的全部有价值的信息。目前,我们还只注意个性信息的处理。通过联网,可以逐步探索安防服务体系的架构和运行模式,因为一个社会服务系统必须依托一个开放和具有增值功能的平台。

  目前,系统联网基本是实现网络的互联、系统的互操作和数据的互通,还很少提出上述要求。但它是技术发展的趋势,是很有前景的潜在需求。

  (四)物联网应用

  通过传感、网络技术实现物与物、人与物的感知、互联、互动,进而实现人类社会与物理系统的整合,把人类社会用物质系统表达出来。于是,将人类社会的活动映射(不是拷贝)到虚拟世界,把现实世界与虚拟世界联系、结合在一起。这就是物联网的基本特征。

  物联网将技术与社会连接在一起的结构将产生一种新的技术经济结构(社会),对社会、经济活动产生巨大的影响,因此,将形成新的经济形态(产业),产出巨大的市场前景。物联网具备安防的全部要素,是最完善的安全体系。同时,为安全防范引入新理念,实现人与物、人与人、物与物的互联互动,进而达到“实时感知、准确辨识、快速响应、有效控制”,变被动防范为主动防范。可以说,安防行业是物联网应用的重要领域。

  物联网对安防的影响是深远的,“物联网思维”就是具体的表现。所谓“物联网思维”就是用物联网的概念去构建安防系统。我们知道,构成物联网的基本要素是感知(探测)、互联互动、融合技术、智能应用,组成物联网的基本单元是传感网,按这样的概念规划安防系统,就要求,首先建立安全域,并把构成安全域的全部元素(人、物、系统、环境及它们的状态)都抽象为“物”;其次,实现物与物的真实感知和互动,建立传输网络,实现物联网应用。物联网思维还包括通过互联网来整合和配置资源,实现物联网的按需服务,即资源可以在虚拟环境下,通过互联网际来配置和整合(互联网思维)。

  用物联网概念构建安防系统,在以下几个方面表现出强烈的需求:一是ATM监控系统,对人、卡、机的行为、状态进行感知、监控并实现互动;传感网以IPC或图像存贮单元为核心,结合其他传感手段组成。二是局域安防系统,对人、物、系统的位置、状态、行为的识别、监控及管理等。三是移动目标管理,对人、装备、车、环境的状态、位置、内容的识别、监控和管理。通过信息的综合分析,判断系统正常或异常并及时发出报警,如提款箱(运钞)系统,包括人、车、箱的身份认证、定位、监控及环境监控、无线通信等。

  (五)虚拟世界安防

  安防从现实世界走向虚拟世界是社会发展和技术进步的必然。信息安全本质上也是安防的重要组成,一直表现出巨大的市场需求,但它的防护目标主要是数据、信息、系统安全及网络的物理安全。随着各种电子交易、网上支付及金融系统网上业务(服务)的不断创新和推出,直接与财富(钱)相关的安防概念才突显出来。虚拟世界的安防成为亟待解决的问题。

  同时,金融信息化、安防信息化也将不断地产生虚拟世界的安全需求,并将现实世界的安防与虚拟世界安防融(结)合在一起。比如,物联网把现实世界的安防映射到虚拟世界,促使安防从现实世界走向虚拟世界,或将两者融合在一起。

  传统的信息安全在物理、链路安全上,与传统安防有共性的内容,而在数据、信息等方面与安防的防护目标不同。防入侵、防伪(变造)、身份认证、加密、系统安全审计等是采用的主要技术,安防系统也是如此。所以,它们将是安防与信息安全融合的出发点。随着虚拟世界经济活动的增长及社会服务系统(包括安防系统)信息化水平的提高,将会不断有新的课题提出来,成为安防领域最具增长潜力的空间。满足这个巨大的需求,是安防行业调转的重要方向和目标。目前,IT、电信行业十分重视,一部分有能力的安防企业也应有所布局。

