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視頻監(jiān)控行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及AI技術(shù)的應(yīng)用

作者： admin 時(shí)間：2017-11-09 來(lái)源：未知
摘要：一、視頻監(jiān)控行業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 隨著我國(guó)平安城市、智能交通等各項(xiàng)建設(shè)的持續(xù)開(kāi)展，以及金融、教育、物業(yè)等各行業(yè)用戶安防意識(shí)的不斷增強(qiáng)，視頻監(jiān)控市...

一、視頻監(jiān)控行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

隨著我國(guó)平安城市、智能交通等各項(xiàng)建設(shè)的持續(xù)開(kāi)展，以及金融、教育、物業(yè)等各行業(yè)用戶安防意識(shí)的不斷增強(qiáng)，視頻監(jiān)控市場(chǎng)近5年來(lái)一直保持著18%左右的穩(wěn)定增長(zhǎng)。然而，大多數(shù)攝像頭一直沒(méi)能擺脫人工監(jiān)控的傳統(tǒng)監(jiān)控方式，由此導(dǎo)致了大量視頻數(shù)據(jù)堆積占用存儲(chǔ)資源、視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)性差、視頻檢索困難等問(wèn)題，一旦有案件發(fā)生，海量攝像頭帶來(lái)的海量視頻數(shù)據(jù)檢索工作需要耗費(fèi)大量警力。

為了解決這些問(wèn)題，近年來(lái)，視頻監(jiān)控行業(yè)向“高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”趨勢(shì)加速演進(jìn)。視頻監(jiān)控設(shè)備技術(shù)性極強(qiáng)，系統(tǒng)的創(chuàng)新升級(jí)同時(shí)也在引導(dǎo)市場(chǎng)需求的變化并創(chuàng)造了新的市場(chǎng)需求。

  • 高清化：攝像頭高清化是實(shí)現(xiàn)攝像頭網(wǎng)絡(luò)化和智能化的重要前提，高清攝像頭不僅讓我們看得更清楚，也能讓機(jī)器“看”得更清楚，從而使得機(jī)器視覺(jué)技術(shù)有了用武之地，能夠更準(zhǔn)確地提取重要的有效信息。此前，阻礙攝像頭向高清發(fā)展的重要原因是帶寬和存儲(chǔ)的成本，因此，提升編碼效率是實(shí)現(xiàn)視頻高清化的技術(shù)基礎(chǔ)。

  • 網(wǎng)絡(luò)化：網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸視頻數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，這極大的擴(kuò)展了視頻監(jiān)控的范圍。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)也使得視頻的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，要求系統(tǒng)具備更強(qiáng)的存儲(chǔ)、檢索和備份等功能。同時(shí)，海量的視頻數(shù)據(jù)也對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化發(fā)展提出了更高的要求。

  • 智能化：智能視頻監(jiān)控技術(shù)近幾年來(lái)被廣泛研究并開(kāi)始實(shí)際應(yīng)用，通過(guò)將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)融入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行圖像處理、目標(biāo)分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、目標(biāo)跟蹤等目的，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，變被動(dòng)監(jiān)控為主動(dòng)監(jiān)控。

       “高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用在實(shí)際生活中，具體來(lái)說(shuō)，在智能交通系統(tǒng)中，重要關(guān)卡的攝像頭能夠智能化地檢測(cè)交通違規(guī)，未來(lái)覆蓋所有道路交通的視頻打通后還可以構(gòu)建城市擁堵模型，并實(shí)時(shí)調(diào)整紅綠燈及道路行駛規(guī)則；在平安城市系統(tǒng)中，各點(diǎn)位視頻不僅被動(dòng)監(jiān)控，還可以因地制宜運(yùn)行安全檢測(cè)算法，并在事件發(fā)生時(shí)即主動(dòng)報(bào)警，由原來(lái)的“事前震懾，事后追蹤”變?yōu)橹鲃?dòng)監(jiān)測(cè)；而在民用市場(chǎng)上，通過(guò)在攝像頭基礎(chǔ)上附加的客流統(tǒng)計(jì)、人臉識(shí)別等功能，進(jìn)一步拓展了視頻監(jiān)控的民用市場(chǎng)。

二、視頻監(jiān)控的核心技術(shù)——編碼技術(shù)

當(dāng)代視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包含五大類(lèi)關(guān)鍵技術(shù)：

  • 數(shù)字視頻壓縮與編碼技術(shù)（編碼）

  • 數(shù)字視頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（傳輸）

  • 海量視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和檢索技術(shù)（存儲(chǔ)）

  • 視頻監(jiān)控場(chǎng)景中的人/物體的識(shí)別與跟蹤技術(shù)（視頻圖像處理和分析）

  • 視頻監(jiān)控場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與告警技術(shù)（視頻圖像處理和分析）

前三項(xiàng)是核心支撐技術(shù)，由于視頻數(shù)據(jù)量的龐大與有限的存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)傳輸資源之間存在矛盾，因此視頻編碼就成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)中最重要的核心技術(shù)。

