关于智能视频监控系统关键技术的研究
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摘要：智能视频监控系统则是视频监控系统的未来。智能视频分析技术是智能视频监控系统的关键技术。近年来，视频监控系统得到了广泛的应用，在社会生活中扮演着越来越重要的角色。视频监控系统的发展大体经历了本地模拟视频监控系统、基于电脑的视频监控系统、基于嵌入式视频服务器的网络视频监控系统以及本文中要研究和讨论的智能视频监控系统四个阶段。在智能视频监控系统中，包含着五种关键技术，分别是：数字视频压缩技术、数字视频网络传输技术、高效大容量的视频存储和检索技术、监控场景中运动检测与告警信息处理技术以及监控场景中物体识别与跟踪技术。
关键词：智能视频监控；智能视频分析；数字视频压缩；数字视频传输；存储；检索
1.前言
在社会信息化日益发展的今天，信息技术、网络技术、通信技术以及多媒体技术已经渗透到人类生活的各个领域中，视频监控以其直观、方便和内容丰富等特点，日益受到人们的青睐。视频监控是多媒体、计算机网络、工业控制和人工智能等多种技术的综合运用，目前正从传统的安防监控朝着音视频的数字化、系统的网络化和管理的智能化方向发展。近年来，视频监控系统得到了广泛的应用。从功能上讲，视频监控系统可用于安全防范、信息获取和指挥调度等方面，可以提供生产流程控制、大型公共设施的安防、医疗监护、远程教育等多种服务。从应用领域上看，视频监控系统在各行各业都得到了应用，例如军事领域的基地安防、公安侦破、监狱法庭监管等，档案室、文件室、博物馆、金融等机要部门的监视、控制和报警；交通领域的高速公路收费管理、交通违章和流量监控、车辆牌照管理和公路桥梁铁路机场等场所的远程图像监控；电信领域的交换机房、无线机房、动力机房等的远程监控；电力的领域变电站、电厂等的远程无人值守监控；社区物业管理中的住宅小区、办公室安全防范、智能大厦、停车场的无人监控等。
经过十多年得发展，智能视频监控技术在组网结构，视频信息压缩与存储、视频流的传输以及人机界面上都已经比较成熟，但总体而言，智能视频监控技术还远远达不到完美。今后，在以下几个方面值得探索和研究：
采用新的视频图像编码标准提高视频图像的质量以利于视频观看以及图像检测。
提高视频流的压缩与传输的速度，以增强视频监控的实时性。
视频检测技术，包括从监控摄像机所捕捉的序列图像中检测。
2.智能视频监控系统的关键技术研究
在智能视频监控系统中，包含着以下五种关键技术：数字视频压缩技术、数字视频网络传输技术、高效大容量的视频数据存储和检索技术、监控场景中运动检测与告警信息处理技术以及监控场景中物体识别与跟踪技术，下面分别介绍。
2.1数字视频压缩技术
众所周知，未经压缩数字视频信号其数据量相当的大，长久以来，关于视频压缩有ISO／IEC制定的MPEG—X(活动图像编码专家组)和ITU—T(视频编码专家组)制定的H．26X两大系列标准。TU—T已颁发的视频压缩标准有H．261、H．262、H．263、H．264。目前使用较多的是H．263，值的一提的是，H．264标准是ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO／IEC的MPEG(活动图像编码专家组)的联合视频组(3VT：JointVideoTeam)开发的标准。具有比其它的H系列视频压缩标准节省码流，比MPEG一4算法简单的特点，因而在网络视频监控领域具有明显的优势。但是MPEG一4可以利用很窄的带宽，通过帧重建技术来压缩和传输数据，以求利用最少的数据获得最佳的图像质量。
2.2数字视频网络传输技术
