智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器的實(shí)現方案

　　如何嵌入智能功能，使視頻服務(wù)器成為智能視頻監控系統的一種產(chǎn)品形態(tài)?是各安防設備制造商所關(guān)注的焦點(diǎn)，也是本文研究的重點(diǎn)。本文介紹了嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器的組成、原理及特點(diǎn)，智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器可具備的智能功能及其實(shí)現方案，希望讀者喜歡。

　　年代末，隨著(zhù)多媒體技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)的發(fā)展、數字視頻監控系統迅速崛起，從而出現了兩種數字視頻監控系統：一種是以數字錄像設備為核心的視頻監控系統，另一種是以嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器為核心的視頻監控系統。

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　　使用嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器為核心的網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統包括視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )交換機和帶視頻管理軟件的PC機。傳統的模擬攝像機可連接到視頻服務(wù)器，這種視頻服務(wù)器會(huì )將視頻信號數字化并進(jìn)行編碼壓縮，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口連接到網(wǎng)絡(luò )，將數字視頻信號通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送到PC機上，并將視頻信號存儲于PC機的硬盤(pán)中。

　　這樣，網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器在保留現有模擬視頻監控設備的同時(shí)，能將視頻監視系統平滑升級到基于網(wǎng)絡(luò )的視頻監控系統，因而它非常適用于與現存的模擬CCTV(閉路電視監控)系統相集成。由于視頻服務(wù)器為模擬視頻設備帶來(lái)了全新的功能特性，并徹底消除了系統對于同軸電纜、模擬監視器和DVR等專(zhuān)用設備的依賴(lài)。并且，使DVR將不再成為實(shí)現錄像功能的必需品，因為在視頻服務(wù)器的幫助下，視頻圖像可以通過(guò)標準的PC服務(wù)器來(lái)進(jìn)行錄制和管理。

　　通常，一臺視頻服務(wù)器具備1至4個(gè)模擬視頻輸入接口，以用于連接模擬攝像機，同時(shí)具備1個(gè)以太網(wǎng)接口用于連接到網(wǎng)絡(luò )。與單純的網(wǎng)絡(luò )攝像機一樣，它包含內置的Web服務(wù)器、圖像壓縮芯片以及操作系統等。在這些部件的作用下，模擬視頻輸入將被轉化為數字視頻信號，并編碼壓縮，通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸和存儲，從而大大簡(jiǎn)化了視頻資源的訪(fǎng)問(wèn)和管理。

　　除了視頻輸入之外，視頻服務(wù)器還可以通過(guò)同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，連接實(shí)現其他更多的功能和傳輸更多的信息，其中包括：數字化報警輸入和輸出(I/O接口，可用于觸發(fā)服務(wù)器啟動(dòng)錄像功能和傳輸視頻，或者激活外部報警設備如警燈或打開(kāi)房門(mén)等)、音頻、用于串行數據傳輸或PTZ設備控制的串行端口等。并且，通過(guò)圖像緩存，視頻服務(wù)器還可以發(fā)送報警前后的圖像。

　　因此，我們可將能對視頻圖像進(jìn)行探測分析與識別的智能軟件算法，嵌入到上述的視頻服務(wù)器內，就可形成智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器這種智能視頻監控的一種產(chǎn)品形態(tài)。用這種智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器組成的智能網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統，擁有更好的系統彈性，相對模擬系統而言，可依靠視頻服務(wù)器來(lái)連接本地的模擬攝像機，并可在通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對其視頻流進(jìn)行監控和存儲前，對視頻流進(jìn)行智能分析、數字化、壓縮。這類(lèi)系統的優(yōu)勢是數字化和壓縮的過(guò)程都在本地完成，此時(shí)可通過(guò)已連入互聯(lián)網(wǎng)的現有網(wǎng)絡(luò )設備來(lái)傳輸智能數據，以有效降低使用成本。

　　智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器同網(wǎng)絡(luò )攝像機一樣，也算是網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統的前端網(wǎng)絡(luò )設備，它除可嵌入智能網(wǎng)絡(luò )攝像機的一些智能功能外，還可相應嵌入一些較復雜軟件算法的智能功能。這樣，只有各種智能功能的預/報警觸發(fā)的視頻數據，才會(huì )被傳送到中央監控站，以用于進(jìn)一步地分析，并采取進(jìn)一步的響應，或可使用更為復雜的智能分析應用，以降低網(wǎng)絡(luò )設備的負載并減少人為錯誤。

　　嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器 嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器的組成及原理