  (六)服务

  经济增长点从制造转向服务是社会发展的重要特点,特别是信息产业将成为以服务为主要业态的行业。IBM、CISCO等大企业宣布退出制造业,就是发出的明确信号。安防定位于服务业已是业界的共识,但安防服务的产业形态、运行方式、价值与评价体系尚不清晰,认识也不一致,这是首先要解决的问题。

  传统安防服务业包括工程承包、系统运维、技术咨询、培训、业务外包等,主要是以劳务服务为主,技术附加值较低。现代安全服务业将主要以提供“知识”为主要服务方式,如何包装安防知识,并通过什么载体和渠道来承载、传递这些知识,安防服务型企业要如何加强能力和资源建设等。需要认真地研究和规划,可以借鉴信息服务的经验,但一定要有安防的特色。

  服务将成为安防行业新的增长点,如何把蛋糕做大,并与产业链结合是企业、管理部门应深入思考的问题。

  二、关于“高清”在视频监控系统中的应用问题

  现代视频监控系统的基本特征是“三化+高清”,已清晰地展现于各个应用领域,是业界的共识。但对高清监控系统真正的含义、作用和亟待解决的问题,尚有不同的理解和认识。“高清”在很多情况下,还是个模糊的概念。要更好地推进高清监控系统的应用,切实地解决一些关键技术,首先要求我们看清“高清”。

  高清是视频系统顺应电视技术发展趋势的必然,大家可能认为广播电视的高清化引起了监控系统的高清进程,其实不然,高分辨率一直是应用电视追求的目标,而且很早就有产品和应用。广播高清电视的发展只是加速了监控高清的推广和普及。

  (一)高清摄像机

  前面提到了广播电视和应用电视,它们是电视技术发展的两个轮子,一直采用基本相同的制式(标准),保持设备的通用性和互换性。广播电视强调图像的还原性和人的视觉效果——高清(晰度)的概念;而应用电视追求采集更丰富的信息(更多的图像细节)——高分辨率的概念。所以,应用电视一直把研究的重点放在图像采集设备(摄像机),在保持与广播电视相同制式的前提下,不断提高图像的(水平)分辨率,如早期摄像机分辨率只有300TVL左右,后来提高到450TVL左右,目前则可达600~700TVL左右。

  1.模拟高清

  模拟高清是指分辨率达700TVL的模拟摄像机,这是安防行业的称呼。典型的产品是“960H”摄像机,其摄像器件的水平像素达960点以上,因此,图像(水平)分辨率可达720TVL,但它采用标清电视制式,本质上仍属标准摄像机,所以它与传统的视频监控系统可以无缝连接。其视频带宽高出通常摄像机2MHz左右,目前的各种视频设备(视频矩阵,分配器、传输设备等)均有冗余,所以,在现行监控系统中,采用或增加960H摄像机不存在任何问题,就像将20多万像素摄像机更换为40多万像素摄像机一样。只是在存贮图像时,要采用960×576格式。

  2.数字高清

  高清晰度电视(高清是借用广播电视的概念)是相对于“标清”而言。标清是指在高清电视没有形成标准之前的现行电视标准(625扫描)所规定的清晰度。

  高清电视的定义要求:一是图像分辨率比之标清电视在水平、垂直两方向上均加倍,而模拟高清仅在水平方向上提高了分辨率;二是图像宽幅型比为16∶9,并采用大尺寸屏幕显示,说明高清电视注重图像的观看效果;三是图像基带信号要亮、色分离,标清电视通过频谱交错技术,将亮、色信号复合在一起,因此,两者之间存在一定的串扰,高清电视要求两者分离就是要消除这个干扰,提高图像质量;四是伴音要采用PCM编码。

  显然,实现这些要求,必须建立一个全新的电视制式(主要是扫描方式),与标清电视不再兼容,基本设备不可互换。目前,高清电视主要有两种扫描方式:720线和1080线;还有逐行、隔行扫描之分。通常业界将720(或720P)称为“准高清”,将1080(或1080P)方式称为“全高清”。由于高清图像的高数据率,在传输过程中要采用数字压缩技术,因此,高清电视系统是数字图像系统,高清摄像机的输出是数字编码信号,其实早期高清电视是模拟方式的。应用电视还有一些特殊的扫描方式,如线扫、扇扫、圆扫等,主要为了更方便的成像,显示时都要变换为标准的扫描方式。

