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超越模拟:数字优势

我爱方案网| 数字视频| 2010-11-10
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毫无疑问,现有的模拟视频系统表现非常优秀。它们可实现优秀的影像质量,从采集到显示的延迟极低,而且可靠性很高。那么为什么每个人还希望从模拟视频向数字视频转换呢?

数字视频的兴起突出显示了模拟技术在监视系统中的缺点,包括麻烦费力的因素(即手工进行录影带更换与存储)、无法升级、难以与其它系统集成,还无法进行远程访问。由于数字视频具备可编成功能,这是数字信号处理的内在功能,也是数字视频技术的基础所在,这就消除了上述障碍。

利用数字信号处理,您可将只有人才能理解的模拟视频输入转换为零与一构成的数字流,这样计算机就能理解它了。虽然数字信号处理技术背后似乎有许多高深莫测的复杂问题,但我们也已经建立了各种业界标准与算法来支持该技术。如果我们选择处理能力大于压缩数字视频信号所需的数字信号处理器 (DSP) 的话,那么就可以采用可编程智能实施更多的算法,这就获得了领先的特性,从而能实现真正独树一帜、面向未来的产品。

智能性至关重要

正是数字技术可带来的智能特性使得数字视频非常吸引人。摄像机不仅能够记录事件,现在它还能够评估事件的重要性与相关性。

通过在摄像机层次上处理影像,摄像机本身可以确定如何采集影像。当影像运动等事件发生时,摄像机就可确定运动是否值得关注(比如距离安全门较近),或者其是否重要(比如目标识别,如识别它是人、狗还是风中飘动的纸张等),摄像机还可确定人是否需要了解该事件情况并自动启动安全警报。该特性使得一个人能管理的摄像机数目比采用模拟系统时多得多,这就降低了人事费用。如果没有情况发生,则摄像机可以较低的分辨率或帧频进行采集,这就减小了数码摄像机对网络的影响,并节约了存储容量。

摄像机自身进行上述判断改善了摄像机的总体反应时间。例如,法庭上倾向于认为压缩视频可以造假。因此,您可能会希望在事件可能较重要时以更高的帧频采集未压缩的完全 JPEG 影像。但是,在提醒有关人员并等待响应做出捕获事件决定的时间中,事件的重要时刻可能已经发生过去了。智能摄像机可自行做出决定,从而通过自动提高分辨率以及帧频来提高响应性。摄像机还可智能拉进焦距以获得更多细节与信息,而模拟摄像机在无人为干涉情况下无法完成此工作。

数码摄像机的智能特性还帮助视频安全制造商满足客户不断发展的需求,并可就变化的隐私法做出调整。我们不妨以监视公寓楼房旁停车场的摄像机为例。摄像机可能会有盲点,因为涉及隐私原因,安放以公寓楼为目标的模拟摄像机是非法的。智能数码摄像机会在人眼看到公寓楼之前将其模糊,这就既解决了隐私问题又消除了盲点。其它可集成于数字视频监视系统的特性还包括面部识别与目标跟踪,系统可利用它跟踪人或物体在多个摄像机之间的运动。

视频成本不断降低

数字视频还实现了模拟视频无法做到的成本节约。我们不妨考虑存储模拟视频的成本。例如由于法律方面的原因,百货商店的模拟视频可能需要存放一年;每台摄像机每天需要三盘 8 小时的录像带,一个包括 10 台摄像机的系统一年的录像档案几乎需要 11,100 盘录像带,此外还要考虑到存储录像带的相关费用。

我们拿上述情况与一张可存储 60 多小时的压缩数字视频的 DVD 进行比较。同样一年的录像档案所需的 DVD 数量不到 150 张,所需的存放空间也较小。此外,硬盘驱动器存储体可方便地存储一周的视频,这样备份只需一周进行一次,而不必一天进行数次。对于很多摄像机的系统,我们可用自动换盘机来进行 DVD 盘片的物理更换,从而进一步减少了人力干扰,并提高了可靠性。

请注意,上述数据基于 MPEG4 典型的 30:1 压缩比。MPEG4 是最新、最高效的 MPEG 视频压缩标准,在 30:1 的压缩比上,它可在与一个未压缩帧占用空间大小相同的空间内存储 30 个压缩帧。利用智能特性(如事件驱动或目标驱动的采集),即便实现 100:1 或更高的压缩比也是较保守的估计。举例而言,在深夜百货商店没什么情况,因此需记录的情况也很少。但不管记录内容多少,模拟系统所需的录像带数量是不变的。

数字网络还帮助工程师充分利用几种产品线的设计投资。利用模块化设计,单一的板就可为从日托护理监视到餐厅安全直到机场监视等各种市场提供服务(参见补充报道"数字视频改善机场安全")。这些板通过插入包括影像传感器与处理器适当组合的子卡,就能够针对特定应用进行定制。由于数字视频所需的处理器针对各种应用有不同的价位,覆盖了低成本到高端整个市场,因此这一点是可以做到的。

软件也可在各产品领域应用,并为从当今功能丰富的产品向未来低成本设备移植功能提供了清晰的发展蓝图。因此,智能摄像机的基本设计在各产品线上以及各产业中均非常相似。每种产品之所以不同,是由于所赋予的具体功能不同。

智能数码摄像机的价格开始会与模拟摄像机相当。这是由于软件开发的原始成本使然,这也可能是向数码摄像机过渡所面临的最大障碍。但是,随着工程师可长期在各条产品线上使用相同的软件,成本将大幅下降。尽管支持数字视频的大部分软件都涉及复杂的算法,但许多算法已经开发完成,并已作为现成的软件库提供。