　　大家知道，嵌入式系統是以應用為中心，軟硬件可裁減的，適應應用系統的一種對功能、可靠性、成本、體積等綜合性嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。因此可以說(shuō)，嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器也就是為監控系統量體裁衣的專(zhuān)用計算機系統。因為嵌入式系統主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統及應用軟件系統等組成，它是一種集軟硬件于一體的可獨立工作的設備。嵌入式操作系統是一種實(shí)時(shí)的，支持嵌入式系統應用的操作系統軟件，它是嵌入式系統極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅動(dòng)軟件、系統內核、設備驅動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面、標準化瀏覽器等。嵌入式操作系統在系統實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依靠性、軟件固態(tài)化及應用的專(zhuān)用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。一般，嵌入式系統的特點(diǎn)具體表現在：;

　　1、指令精簡(jiǎn)，處理速度快

　　由于嵌入式系統為專(zhuān)用系統，因而系統小，指令精簡(jiǎn)，處理速度快。

　　2、調用速度快

　　嵌入式系統數據多置于ROM/FLASH緩存內(MEMORY)，且不會(huì )被改變，因而穩定性好，調用速度快。

　　3、性能穩定，實(shí)時(shí)性好

　　由于嵌入式系統是一種集軟硬件于一體的可獨立工作的設備，其軟件固態(tài)化，因而系統處理實(shí)時(shí)性好，性能穩定。

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　　4、適合于大量的視頻數據應用

　　嵌入式系統中的文件管理系統，更比較適合于大量的視頻數據應用。

　　利用上述嵌入式系統特點(diǎn)構建的嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器的組成及工作原理框圖，如圖1所示。

　　由圖1可知，嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器是由視頻輸入、A/D轉換、嵌入式處理器及ROM/FLASH緩沖存貯器、編碼壓縮模塊、網(wǎng)絡(luò )接口等部分組成。當1至4路攝像機(4路以上少見(jiàn))的視頻信號輸入時(shí)，經(jīng)A/D變換為數字視頻信號后，進(jìn)入嵌入式處理器的處理或緩存，最后經(jīng)編碼壓縮模塊處理后，送入網(wǎng)絡(luò )接口輸出進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )傳輸，到達監控中心或授權用戶(hù)。網(wǎng)絡(luò )上用戶(hù)可以直接用瀏覽器觀(guān)看網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器上的攝像機圖像，授權用戶(hù)還可以控制攝像機、云臺、鏡頭的動(dòng)作或對系統配置進(jìn)行操作等。

　　嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器監控系統的特點(diǎn)

　　嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器監控系統與其它監控系統比較，有如下特點(diǎn)：

　　1、布控區域廣

　　嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器監控系統的網(wǎng)絡(luò )接口直接連入網(wǎng)絡(luò )，因而沒(méi)有線(xiàn)纜長(cháng)度和信號衰減的限制，同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò )是沒(méi)有距離概念的，從而徹底拋棄了地域的概念，所以布控區域廣。

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　　2、系統具有幾乎無(wú)限的無(wú)縫擴展能力

　　由于所有設備都以IP地址來(lái)進(jìn)行標識，因而增加設備只是意味著(zhù)IP地址的擴充，所以系統具有幾乎無(wú)限的無(wú)縫擴展能力。

　　3、可組成非常復雜的監控網(wǎng)絡(luò )

　　由于嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器監控系統采用基于嵌入式Web服務(wù)器系統為核心，它在組網(wǎng)方式上與傳統的模擬監控和基于PC平臺的監控方式有極大的不同。因為Web服務(wù)器輸出已完成模擬到數字的轉換并壓縮，且采用統一的協(xié)議在網(wǎng)絡(luò )上傳輸，因而支持跨網(wǎng)關(guān)、跨路由器的遠程視頻傳輸，所以可組成非常復雜的監控網(wǎng)絡(luò )。

　　4、系統實(shí)時(shí)穩定可靠，無(wú)需專(zhuān)人管理

　　由于嵌入式Web服務(wù)器實(shí)際上是基于嵌入式電腦技術(shù)，且采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，并且其視頻壓縮和Web功能集中到一個(gè)體積很小的設備內，可直接連入局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，即插即看，因而使系統的實(shí)時(shí)性、穩定性、可靠性大大提高，也無(wú)需專(zhuān)人管理，非常適合于無(wú)人值守的環(huán)境。

　　5、系統安裝使用方便，節省電纜

　　由于嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器，可以直接連入局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，達到即插即看，從而省掉多種復雜的電纜。并且，視頻服務(wù)器系統僅需設置一個(gè)IP地址，用戶(hù)也無(wú)需安裝任何硬件設備，僅用瀏覽器即可觀(guān)看，因此系統安裝使用非常方便。