  3.大像素摄像机

  专用大像素摄像机在视频监控系统的应用很多。它们的摄像器件像素数通常是200万、500万甚至更高,因此,可以得到很高的图像分辨率(水平、垂直)。这些摄像机可以输出专门的(不同于上述两种制式)图像信号,如VGA,图像格式由像素量决定。如同网上数据视频一样,也可以输出标清视频信号,同通用摄像机一样,但在电子变焦(拍摄局部图像)时,仍具有很高的分辨率。目前是主流机型,它们仍是标准电视制式设备,与之保持完全的互换性。有些大像素摄像机的图像帧率较低(达不到25帧/秒),不便于观察实时的运动图像,属数码相机的范畴。

  (二)高清监控系统

  以上论述主要是针对图像格式及摄像机,它们是构成电视制式(标准)的核心内容,是对高清的基本定义和理解。高清图像的应用则涉及摄像、传输、存贮、变换、显示及系统控制等各个环节,即高清电视系统。

  高清监控系统,是指采用高清图像格式或以高清摄像机为图像采集设备的监控系统。系统的目标当然是把摄像机产生的图像能高保真地显示或存贮。这就要求系统的传、存、显及变换都要与摄像部分(高清)相配套,忽略了任何一个环节,都可能使摄像机产生的高清图像不能真实地表现出来,系统也就算不上高清监控系统。

  1.高清的价值

  推广高清监控系统,首先要明确高清图像在哪些方面能表现出它的优势。显然,在观察局部图像和希望获得图像细节信息时,高清图像的价值才能体现出来。如将局部图像全屏显示时,图像仍具有很高分辨率,并不出现马赛克现象。又如电子警察或道路卡口系统在进行号牌识别时,号牌占有足够的像素才能得到较高识别率。再如,进行图像个体识别时、高分辨率(像素)图像也是提高识别率的重要因素。

  在通常的实时监控环境下(观看距离、动态图像),高清图像与标清图像的主观效果差别不大,这是由人的视觉特性决定的。在进行图像内容分析时,首先将目标从背景中分离出来,再进行行为分析,对图像帧率稳定性(时间分辨能力)要求较高,而对图像(空间)分辨率要求并不高。因此,高清摄像机选用或高清系统的建立要具体问题具体分析,因地而宜,不要简单地从概念出发,一刀切。

  综上所述,获得高分辨率的图像是监控系统的追求,各种高清摄像机就是为满足这种需求而产生,可以提高图像细节的分辨和目标的识别能力,但高清摄像机并不能从根本上解决监控系统看不清的问题。

  2.存在的问题

  目前,高清监控系统的应用还受到环境、资源和通用性等方面的限制。高清视频监控系统还没有形成统一的标准(制式),系统中摄像、传输、录像、显示等设备还没有形成完整的配套,各厂家的设备缺少互换性和通用性。

  在标准方面,强调制订统一的标准,就引出一个问题,即高清监控系统是否还与广播电视保持基本相同的制式。我们知道,应用电视一直采用与广播电视基本相同的制式,保持基本设备的通用和互换性,在传输、记录、显示、编辑方面基本采用广播电视的设备,而把专用摄像机作为自己研发的重点。视频监控技术在数字化过程中,产生了许多独具特色的设备,如数字存贮设备和上面提到的摄像机,好像要与广播电视分道扬镳,于是产生了高清监控系统是否继续坚持原有选择的疑问。其实,毋庸置疑,在高清时代应用电视仍将与广播电视保持基本相同的制式。作为电视技术的两大应用,它们具有共同的技术基础,广播电视巨大的市场需求使其在许多基本设备方面(显示、变换)可以保持较低的价格,成为应用电视最经济的选择。所以,保持这种关系既符合技术规律,也符合市场规律。