即便就相同的定价而言,数字系统仍会实现大幅节约。模拟系统很难升级,常需替换整套摄像机。此外,模拟组件会随时间推移而老化,因而降低了其清晰度。如果数码摄像机上的影像传感器开始老化,您只需更换传感器即可,其他数字组件都可保留。此外,由于功能以软件而不是硬件为基础,因此我们可以创建用户能够根据需要向已经安装的摄像机远程添加功能的视频系统。

设置数字视频网络的初始费用也不像模拟系统那么吓人。CAT5 线缆除抗噪性更好外(可获得更好的影像质量),它比同轴电缆要廉价得多,而且大多数建筑物已为计算机网络部署了 CAT5,摄像机可以接入使用。此外,使用更智能的摄像机也意味着可实现更高层次的可靠性,同时降低操作员总数以及费用。

互操作性与兼容性

数码摄像机还将开放视频市场,使竞争更加激烈。许多模拟系统采用专有设备,这就是说您只能从单一一家公司购买摄像机。基于通用视频标准的数码摄像机将为系统带来灵活性,这样就可向网络添加任何摄像机。因此,兼容性就成了软件问题而不是硬件问题。换言之,重要的不是摄像机是否采用某种专有输出信号,而是主控软件是否能识别摄像机。

最后,我们不用再购买放在控制间的昂贵模拟管理控制台。网络上的任何 PC(当然,应获得适当许可与密码)都能查看并控制任何摄像机。

但是,公司可能已经花了大量投资购买模拟摄像机,还不准备完全重新配备监视系统实现向数字化过渡。幸运的是,您也可分阶段实施数字技术(见图 1)。可能第一步是将廉价的数字转换器或编码器添加到模拟摄像机上。这使得公司能够继续使用已经购买的摄像机。编码器还可以提供许多智能摄像机所具备的功能。第一步的另一个可能选择是用数字设备替换控制室的模拟设备。这样,所有模拟信号进入控制室时就都转换为数字信号,从而避免影响大部分现有的模拟系统。上述两种情况中,公司都能立即利用数字视频的优势。

现在我们能够获得数字技术的优势。举例而言,德州仪器 (TI) 与法国视频与信号处理软硬件解决方案供应商 ATEME 提供的因特网协议视频安全 (VSIP) 开发平台以 DM642 数字媒体处理器为基础,为开发智能网络摄像机提供了完整的软硬件平台。尽管该平台是为开发智能摄像机的工程师设计的,但它也是一个完整的子系统,可以连接至网络以演示数字视频的功能。

数字视频已经开始改变我们处理安全问题的方式。今后几年整个视频市场的增长预计为 15%,而其中数字部分的增长预计将达 45%(J.P. Freeman Co. "2003 年全球 CCTV 与数字视频监视市场"报告)。这并不是说模拟视频有很多问题与障碍,而是数字技术提供了更多的功能,让摄像机变得更智能化,这将实现仅靠模拟系统所不能实现的应用。数字技术还为设计带来了灵活性,不仅有望大幅降低视频系统的总成本,而且还促进不同厂商组件之间的互操作性。

补充报道:

数字视频提高机场的安全性

在机场实现可靠性高、响应性强的安全机制至少也是一项相当困难的工作。确认潜在威胁需要训练有素的员工用摄像机进行积极监视。考虑到真正的威胁很少出现,因此我们发现现有的安全系统要么过于松懈,要么就是过于打扰旅客方便,需要花费大量资金配备安全人员,而安全人员过多反而导致他们本应保护的安全机制效率低下,这点实在不足为奇。

利用数字技术,许多监视任务可以自动进行。不妨设想无人看管的行李包的例子。一个人坐在另一个人身旁,两人间放了一个挎包。挎包主人起身离开时,即便受过训练的观察人员也很难发现这一事件。但是智能摄像机能够辨识两个对象--挎包与主人,并将其相关联。当与挎包相关联的人离开时,摄像机会提醒有关人员该事件的发生,并突出显示事件关键特性(所讨论的挎包)。

不过,无人看管的挎包不一定是个问题,让员工检查所有无人看管的挎包代价过于昂贵。我们可在多部摄像机上跟踪该人,这样数字监视系统就能自动确定这个人是去出口还是去洗手间。该系统还能从不同角度捕捉到该人的影像,并生成其相貌或面部合成图,这一切都不需要该人切实正面站在摄像机前。这样,系统可确定该人是直接回到其座位,还是在洗手间停留后改道出去了。利用智能缩放技术,摄像机可以捕捉诸如名签或物体是否是武器等重要细节。如果该人确实通过出口离开,那么系统可跟踪该人至汽车,并在其离开停车场前分析车牌号。

数字系统还可减轻日常处理事件的工作负荷。举例而言,系统可自动创建每天的事件日志,加上时间戳并按事件类型编制索引以便检索,并可参考在每种情况下所采取的行动。如果今后确实出现问题,系统可用索引定位事件以进行关键事件搜索,并以可用的新信息对其加以处理(如已知嫌疑人身穿褐色大衣)。

向数字视频过渡可分阶段进行。图 1a 显示了传统的模拟系统,每台摄像机都直接连接至模拟控制设备。图 1b 显示了公司可采用廉价的数字转换器,这样他们就可继续使用已部署的现有模拟摄像机。图 1c 显示了继续使用现有摄像机的另一种方法,即在控制室中将模拟信号转换为数字视频。一旦进入数字网络,网络上的任何 PC 就都能够控制该系统了。

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