視頻監控作為一種傳統視頻技術與現代通信技術相結合的應用，目前在國內外已引起了越來越多的關注。本文對視頻監控業務作了簡單的介紹與回顧，指出當前視頻監控業務與傳統視頻監控業務在需求上的轉變，以及與視頻監控相關的一些技術的進展情況，然后指出當前視頻監控系統所面臨的主要問題，以及為了解決這些問題所帶來的未來技術發展趨勢。
引言
視頻監控業務具有悠久的歷史，在傳統上廣泛應用于安防領域，是協助公共安全部門打擊犯罪、維持社會安定的重要手段。近年來，隨著寬帶的普及，計算機技術的發展，圖像處理技術的提高，視頻監控正越來越廣泛地滲透到教育、政府、娛樂、醫療、酒店、運動等其他各種領域。
業務簡介
視頻監控的基本業務功能是提供實時監視的手段，并對被監視的畫面進行錄像存儲，以便事后回放。在此基礎上，高級的視頻監控系統可以對監控裝置進行遠程控制，并能接收報警信號，進行報警觸發與聯動。業務功能如圖1所示。
圖1 視頻監控業務功能示意圖
最早的視頻監控系統是全模擬的視頻監控系統，也稱閉路電視監控系統（CCTV）。圖像信息采用視頻，以模擬方式傳輸，一般傳輸距離不能太遠，主要應用于小范圍內的監控，監控圖像一般只能在控制中心查看。全模擬視頻監控系統以模擬視頻矩陣和磁帶式錄像設備VCR為核心。
隨著數字技術的發展，數字系統從20世紀90年代中期開始出現，以數字控制的視頻矩陣替代原來的模擬視頻矩陣，以數字硬盤錄像機DVR替代原來的長延時模擬錄像機，將原來的磁帶存儲模式轉變成數字存儲錄像，實現了將模擬視頻轉為數字錄像。DVR集合了錄像機、畫面分割器等功能，跨出數字監控的第一步。在此基礎上產生了全數字的視頻監控系統，可以基于PC機或嵌入式設備構成監控系統，并進行多媒體管理。這類系統是目前視頻監控市場的主流。
隨著寬帶網絡的普及，視頻監控逐漸從本地監控向遠程監控發展，出現了以網絡視頻服務器為代表的遠程網絡視頻監控系統。網絡視頻服務器解決了視頻流在網絡上的傳輸問題，從圖像采集開始進行數字化處理、傳輸，這樣使得傳輸線路的選擇更加多樣性，只要有網絡的地方，就提供了圖像傳輸的可能。整個系統趨向平臺化、智能化。很多互聯網企業已開始涉足此類視頻監控系統的開發，目前尚屬市場起步階段。圖2給出了一種目前比較常用的網絡遠程視頻監控系統的示意圖。
圖2 目前比較常用的網絡遠程視頻監控系統
圖中管理中心和監控前端、監控中心是視頻監控系統的組成部分，無線網絡部分則是視頻監控和其他系統互通的一個示例。當然視頻監控系統和其他業務網絡共同使用時，也可能會融為一體。
各組成部分的說明如下：
（1）監控前端：用于采集被監控點的監控信息，并可以配備報警設備。監控前端可分為兩類：
1、普通攝像頭+視頻服務器。普通攝像頭可以是模擬攝像頭，也可以是數字攝像頭。原始視頻信號傳到視頻服務器，經視頻服務器編碼后，以TCP/IP協議通過網絡傳至其他設備。
2、網絡攝像頭。網絡攝像頭是融攝像、視頻編碼、Web服務于一體的高級攝像設備，內嵌了TCP/IP協議棧。可以直接連接到網絡。
（2）管理中心：承擔所有前端設備的管理、控制、報警處理、錄像、錄像回放、用戶管理等工作。各部分功能分別由專門的服務器各司其職。
（3）監控中心：用于集中對所轄區域進行監控，包括電視墻、監控客戶終端群組成。系統中可以有一個或多個監控中心。
（4）PC客戶端：在監控中心之外，也可以由PC機接到網絡上進行遠程監控。
（5）無線網橋：無線網橋用于接入無線數據網絡，并訪問互聯網。通過無線網橋，可以將IP網上的監控信息傳至無線終端，也可以將無線終端的控制指令傳給IP網上的視頻監控管理系統。目前常用的無線網絡為CDMA網絡。