　　6、有網(wǎng)絡(luò )帶寬的限制要求

　　在應用嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器監控系統時(shí)，當監控中心需要同時(shí)觀(guān)看較多個(gè)攝像機圖像時(shí)，對網(wǎng)絡(luò )帶寬就會(huì )有一定的限制要求。但當加進(jìn)智能化功能的軟件算法后，其網(wǎng)絡(luò )只需傳送智能分析識別的視頻數據，從而可節省網(wǎng)絡(luò )帶寬而彌補了這一缺陷。

　　智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器可具備的智能化功能

　　智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器同網(wǎng)絡(luò )攝像機一樣，也算是網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統的前端網(wǎng)絡(luò )設備。因此，它除可嵌入上述的智能網(wǎng)絡(luò )攝像機的一些智能功能外，還可相應嵌入一些較復雜軟件算法的一些智能功能。其可嵌入的智能功能有：

　　1、可嵌入視頻丟失、變換、模糊的檢測識別與預/報警的智能功能

　　可嵌入視頻丟失、變換、模糊的檢測識別與預/報警等最基本的功能，也是最必須需要的。若網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器連接的攝像機無(wú)此功能，就必須嵌入此項智能功能的軟件模塊。有了此項功能，值班人員才能第一時(shí)間發(fā)現視頻被遮擋或無(wú)電源供應而使視頻丟失、監控場(chǎng)景的視頻變換、或焦距丟失等使視頻模糊，從而可消除隱藏的犯罪事件的發(fā)生。

　　2、可嵌入能聯(lián)動(dòng)相應防區的其它安全防范設備的綜合安全防范功能

　　一般，視頻監控系統必須要能同門(mén)禁探測器、防火與防盜及煤氣與放射線(xiàn)泄漏等安全的報警探測器等系統聯(lián)動(dòng)，以達到綜合化的安全防范目的，這也是最基本的功能。如當接收到門(mén)禁探測器、或防火、防盜及煤氣與放射線(xiàn)等泄漏的報警信號時(shí)，相應位置的攝像機即可通過(guò)可預置云臺自動(dòng)轉到相應的預置位，以自動(dòng)進(jìn)行錄像，并觸發(fā)警鈴與燈，進(jìn)行聲光報警，以實(shí)現綜合化的安全防范功能。

　　3、可嵌入對各種天災的檢測識別與預/報警的智能功能

　　在平安城市的建設中，還必須有對城市火災與水災的水位、危房、橋梁易斷處、道路危險路段或鐵路公路旁易發(fā)生山石崩、雪崩以及地震站偵測地震等的地方進(jìn)行檢測、識別與預/報警的智能功能。這通常要安置帶十字刻度標尺的攝像機去進(jìn)行監測比較方便。因為當視頻設防點(diǎn)的視頻圖像移動(dòng)到十字標尺設定的某一警告刻度時(shí)，所嵌入的智能軟件算法即能自動(dòng)啟動(dòng)錄像、定點(diǎn)顯示與預/報警，從而使值班人員能第一時(shí)間根據聲光報警去進(jìn)行查看與處理，以防止各種災害帶來(lái)的危害。

　　4、可嵌入視頻移動(dòng)偵測的檢測識別與預/報警的智能功能

　　在銀行、珠寶店、商店、倉庫、財會(huì )室、軍械室、保密室、博物館、油庫、以及一切重要的監控的場(chǎng)所對安全性要求比較高的地方，均需設置視頻移動(dòng)偵測的預/報警功能。這一功能要能精確地偵測和識別單個(gè)物體或多個(gè)物體的運動(dòng)情況，包括其運動(dòng)方向、運動(dòng)特征，但要濾除老鼠、貓、狗等小動(dòng)物以及由光線(xiàn)變化等環(huán)境帶來(lái)的干擾。并且，為適應特殊時(shí)間段各出入口、大廳、停車(chē)場(chǎng)等的要求，視頻移動(dòng)的檢測區域要能單獨地進(jìn)行開(kāi)或關(guān)。

　　當偵測與識別到是不認識的移動(dòng)人體侵入時(shí)，即自動(dòng)啟動(dòng)錄像、定點(diǎn)顯示與預/報警。并能根據其運動(dòng)情況，自動(dòng)發(fā)送PTZ控制指令，使帶云臺的攝像機能夠自動(dòng)跟蹤物體。如人體超出該攝像機監控范圍之后，也能自動(dòng)通知人體所在區域的其它攝像機繼續進(jìn)行追蹤，直到抓捕罪犯為止。

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　　5、可嵌入自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈光、調整光強與識別有否外人侵入的檢測識別與預/報警的智能功能