  在集成方面,高清与标清系统的集成也是要解决的重要问题。不能简单地成为两个独立的系统,以保证高清系统的高质量图像和高分辨率。视频监控系统必须对系统中各种信号源(不同图像格式)的图像进行组合显示、记录和编辑等处理。图像显示是高清监控系统中最有特色的部分,与传统监控系统有很大差别。模拟监控系统中图像信号为统一的视频(VIDEO)方式,图像的显示采用矩阵切换输出的方式,既“矩阵上墙”方式。数字(网络)监控系统中图像信号是不同编码格式的数字流信号,必须经过解码,还原成图像基带信号才能显示在电视墙上,因此,通过网络交换来实现信号切换,再由解码器将数字图像信号还原为图像基带信号,再由矩阵切换送至显示设备,这就是“解码上墙”。解码上墙要比矩阵上墙复杂得多。高清监控系统中,图像可能是不同制式(高清、标清)、不同格式。必须进行制式、格式的变换(高清图像下变换、标准图像上变换),将它们变换为相同的图像格式,才能通过矩阵或图像组合设备进行显示。采用大屏幕显示的系统是必须进行的处理,这就是“组合上墙”。组合上墙是各种显示方式中技术最复杂的方式。目前,很少见到将标清信号上变换的系统,大多系统在图像显示时,都是将高清图像信号解码成标清格式(下变换),将高清摄像机的图像质量打了折扣。

  (三)技术路线

  图像信号传输是实现高清监控系统应用的关键,取决于高清图像大数据率对宽带资源的需求。有两个途径来解决这个问题,一是提高传输介质的能力(传输数据率或带宽),二是通过数字压缩技术来降低图像信号的数据率。

  数字化(高清)视频监控的实现主要有两种途径:

  1.HDCCTV

  HDCCTV由广播电视系统SDI方式发展而来,从系统结构上看,它是传统监控模式的延伸,核心的特征是闭路的结构和传输介质的专用性。它对摄像机输出的视频流不分包、不压缩,所以,传送图像不失真、不抖动、实时性好,为系统的图像智能分析提供最佳的图像。这样的结构利于系统从标清到高清,从模拟到数字平滑的转换,或构成标/高清、模/数混合系统。平滑转换并不意味着完全兼容,所谓“插上就用”是不对的,认为它与模拟视频是完全相同的观点也是错误的。系统中采用的同轴电缆或BNC连接器与模拟CCTV系统中的产品在性能上完全不同。

  SDI系统的数据流不是通常的视频压缩编码信号,而是将并行的视频分量信号转换为串行顺序制信号的数字流,因其不作压缩处理,故数据率很高。通常SDI是270M系统,而HD-SDI是15G或3G系统。因此,传输距离受到很大的限制,但随着光通信技术的进步和应用,这一点会得到明显的改善,HDCCTV方式的应用范围也将不断扩展。

  2.网络视频

  网络视频,利用网络平台的数字视频系统,其特点是开放、系统可自主生成、便于系统的扩展和升级。目前,基于网络传输的视频监控系统已有了大量的应用,但与模拟视频监控系统相比,在图像质量上还没有表现出优势。通常认为图像质量的主要指标是图像格式(分辨率)和延时,其实抖动是一个更严重的问题。网络视频系统产生图像延时有多种原因,如编/解码、数据分包等,也包括摄像机本身的图像处理(宽动态、图像积累等),但这些因素不会引起图像的抖动。所谓抖动是指图像帧率的波动,主要由网络环境决定,如网络带宽的变化和各种干扰。网络视频监控系统一般没有前向纠错功能,图像传输受网络环境的影响,会产生较大的图像抖动,如出现错码和丢包时,需要进行数据重发。这种图像帧率的不稳定对图像内容分析的影响很大,是今后网络视频系统要注意解决的问题。

  从媒体的宣传看,网络视频的呼声似乎很高,但网络视频目前主要应用于视频监控系统的组网,重点还放在解决网络间的互联,系统间的互操作和数据间的互通(解码)等方面,对实现高清图像的传输并没提出更好的方案。