業務需求的轉變
當前，對于監控系統而言，用戶對其功能的需求已經體現出多元化與系統化。主要表現在以下幾個方面的要求：
遠程訪問。傳統的視頻監控一般是在小范圍內進行，而目前用戶普遍要求訪問地點不受地域限制，能隨時隨地訪問被監控地點。
多人同時訪問同一個監控點。傳統上，一個監控點一般是被一個監控中心（用戶）所訪問。而目前，同一個監控點很可能會同時被多個用戶所訪問，并且這些用戶之間可能毫無關系。用戶訪問的復雜化將要求系統強化對訪問權限的管理。
監控點趨向分散，同時監控趨向集中。屬于同一用戶的監控點越來越分散，不受地域所限。而對這些分散的監控點，需要集中的管理與控制。
要求監控系統具有開放性和擴展性。同一系統應當支持多種不同類型的監控，用戶數、被監控點的數量可以方便地增減。
海量數據存儲。網絡化使得傳統的本地錄像功能可以轉移到遠程服務器上來實現，使得海量數據存儲成為可能。同時，也要求系統具備更強的存儲、檢索和備份等功能。
信息安全。系統復雜化，用戶的多元化，加上視頻監控本身的業務特點必然要求對系統對信息安全提供有力的保證。
智能視頻監控。未來的視頻監控系統將不僅僅局限于被動地提供視頻畫面，更要求系統本身有足夠的智能，能夠識別不同的物體，發現監控畫面中的異常情況，以最快和最佳的方式發出警報和提供有用信息，從而更加有效地協助安全人員處理危機，并最大限度地降低誤報和漏報現象，成為應對襲擊和處理突發事件的有力輔助工具。智能視頻監控還可以應用在交通管理、客戶行為分析、客戶服務等多種非安全相關的場景，以提高用戶的投資回報。
相關技術進展
1、CMOS圖像傳感器技術的成熟
監控攝像機的圖像傳感器正逐漸從傳統的CCD向CMOS轉變。這兩種傳感器各有長短，但一直以來，CMOS傳感器的缺點漸漸減少。CMOS圖像傳感器低成本、高集成度為其主要特點，圖像質量已不輸于CCD。與基于CCD的探頭相比，CMOS探頭的集成度更高，因為CMOS傳感器集成了許多外圍處理功能，所需器件比CCD探頭少，且CMOS探頭的功耗要低得多。從整個系統來看，CMOS傳感器可將成本大大降低。
2、智能分析技術的發展
IEEE在圖像的智能分析等方面有比較大的成果，比如運動檢測、人臉識別、目標跟蹤等。
運動檢測是指在指定區域能識別圖像的變化，檢測運動物體的存在并避免由光線變化帶來的干擾。由于背景圖像的動態變化，如天氣、光照、影子及混亂干擾等的影響，使得運動檢測成為一項相當困難的工作。早期的運動檢測是對編碼后產生的I幀進行比較分析，通過視頻幀的比較來檢測圖像變化。目前常用的方法有背景減除（Background Subtraction）、時間差分（Temporal Difference）、光流（OpticalFlow）、運動向量檢測法等。
3、芯片技術為視頻監視產品提供新方案
IP攝像機通常集成了視頻捕獲、視頻編碼/處理和網絡接口功能。在視頻監控市場，能夠支持這些功能的各種視頻信號處理器芯片性能差異很大，但也是最能突顯優勢的產品。從功能需求最少的低端產品到高性能的采用多核數字信號處理器（DSP）芯片的高端產品，針對不同的市場，對視頻信號處理器的要求差別很大。高性能的DSP芯片使視頻處理器性能得到極大提升。這些DSP是催生智能攝像機的關鍵要素。正因為這些DSP，IP視頻服務器才具備同時對多視頻流進行智能管理的能力。
4、視頻壓縮格式越來越先進
以前的數字視頻監控的圖像格式主要以MJPEG與MPEG2為主。隨著圖像壓縮技術的提高，出現了越來越先進的視頻壓縮格式，如MPEG-4，H.264，國內正在大力發展具有自主產權的AVS編碼格式。視頻壓縮技術的發展為視頻監控在圖像傳輸、錄像存儲等方面帶來極大的好處。