网络传输技术需要解决在局域网和广域网环境下的视频编码数据包的可靠性传输、数据包定序、低延迟传输、音视频同步、低码率传输、实时解码等问题；此外，在多用户环境下，为了缓解传输网络的压力，还需要考虑应用IP组播技术和QOS控制技术，保证网络传输的高效率。视频数据的传输质量直接影响系统的监控质量，因此，网络传输技术显的尤为重要。由于压缩后的视频数据的信息量仍然十分巨大以及传输的带宽有限，使得网络编程技术、IP组播技术、流媒体传输协议RTP／RTCP等成为视频数据在网络传输中的关键技术。在数据传输中，网络传输协议的选择也很重要，它将直接影响到数字视频传输的实时性和通过网络传输以后客户端接收的视频图像质量。
2.3视频存储和检索技术
视频监控系统的重要功能之一就是可以保存大量的视频记录，供日后查询浏览使用，这就需要有一套完整的视频数据存储方案来对监控场景的视频数据进行电子科技大学硕士学位论文高效快速的保存；此外，对于存储的视频数据，通过手动检索查询是不现实的，还需要相关的检索查询策略由计算机自动完成视频数据的查询并呈现给用户。高效快速的保存；此外，对于存储的视频数据，通过手动检索查询是不现实的，还需要相关的检索查询策略由计算机自动完成视频数据的查询并呈现给用户。
传统在线存储通常采用小的数据块交互来达到较块的数据交易量，主要考虑的性能是IOPS(即每秒输入／输出的数据个数)，然而对于视频数据传输来说这种方式会影响视频文件的高效传输，同时对于视频存储服务器来说我们主要考虑的性能是传输流量(MB／s)、设备寿命、访问速度、成本等因素。目前有两种方法可以存储大量视频数据，一种是文件存储系统，另一种是数据库技术。一般是通过文件存储系统来存储的。
2.4监控场景运动检测技术
由于视频监控的监控场景基本已经知道，于是其关注的焦点集中在场景本身的各种异常行为的发生上，这些异常行为多以运动的形式表现出来。运动检测技术即是利用计算机自动检测场景中活动的人和物体，并实时产生可靠的报警信息，从而提高监控系统的工作效率。对监控场景的运动检测的研究是当前视频监控系统中非常热门的方向。
目前常用的方法有以下几类：背景减除法：背景减除是前景检测中最常用的一种方法，它将当前帧图像与背景图像相减，得到的差值绝对值若大于某个阈值，则认为该像素是前景像素。目前，较多研究人员都致力于建立对光照和动态场景具有较强鲁棒性的背景模型。帧差法：时间差分是在连续的图像序列中将两个或三个相邻帧进行基于像素的差分，得到的结果阈值化，从而提取出运动区域。光流法：光流法基于相邻图像亮度不变性假设，认为前后两帧图像像素点在微小运动后仍保持相同强度，根据该假设计算各像素点的运动。
2.5监控场景物体识别与跟踪技术
智能视频监控系统最主要的发展方向是在传统的视频监控系统中加入带有人工智能的自动影像捕捉识别及跟踪功能，也即能够自动识别出监控场景的物体尤其是人，并加以跟踪锁定。近年来这方面的各种技术得到了广泛的研究和深入的探索，在这其中，高效、准确等特点成为最有发展潜力的技术。
主要的跟踪方法有：点跟踪：这种方法将对象用点表示，常用的数学模型有卡尔曼滤波和粒子滤；核跟踪：对象使用一个几何区域表示，跟踪常通过计算对象的运动进行。轮廓跟踪：轮廓跟踪为跟踪对象提供了精确的形状描述。这种方法可分为形状匹配和轮廓进化。
3.结语
综上所述，虽然，目前仍存在许多问题，但是智能化已成为视频监控发展的必然趋势，并且正受到越来越多的关注。近年来国家基础设施的高速建设，也对监控提出了更高的要求，相信随着智能视频分析技术的不断发展，各种硬件成本的下降以及通信商的投资助力等，智能视频监控系统将会更好的发展和普及。
参考文献：
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[3]吴英丽,陈胜权,刘旭明.一种改进的嵌入式智能视频监控系统[J].电视技术,2008(4).
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