  最近有关HDCCTV的声音才逐渐多起来,主要是由于其在技术成熟性和图像质量方面的优势,但是受传输带宽的限制,应用范围上有一定限度。

  目前有所谓三大标准(HDCCTV、ONVIF、PSIA)之争,实际上就是上面的两种选择,有人认为网络视频是最终的解决方案,HDCCTV是其完善前的过渡。其实,两者各有长处,具有互补性,在相使当长的时间内,会共同存在,并各有自己的市场。

  高清技术的出现导致监控系统功能、性能的提高,也使人们监控系统期望的提高。我们要积极采用新技术,但也要看到,新技术的完善需要一个过程,能力也有限度,可能会受环境的限制,因此在进行选择时首先要对它有全面正确的认识,看清“高清”的本质。

  三、关于安防视频监控技术的发展与系统设计问题

  信息技术经过了计算机、互联网时代,进入物联网、大数据、云计算应用及体感交互技术突破的阶段,生动地展现了技术融合、产品软化、开放与服务的特点和发展趋势。产生了人的智慧参与、可持续创新;面向服务的顶层设计等新理念;清晰地呈现了新一代信息技术的基本特征,成为知识社会的基本象征。

  悄然兴起的新工业革命以新一代信息技术为引擎,基本标志是现代制造业和现代服务业,而信息服务是现代服务业的基础平台和技术核心。

  新技术对社会、经济发展的影响分两个层面:一是物质层面的,产品、技术的应用改变生产、工作方式,提高效率;二是精神层面的,改变人们生活、思维方式和基本观念。没有哪种技术能像信息技术对社会的影响这样深刻。它不仅改变工作、生活方式,提高效率;而且产生了新的时空观、信息观和价值观,促进了社会、经济结构的变革。因此,它也必然影响和冲击各种社会管理系统,成为当前各行各业(如安防行业)在进行行业发展规划、调整行业结构和转变发展方式时,所依托的大背景和技术支撑。

  (一)信息(技术)系统的发展趋势

  信息技术特别是应用系统的发展趋势主要表现在以下几个方面:

  1.技术融合是科技发展的大趋势

  在信息技术这个箭头的带动下,许多不同专业都在向着一个目标发展,许多学科和技术走上异途同归的路。多种技术可能在一个共同的关键点上实现突破,如现代信息技术就是计算机技术、通信技术和电视技术融合的产物,三网合一是典型的应用实例;图像压缩是HDTV、多媒体、大容量通信共同研究、解决的关键技术和突破点。所以,视频监控技术与相关技术的融合是必然的趋势。但融合是共同发展,不是消融,各专业技术通过融合,提升到一个新的层次,开拓新的应用领域,同时,仍将保持各自的特点和方向,不断地创新和进步。

  安防技术将与信息技术融合,与公共安全、社会管理等开放式服务系统、信息安全、智能建筑等融为一体,成为这些技术体系中本源的部分,并使安防从现实世界逐步走向虚拟世界;同时,安防技术本身也在实现融合,融合的核心就是数字视频技术。

  技术融合为应用系统融合技术创造了条件。在应用领域,系统开放性、信息综合分析、资源共享、多功能集成等都要通过融合技术来实现。

  2.产品软化

  产品软化是应用技术发展的趋势,表现为应用系统将从以硬件为核心向以软件为核心转变(产品软化),从“专业化的产品”逐步转变为“通用化产品来实现专业化服务”。这一过程中“中间件”扮演了重要的角色。智能建筑、特征识别技术是典型实例,各种信息系统的增值服务也是基于此。

  中间件(middleware)的基本概念可直观地理解为:位于平台(硬件和操作系统)和应用之间的通用服务;是承上启下的应用支撑平台,解决系统间的互操作、数据交换以及相关的分布性、可靠性、安全性等问题;实现各类信息资源之间的关联、整合、协同、互动和按需服务。