面臨的主要問題與技術發展趨勢
目前，大規模的網絡視頻監控業務尚處于起步探索階段，網絡化、數字化、智能化是視頻監控的必然趨勢。面對這個大趨勢，目前的視頻監控在一些關鍵技術方面，存在著不少不足之處，主要表現在以下幾個方面。
1、媒體分發
目前的視頻監控系統在視頻媒體的分發方面普遍處理得比較簡單，一般采用用戶直接對網絡攝像機進行訪問，或通過視頻服務器進行簡單的媒體轉發處理，而面對越來越龐大的用戶群，這種媒體傳送方式將會成為圖像傳輸的瓶頸。是否具備高效的媒體分發機制將成為判斷視頻監控系統優劣的一項重要指標。
實際上，媒體分發是任何一個視頻業務在發展到一定規模后必將面臨的問題，視頻監控可以與其他視頻業務——比如IPTV——來共同研究視頻分發的問題。未來的視頻監控系統將會基于一個比較完善的媒體分發平臺來傳輸實時視頻信息與錄像視頻信息。
2、錄像存儲
目前，基于網絡的視頻監控系統基本上采用中心錄服務器來存儲錄像。中央錄像服務器管理方便，安全可靠，但因為錄像隨時進行，數據流量大，對承載網帶來很大壓力。如果將錄像存儲邊緣化，雖然可以減少視頻流的數量，緩減承載網壓力，但分散的錄像數據將給錄像的管理帶來很大的麻煩，錄像數據的安全性也將大大降低。由此可見，未來大量的存儲需求發生的位置不可能由中心統一存儲來承擔，而大量的分布式、差異性存儲卻沒有可用的技術方案。未來的視頻監控系統要在錄像存儲方面進行合理的結構設計，才能滿足實際的錄像要求。
3、并發調度
目前的視頻監控系統的用戶在一個視頻監控點上一般不存在并發需求，即便批量用戶可能對同一視頻監控點的信息有同時調用要求，這種調用也沒有差異。在未來，系統服務的使用者來源多樣化并且不可控，其使用目的存在同樣的情況，監控系統對于同一監控點存在著并發的沖突調用問題，因此必須考慮優先權限和分配機制。
4、計費
目前的視頻監控計費模式非常單一，通常以租用為主，或者只需考慮用戶接入后使用的單一視頻監控點的上傳信息的時長或流量即可，其業務計費點和計費尺度無需太復雜，一般考慮簡單的RADIUS協議即可。未來視頻監控系統考慮的計費問題包括單用戶對單資源的使用、單用戶對多資源的使用、多用戶對多資源的使用，這是單計費點和計費尺度、僅僅依靠目前的簡明扼要單的計費協議所無法支持的。未來的系統應支持可靈活改變、可批量同時實施的多業務策略，支持上述各種業務策略的實時計費功能。
5、分級
目前的一些遠程視頻監控系統可以支持分級，但這種分級僅僅涉及內容分發的分級，對網絡中其它子功能系統還是作為一級來考慮。
未 來視頻監控系統需要考慮的分級決不僅僅是內容分配上的分級，因為全網中不同地區的服務提供商對于用戶控制、業務管理、內容分配、運營支撐這四個層次分級要求是存在差異的，這一點上用戶控制和業務管理上分級的需求更接近會議電視系統而不是簡單的點到點會話系統，需要全部重新設計。
6、業務融合
目前的遠程監控不考慮和其它業務系統之間的互相調用。未來的視頻監控系統將和多個其它業務系統交叉調用，不同系統之間的多層互通和資源共享是必須考慮的問題。
結束語
從以前的模擬監控到現在的數字監控；從落后的現場監控到先進的遠程監控；從有人值守監控到現在的無人值守監控，視頻監控正朝著數字化、網絡化、規模化方向蓬勃發展。當然，目前仍存在著不少需要進一步探討的問題。相對于其他通信業務，視頻監控業務顯得比較年輕，視頻監控市場目前也尚未出現能夠控制整個市場的領導者。對于各通信設備廠商以及電信運營商而言，視頻監控將會是很好的發展機會。