國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局ITU-T與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)際電子委員會(huì)ISO/IEC是制定視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的兩大組織，ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)包括H.261、H.263、H.264，主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻通信領(lǐng)域，如會(huì)議電視；MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)際電子委員會(huì)ISO/IEC制定的，主要應(yīng)用于視頻存儲(chǔ)（DVD）、廣播電視、因特網(wǎng)或無(wú)線網(wǎng)上的流媒體等。兩個(gè)組織也共同制定了一些標(biāo)準(zhǔn)，比如H.262標(biāo)準(zhǔn)等同于MPEG-2的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。目前，H.261與H.263在視頻通信中應(yīng)用比較廣泛，H.264標(biāo)準(zhǔn)的推出，是視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的一次重要進(jìn)步，它與MPEG-2、MPEG-4及H.263相比，編碼效率更高。但是，更高的編碼效率也意味著更加復(fù)雜的編碼算法，隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，H.264的應(yīng)用已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

目前國(guó)際最新的視頻標(biāo)準(zhǔn)是H.265，在同等清晰度下，H.265視頻標(biāo)準(zhǔn)碼率是H.264碼率的一半，大幅提升傳輸和存儲(chǔ)效率，基于H.265標(biāo)準(zhǔn)各大廠家也推出了更有效的編碼算法，如海康威視推出的Smart265，可以針對(duì)不同的場(chǎng)景設(shè)定不同的碼率，在人流量不密集的場(chǎng)景中碼率最高可降低70%以上。高效編碼算法的出現(xiàn)降低了高清傳輸?shù)某杀?，高清化為智能化奠定了基礎(chǔ)。

圖：編碼技術(shù)的效率對(duì)比

1080P碼率.jpg

三、AI在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)高清攝像頭存量占比增長(zhǎng)至47%，2017年將會(huì)超過(guò)標(biāo)清攝像頭，2016年我國(guó)網(wǎng)絡(luò)攝像頭存量占比達(dá)40%，未來(lái)將繼續(xù)高速增長(zhǎng)替代模擬攝像頭。

圖：中國(guó)高清攝像頭存量占比

攝像頭占比.jpg


圖：中國(guó)網(wǎng)絡(luò)攝像頭存量占比

網(wǎng)絡(luò)攝像頭占比.jpg


升級(jí)后的攝像頭可以將清晰的視頻畫(huà)面實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶蠖?，同時(shí)也帶來(lái)了海量非結(jié)構(gòu)化的視頻數(shù)據(jù)。因此，利用AI算法將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化、并進(jìn)行智能化分析成為視頻監(jiān)控行業(yè)面臨的首要問(wèn)題，在提高數(shù)據(jù)處理效率的同時(shí)也能為不同應(yīng)用場(chǎng)景充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值。比如，人臉識(shí)別是當(dāng)前在智能化中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，現(xiàn)在通過(guò)基于深度學(xué)習(xí)的人臉識(shí)別算法，從抓拍嫌疑人到傳入后臺(tái)系統(tǒng)做出比對(duì)預(yù)警只需幾秒鐘。

視頻圖像處理和分析技術(shù)是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控智能化的關(guān)鍵，目前主要的安防模式識(shí)別技術(shù)包括身份識(shí)別、軌跡識(shí)別和環(huán)境判斷補(bǔ)償識(shí)別等。

介紹.jpg

AI技術(shù)用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)有前端和后端兩種方案，前者是利用前端攝像機(jī)自身的芯片和算法進(jìn)行計(jì)算，而后者則是利用后端計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。

（1）前端方案：是指在攝像頭等前端設(shè)備中內(nèi)置AI分析芯片，通過(guò)前置的智能分析可以有效降低需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，在車(chē)牌識(shí)別等應(yīng)用上已經(jīng)比較成熟，現(xiàn)在前端設(shè)備做車(chē)牌識(shí)別準(zhǔn)確率已經(jīng)達(dá)到了99%。

（2）后端方案：普通攝像頭采集視頻信息后傳輸?shù)胶蠖耍煤蠖朔?wù)器的方案進(jìn)行智能分析，這是當(dāng)前主流的智能分析方案，多采用CPU+GPU架構(gòu)，GPU集群服務(wù)器充分利用多GPU的并行處理能力，有效提高視頻結(jié)構(gòu)化處理效率。

前端方案需大量部署AI攝像頭，大規(guī)模替換現(xiàn)有的攝像頭，成本較大。另外，前端設(shè)備體積小，對(duì)芯片小型化的要求更高，芯片成本約是后端設(shè)備成本的兩倍，短期限于成本壓力，AI功能主要還是集中在后端進(jìn)行。AI后端產(chǎn)品計(jì)算性能強(qiáng)大，一路智能NVR可以同時(shí)對(duì)幾十路攝像頭數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)特征提取、人臉識(shí)別等功能。

但是，前端智能化可以增強(qiáng)視頻監(jiān)控的及時(shí)性效果，同時(shí)將AI功能集成到前端可以減少了視頻信息上傳的帶寬壓力。隨著前端處理芯片性能的不斷提升，AI攝像頭可以運(yùn)行更加復(fù)雜的算法，長(zhǎng)期來(lái)看，智能分析前端化也會(huì)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一。


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