  RFID、物联网产业化是国家正在大力推动的重大项目,中间件技术起着关键的作用。

  安全防范、视频监控系统也在向这个方向发展。目前,市场上的监控管理软件、监控系统平台、软接警平台及应用服务器都属于中间件产品。

  3.开放与服务是社会管理、信息服务业的发展趋势

  移动通信、云及物联网应用等表明信息产业的增长点已从制造向服务转移(也是新一代信息技术的发展趋势)。所谓“开放”,是指应用系统要能实现硬件兼容和软件开源,可以最大限度地配置和整合资源并通过融合技术成为面向服务的技术支撑平台。而“服务”,是指应用系统可通过资源的调配、人的智慧参与具有自我成长和增值服务功能。

  我们知道,公共服务领域(包括政府的部分职能)进行服务外包是重要改革方向,将部分服务委托给专业部门,或由社会公共资源来承担。因此,要求社会服务系统具有开放性和服务性。实现上述趋势,软件起到重要的作用,然而,软件是我国安防行业最薄弱,又是技术附加值最高的部分。顺应趋势,促进行业结构调整,改变“重硬轻软”和“硬强软弱”的状况。完善行业产业链,是行业深化改革的当务之急。同时,电信、IT企业会顺势而为,进入公共安全(安防)服务领域。

  (二)顶层设计

  服务成为信息产业的增长点,意味着信息系统建设进入了服务商(集成商、运营商)主导的时代。服务商提供的“服务”是以软件为主的软性产品,核心是“设计”,又称“解决方案”。由此,产生了以服务为目标的现代设计(理念)——顶层设计。

  1.传统设计及特点

  传统设计是以功能为目标,从下而上的设备集成,典型是模拟视频监控系统的设计,从选择前端设备(摄像机及外围)到确定传输方式(铜、光介质),最后选择中心设备(矩阵、存贮、显示等)。系统集成通过设备间的连接来实现,前端设备的控制为系统功能的重点。设计目标是实现用户的功能要求,如监控点的覆盖、系统的控制功能、联动功能和存贮能力等。

  数字视频监控系统也可以采用这样的设计方法。这样设计的系统显然不具有开放性,也不具扩展性,因而也不具备增值功能。

  2.现代设计及特点

  现代设计是以服务为目标,进行系统架构(平台)的设计。通过融合技术、软件集成,实现资源的配置(整合);提供工具、手段,开展信息的深化应用,实现按需服务。

  现代设计显然是从上而下的,因此称为“顶层设计”;系统一定是开放的,通过硬件的兼容和软件的开源,保证充分的资源配置和整合,包括新建的、原有的和其他系统的资源;系统必然是可增值的,通过融合技术、提供工具、实现人的智慧参与,实现信息的深入挖掘和深化应用,实现系统的自我成长和可持续创新,成为服务和支撑业务活动的平台。

  现代设计提出了“可持续创新”的概念,表明创新已由精英创新、技术创新逐渐进入大众创新、应用创新的时代。新一代信息系统则是实现上述创新的平台。

  顶层设计的主要内容是“系统解决方案”或“系统平台架构”。视频监控系统平台具体、生动地展示了传统与现代设计的特点。

  3.传统视频监控平台

  传统视频监控平台依托的基础技术环境是集总式、模拟视频系统。信息全部集中于平台的核心设备(矩阵),由于各种视频设备采用统一的视频(VIDEO)接口,保证了系统设备的互换性和一定的开放性。平台的核心是硬件,典型设备是视频矩阵,中小系统也可以是DVR或时序开关等。

  传统视频监控平台可以实现的功能是:

  (1)设备管理。在整体架构内,通过设备登录、删除的操作来自主成应用子系统;通过设备管理配置各分控中心的资源、权限等。

  (2)图像(信息)管理。主要是通过图像信息的分配、切换来实现图像显示(上电视墙)、存贮和外送等管理。传统视频系统的图像显示方式基本是矩阵切换上墙,辅以多画面的方式,因此,矩阵的固定、成组、时序的切换方式就是系统显示的基本方式;存贮则以DVR等视频存贮设备为主;附加信息(时间、地点、状态、报警等)的叠加是图像管理的内容之一,附加信息主要由矩阵生成。

