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摘要：全程数字化、网络化、智能化是视频监控系统的发展方向，本文在分析视频监控系统在采集、编码、传输和分析处理几个方面及其关键技术的基础上，分析了智能视频监控系统的应用前景。
关键词：智能视频监控；视频采集；视频编码；视频传输
1 引言
智能视频监控是多学科交叉的前沿研究领域，也是当前国际性的研究热点。如何对国家重要安全部门和敏感的公共场合进行全天候的、自动、实时监控，是世界各国都高度重视的问题，而智能视频监控系统正是解决该问题最为有效的手段。到目前为止，视频监控系统的发展已经经历了模拟视频监控系统，半数字化视频监控系统、全数字化视频监控系统三代。全程数字化、网络化、智能化的视频监控系统不仅使人们通过网络不受限制地实现对重要场所的监视和相关控制，而且大大提升了视频监控系统的质量、功能和实用性。
2 智能视频监控系统的基本结构及关键技术
智能视频监控系统工作过程为：视频摄像机输出的信号传输到视频控制中心，进入录像机的同时也进入视频分析服务器，视频分析服务器实时报警并产生视频索引，报警的类型和参数由操作人员自行配置，用户可以通过索引进行视频检索。
从系统的结构上讲，基本智能视频监控系统主要由视频数据采集、视频数据编码、视频数据传输及视频数据分析处理四部分组成。
2.1视频数据采集
视频采集主要由安装在监控现场的高分辨率摄像机完成。高分辨率摄像机以一定频率不断地对原始图像数据进行采集，并将模拟视频信号转换为数字视频信号。在视频采集系统中，最重要的是频率达到一定的值才能满足实时监控的需要。研究表明当频率达到25fps时，画面是比较连续的，符合人眼的视觉需要。
2.2视频数据压缩编码
从视频采集系统获得的原始视频数据量很大，如果不进行压缩而实时传输将会增加用户在存储介质和传输信道方面的总体拥有成本，而活动视频序列的帧内以及帧与帧之间包含很大的空间冗余和心理视觉冗余，可以通过挖掘这些冗余信息，对图像视频数据进行压缩以适应信道要求，即视频压缩和编码。目前从事视频压缩标准制定的国际组织主要有ITU-T的视频专家组VCEG和ISO/IEC的运动图像专家组MPEG，分别制定了H.26x与MPEG-x系列的视频压缩标准。其中H.264能够提供比H.263和H.263+更高的压缩性能，在同等质量的前提下可节省30%以上的码率。MPEG-4以视听媒体对象为基本单元，采用基于内容的压缩编码，具有灵活的编码和解码复杂性，具有很强的容错能力等优点，可实现数字视音频、图形合成应用及交互式多媒体的集成，可以达到很高的压缩比，带宽占用较低，并可实现图像的优质传输和存储，而且传输距离较远，适合于广阔区域的监控。
2.3视频数据传输
目前，在监控系统中用来传输图像信号的介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤。要获得有效的、高质量的传输视频流，除了传输介质外，在视频传输过程中还需要应用层质量控制技术、媒体同步技术等多种技术的支持。应用层质量控制技术主要为了保证视频流在网络中低时延、高质量地传输，包括拥塞控制和差错控制等技术，拥塞控制的目的是避免因为网络拥塞导致包丢失而造成的质量下降。但是拥塞控制只能减少包的丢失，而无法避免包的丢失，在这种情况下就需要差错控制机制。媒体同步机制技术包括流内同步、流间同步和对象间同步三种。媒体同步机制的核心是在媒体内或者媒体间说明时间关系。说明时间关系的方法包括基于间隔的方法、基于轴的方法、基于控制流的方法和基于时间的方法。
2.4视频数据分析处理
视频分析主要是应用计算机视觉技术、模式识别、人工智能等技术对摄像头获得的视频数据进行实时分析，获得决策信息。智能视频监控系统中视频分析处理主要包括对图像序列运动目标的检测定位、识别和跟踪，并在此基础上对监视场景中目标行为的理解与描述，从而做到既能完成日常管理又能在异常情况发生的时候及时作出反应。运动目标检测是指通过监控画面识别监控区域的图像变化，从监控场景中将目标提取出来。运动目标检测通常有背景减除、时间差分、光流法、不变矩特征检测法等方法。目标跟踪是结合物体的外表和运动特性，实现对不同形状、不同颜色、不同背景的动态目标进行智能识别的技术。常用的方法有基于3D的跟踪、基于运动估计的跟踪、基于主动轮廓的跟踪和基于特征的跟踪等。