  (3)系统控制与遥控。包括上述管理功能的操作、前端设备的(PTZ)控制、预置功能的编程和调用等。这些功能主要由视频矩阵或DVR等设备完成。

  (4)系统集成。通过硬件设备间的连接,实现视频监控与出入口管理、入侵探测等其他系统的集成,集成(连接)以视频(矩阵)为核心,基本功能是图像与其他系统的联动(图像的自动切换),这是典型的硬件集成方式。GUI(图形化用户界面)是系统集成的重要软件,它主要的功能是构成一个统一的操作界面、采用PC机(与矩阵连接)实现图形化的人机交互界面,把各子系统的操作(管理、控制)集为一体。

  (5)安全性。因系统是专用、封闭的,安全性主要是口令、权限设置及视频丢失探测等。

  综上所述,传统视频监控平台是以专用设备为核心,集成是硬件的连接,因此,系统开放性差,是传统设计理念的典型示例,目标是充分表现设备的功能。

  4.现代(数字)视频监控平台

  现代视频监控系统的基础技术环境是通用设备(服务器、交换机等)构成的分布式网络系统。它通过软件实现网络的互联、互操作及各子系统的集成,通过中间件实现硬件的兼容和软件的接口,因此,系统是充分开放的。由于软件(中间件)的核心作用,产生了软平台的概念。

  系统可实现的基本功能是:

  (1)设备管理。包括全部(有IP的)设备的搜索;登录(注册)、删除,批量导入/导出。实现系统的自主生成,为各种应用配置和整合资源。

  (2)网络管理。包括网络互联、图像信息管理(交换)及网络状态监控。通过TCP/IP和开放SDK实现系统间的互联;利用网络环境的交换功能,实现图像信息的切换、推/拉等;进行流量控制、网络带宽控制及状态监控等,保证系统正常的运行。

  (3)图像信息的深化应用。通过数据流(元数据)结构、图像结构、媒体结构的分析、识别,实现图像信息的互通(解);建立分布式增强处理架构(DEPA)、配置各种图像探测、内容分析及数据处理工具,实现系统的智能应用和数据的深入挖掘、处理。

  (4)系统控制与遥控。包括上述功能、前端设备(PTZ)控制、预置功能编程和调用的操作及实现互联系统间的互操作。

  (5)信息存贮。IPSAN将成为图像信息存贮的主流方式,辅以NVR、DVR等。

  (6)图像显示。与传统系统有很大差别,通常,视频矩阵切换输出的是同一制式(格式)的图像信号(视频VIDEO),而网络视频系统解码器输出的图像信号可能是不同的制式(高、标清)、格式。因而,不能简单的解码上墙(像矩阵上墙一样)。特别是图像的组合,必须进行制式、格式变换才能实现。

  (7)系统集成。实现图像与其他系统的功能联动;通过融合技术,实现不同系统、不同媒体间信息的综合分析和应用。显然,集成是由软件来完成。

  (8)安全性。网络安全是重要内容,在网络环境中统一规划,还包括身份认证、加密、VPN建立等。最近提出了“可信图像源”概念,通过对图像源、系统设备、用户的身份认证来保证图像信息不被非法修改、删除和使用。

  可以看到,现代监控平台是以软件为核心,具有充分的开放性,可通过配置、整合资源为业务(管理)工作提供按需服务。设计的目标是面向服务的,追求更高的技术附加值。

  现代视频监控系统充分表现了新一代信息系统的特征,是顶层设计的典范。

  (三)视频监控系统设计

  视频监控技术受到两方面的压力,一是,视频监控的作用和功能被认可,成为社会公共事务管理领域的刚性需求;二是,系统的许多问题与不足,没有得到很好的解决,实际效果与人们期望差距较大。