3 智能视频监控应用前景
视频监控系统作为一种安防的有效手段，正越来越受到人们的重视。随着平安城市的建设，智能视频监控系统在协助政府或其他机构的安全部门在提高室外大地域公共安全的防护方面具有以往的视频监控系统无法替代的作用。利用智能视频监控系统可以实现如下功能：对监控的特定区域如监狱、仓库等的任何运动物体进行报警；对运动物体的运动属性（方向、速度）发生变化的时候进行报警；当检测到特殊场所如机场、车站等有被丢弃无人照看的物体时将进行报警；对展览厅、博物馆等场所内重要物体的移位报警；当目标发生与运动模型不匹配的行为时发生报警；自动识别目标特征，并通过与数据库档案进行比较来识别目标身份；实现对复杂环境的自动视频理解，收集监视区的可疑情况，提高监控人员的环境感知能力。与一般视频监控系统相比，智能视频监控系统减少了雇佣大批监视人员所需要的人力、物力和财力的投入。
智能视频监控系统还可以在零售、服务行业用作辅助工具，用于提高服务水平和营业额，如在超市和商场等公共场合，系统可用于统计顾客数量以及在某物体前面停留的时间，识别人群的整体运动特征，包括速度、方向等。在交通领域，系统可以用于交通状况评估。
4 结论
智能视频监控系统由于其广泛的应用前景正越来越多地引起各国的关注。世界各国政府已经将智能化视频监控技术的研究上升到了战略高度，从政策、法律、经济、应用等多方面进行了巨大的投入来推动该技术的发展，智能视频已经形成为一个产业。但目前中国还没有真正具有自己品牌的智能视频监控产品，如何加大加快智能化视频监控技术的研发力度，有计划有步骤地促进自主知识产权的核心技术和产业化进度是一个值得关注的问题。
参考文献
[1]宋磊.视频监控若干关键技术的初步研究[D].硕士论文.北京：北京工业大学,2003.
[2]沙丽娜,王宁章,覃团发.视频压缩编码国际标准综述.电子科技,2005(5):56-60.
关键词：智能视频监控；视频采集；视频编码；视频传输
1 引言
智能视频监控是多学科交叉的前沿研究领域，也是当前国际性的研究热点。如何对国家重要安全部门和敏感的公共场合进行全天候的、自动、实时监控，是世界各国都高度重视的问题，而智能视频监控系统正是解决该问题最为有效的手段。到目前为止，视频监控系统的发展已经经历了模拟视频监控系统，半数字化视频监控系统、全数字化视频监控系统三代。全程数字化、网络化、智能化的视频监控系统不仅使人们通过网络不受限制地实现对重要场所的监视和相关控制，而且大大提升了视频监控系统的质量、功能和实用性。
2 智能视频监控系统的基本结构及关键技术
智能视频监控系统工作过程为：视频摄像机输出的信号传输到视频控制中心，进入录像机的同时也进入视频分析服务器，视频分析服务器实时报警并产生视频索引，报警的类型和参数由操作人员自行配置，用户可以通过索引进行视频检索。
从系统的结构上讲，基本智能视频监控系统主要由视频数据采集、视频数据编码、视频数据传输及视频数据分析处理四部分组成。
2.1视频数据采集
视频采集主要由安装在监控现场的高分辨率摄像机完成。高分辨率摄像机以一定频率不断地对原始图像数据进行采集，并将模拟视频信号转换为数字视频信号。在视频采集系统中，最重要的是频率达到一定的值才能满足实时监控的需要。研究表明当频率达到25fps时，画面是比较连续的，符合人眼的视觉需要。
2.2视频数据压缩编码