  同时,在技术变革的时代,经典向现代转变的进程中,新技术、新产品不断涌现,为我们提供了更多的选择,也提高了人们的期望(解决现行问题)。但新技术的成熟性、配套性并未得到充分的验证,实际效果与期望还有差距。因此,人们感到纠结,在选择时,会举棋不定、犹豫不决。解开纠结,就要加强顶层设计,实现系统结构创新;对纷繁的新技术进行合理、正确的选择。

  1.加强顶层设计

  全面规划监控系统的结构、功能、技术指标和技术构成,调整系统目标、功能(比之传统系统)。这是需求多样性的要求,视频监控系统的应用环境变了,系统规模、防护目标、系统功能都与传统系统不同。简单地把传统系统放大已不能满足不断增长的、多样化的需求。

  多级平台的联网系统与中控、分控模式的传统系统在结构上完全不同,各级平台的设计目标、图像质量要求、事件反应方式及资源配置差别很大,需要通过总体规划(顶层设计)来明确和区分。

  要加强平台设计,顺应信息技术的发展趋势,构建开放性的服务平台,使系统具有自我成长和增值功能,成为服务和支持城市管理的工具和手段,成为城市发展的创新引擎。

  2.正确地选择技术

  准确理解新技术、新产品的实质,了解它们可实现的功能、可达到的限值及经济性、成熟性,掌握它们实现的途径和适用的环境。充分认识到需求的多样性,技术的多样性、不成熟性、配套性差等都增加了选择的难度。不像模拟系统,一个视频接口基本解决了一切。因此,依据顶层设计的总体规划,要因地、因事、因环境制宜,不从概念出发,正确、合理地选择适用可行的技术。可以说,好设计就是正确、合理选择的结果。

  选择主要包括:选择系统架构(技术实现途径);选择标准(协议、接口);选择产品、技术和应用环境,如系统架构、网络结构、网络视频/CCTV/SDI及介质(光/同轴)都是系统设计首先要做出的选择;然后确定信源的图像格式、压缩编码方式、传输控制协议(ONVIF/GB28181),并开发系统软件;在前端设备选择时,要确定模拟/数字、标清/高清等基本制式、图像格式和主要技术指标;智能应用产品在确定功能的同时,要选择合适的应用环境,或根据环境条件,选择适用的产品。

  3.具体设计要注意的问题

  建立监控区的概念,要通过多个摄像机的合理布局、不同机型的组合形成有效覆盖的监控区。“有效覆盖”不是摄像机视场的无缝拼接,而是通过摄像机的组合,保证在监控区内,目标和事件的捕捉率达到规定的概率,或可以获得监控目标一定数量的图像。

  采用智能IPC,结合其他探测手段,构成传感网,并采用DEPA结构,实现智能应用。

  要加强实时监控,是视频监控的基本功能,是发现稍纵即逝的事件和实现快速响应的最佳方式。智能化程度再高也不会被完全取代。目前,许多系统弱化了这一功能,所以要改善监控位设计,建立较好的观看环境,保证系统具有监控适当数量图像的能力。防止系统越大越不看,也看不了的现象。

  建立报警提示的功能,利用合适的探测手段,特别是图像探测技术,发现不正常行为,形成报警触发机制,智能化要有助于提高实时监控的效率,提高系统捕捉事件、事态的能力。

  以事件为线索进行图像存贮,改变分散、独立地存贮图像的方式。改进系统的结构,使之具有自主生成局域的或以事件为中心的子系统,进行独立的管理和操作;实现按事件记录图像(看与录一致)和以事件为特征进行图像检索。

  视频监控技术正处在大变革的时期,我们面对多种选择,需要正确地把握方向,理解技术后面深层次的东西。既要跟上技术的潮流,又要做到不跟风,不盲从。以实事求是的态度,因地制宜,积极地采用新技术,但也不产生过高的期望;媒体及各种技术活动要传播全面、完整、准确的信息,不能形成舆论强制,我们也要善于倾听各种声音。知识社会的核心特征是“创新”,持续的技术创新带给我们新的时空观、信息观,促进社会结构、经济活动、信息传播、人际交流等发生前所未有的变化,面对这样的时代,观念创新显得尤为重要。

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