从视频采集系统获得的原始视频数据量很大，如果不进行压缩而实时传输将会增加用户在存储介质和传输信道方面的总体拥有成本，而活动视频序列的帧内以及帧与帧之间包含很大的空间冗余和心理视觉冗余，可以通过挖掘这些冗余信息，对图像视频数据进行压缩以适应信道要求，即视频压缩和编码。目前从事视频压缩标准制定的国际组织主要有ITU-T的视频专家组VCEG和ISO/IEC的运动图像专家组MPEG，分别制定了H.26x与MPEG-x系列的视频压缩标准。其中H.264能够提供比H.263和H.263+更高的压缩性能，在同等质量的前提下可节省30%以上的码率。MPEG-4以视听媒体对象为基本单元，采用基于内容的压缩编码，具有灵活的编码和解码复杂性，具有很强的容错能力等优点，可实现数字视音频、图形合成应用及交互式多媒体的集成，可以达到很高的压缩比，带宽占用较低，并可实现图像的优质传输和存储，而且传输距离较远，适合于广阔区域的监控。
2.3视频数据传输
目前，在监控系统中用来传输图像信号的介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤。要获得有效的、高质量的传输视频流，除了传输介质外，在视频传输过程中还需要应用层质量控制技术、媒体同步技术等多种技术的支持。应用层质量控制技术主要为了保证视频流在网络中低时延、高质量地传输，包括拥塞控制和差错控制等技术，拥塞控制的目的是避免因为网络拥塞导致包丢失而造成的质量下降。但是拥塞控制只能减少包的丢失，而无法避免包的丢失，在这种情况下就需要差错控制机制。媒体同步机制技术包括流内同步、流间同步和对象间同步三种。媒体同步机制的核心是在媒体内或者媒体间说明时间关系。说明时间关系的方法包括基于间隔的方法、基于轴的方法、基于控制流的方法和基于时间的方法。
2.4视频数据分析处理
视频分析主要是应用计算机视觉技术、模式识别、人工智能等技术对摄像头获得的视频数据进行实时分析，获得决策信息。智能视频监控系统中视频分析处理主要包括对图像序列运动目标的检测定位、识别和跟踪，并在此基础上对监视场景中目标行为的理解与描述，从而做到既能完成日常管理又能在异常情况发生的时候及时作出反应。运动目标检测是指通过监控画面识别监控区域的图像变化，从监控场景中将目标提取出来。运动目标检测通常有背景减除、时间差分、光流法、不变矩特征检测法等方法。目标跟踪是结合物体的外表和运动特性，实现对不同形状、不同颜色、不同背景的动态目标进行智能识别的技术。常用的方法有基于3D的跟踪、基于运动估计的跟踪、基于主动轮廓的跟踪和基于特征的跟踪等。
3 智能视频监控应用前景
视频监控系统作为一种安防的有效手段，正越来越受到人们的重视。随着平安城市的建设，智能视频监控系统在协助政府或其他机构的安全部门在提高室外大地域公共安全的防护方面具有以往的视频监控系统无法替代的作用。利用智能视频监控系统可以实现如下功能：对监控的特定区域如监狱、仓库等的任何运动物体进行报警；对运动物体的运动属性（方向、速度）发生变化的时候进行报警；当检测到特殊场所如机场、车站等有被丢弃无人照看的物体时将进行报警；对展览厅、博物馆等场所内重要物体的移位报警；当目标发生与运动模型不匹配的行为时发生报警；自动识别目标特征，并通过与数据库档案进行比较来识别目标身份；实现对复杂环境的自动视频理解，收集监视区的可疑情况，提高监控人员的环境感知能力。与一般视频监控系统相比，智能视频监控系统减少了雇佣大批监视人员所需要的人力、物力和财力的投入。
智能视频监控系统还可以在零售、服务行业用作辅助工具，用于提高服务水平和营业额，如在超市和商场等公共场合，系统可用于统计顾客数量以及在某物体前面停留的时间，识别人群的整体运动特征，包括速度、方向等。在交通领域，系统可以用于交通状况评估。
4 结论
智能视频监控系统由于其广泛的应用前景正越来越多地引起各国的关注。世界各国政府已经将智能化视频监控技术的研究上升到了战略高度，从政策、法律、经济、应用等多方面进行了巨大的投入来推动该技术的发展，智能视频已经形成为一个产业。但目前中国还没有真正具有自己品牌的智能视频监控产品，如何加大加快智能化视频监控技术的研发力度，有计划有步骤地促进自主知识产权的核心技术和产业化进度是一个值得关注的问题。
参考文献
[1]宋磊.视频监控若干关键技术的初步研究[D].硕士论文.北京：北京工业大学,2003.
[2]沙丽娜,王宁章,覃团发.视频压缩编码国际标准综述.电子科技,2005(5):56-60.