　　在黨政機關(guān)、學(xué)校、企業(yè)和大型家居環(huán)境，可采用智能視頻分析技術(shù)用來(lái)消除巨大的電能浪費與安全隱患，如能視天氣情況等自動(dòng)關(guān)閉不必要的燈或打開(kāi)有人辦公工作的燈或根據需要自動(dòng)調整燈光的強度，以及自動(dòng)監控有無(wú)外人侵入等。因為智能安防視頻監控系統可隨時(shí)計算出在一定的環(huán)境中什么位置有人走動(dòng)或辦公，能自動(dòng)打開(kāi)或增強相應位置的燈光，自動(dòng)關(guān)閉或減弱其它位置的燈光。并且在單位或家庭有存入本單位或家庭人員情況的數據庫時(shí)，還可用來(lái)自動(dòng)分析與識別這些環(huán)境中的人是否與數據庫中己有的一致，如發(fā)現有外人侵入時(shí)，能及時(shí)進(jìn)行預/報警等。

　　6、可嵌入出入口人數統計與人群注意力及擁堵等的檢測識別與預/報警的智能功能

　　網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器也可嵌入用于商業(yè)等用途的人數統計與人群注意力及擁堵等的檢測、識別的智能功能。如廣泛在服務(wù)、零售等行業(yè)為業(yè)主計算某天光顧其店鋪的顧客數量，統計人們在某物體前面停留的時(shí)間等，以用來(lái)評估新產(chǎn)品或新促銷(xiāo)策略的吸引力，也可以用來(lái)計算為顧客提供服務(wù)所用的時(shí)間等。據此，可協(xié)助管理者分析營(yíng)業(yè)情況，或提高服務(wù)質(zhì)量。

　　該項智能化功能，還可用來(lái)自動(dòng)統計和計算穿越國家重要部門(mén)、重要出入口或指定區域的人或物體的數量，以及識別人群的整體運動(dòng)特征，包括速度、方向等，用以避免形成擁塞，或者及時(shí)發(fā)現可能有打群架等異常情況。其典型的應用場(chǎng)景包括超級市場(chǎng)、火車(chē)站、娛樂(lè )場(chǎng)所等人員聚集的地方。

　　7、可嵌入非滯留爆炸物的檢測識別與預/報警的智能功能

　　該項智能化功能，主要用于對重要設施或公共場(chǎng)所等處的可疑滯留物體(如化學(xué)與爆炸物體)超過(guò)預定時(shí)間段還未取走等異常行為，進(jìn)行處理、識別，并鎖定跟蹤與預/報警，從而盡快排除危險品，以保障人民生命和財產(chǎn)的安全。

　　8、可嵌入對人的異常行為的檢測識別與預/報警的智能功能

　　該項智能化功能，主要用于公共場(chǎng)所對人的異常行為的檢測、識別與預/報警，如檢測識別到人翻越院墻與柵攔、持刀槍搶劫、殺人、綁架、突然倒地等異常行為時(shí)，即鎖定跟蹤與預/報警，從而能盡快制止事故的發(fā)生，以遏制犯罪。

　　9、可嵌入面像、步態(tài)、聲音等的檢測識別與預/報警的智能功能

　　面像與步態(tài)識別，不像指紋識別與眼虹膜識別等那樣需要人的配合，它可以在離攝像頭有相當遠的距離內在人群中識別出特定的個(gè)體。因為它可將捕捉到的面像與步態(tài)的視頻或聲音，與數據庫檔案中的面像、步態(tài)或聲音的資料進(jìn)行比對識別，如識別是通揖等逃犯與其他疑犯，則立即會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)錄像與預/報警，并進(jìn)行跟蹤，直到抓捕為止。該項智能功能，可用于出入口控制與通道管理，如在城市出入口(民航、鐵路與公路站口、輪船碼頭等)、過(guò)道、以及軍事、公安、政府、銀行、博物館、珠寶店等重要機密與財產(chǎn)的地方。

　　由上可知，只要將這些檢測與識別的智能功能數據編碼壓縮，并且將檢測與識別的分析結果輸出傳輸到監控中心，同時(shí)分發(fā)給授權的管理者。以用于進(jìn)行進(jìn)一步地分析，并采取進(jìn)一步的響應，或可使用更為復雜的智能分析應用，以降低網(wǎng)絡(luò )設備的負載并減少人為錯誤。

　　智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器的實(shí)現方案

　　由嵌入式網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器的組成可知，在上述的基礎上，只要再嵌入有智能功能軟件算法的智能功能模塊，即可構成嵌入式智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器。其實(shí)現方案的組成及工作原理框圖如圖2所示。

　　由圖2可知，當多路監控點(diǎn)的攝像機輸出的視頻信號輸入智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器后，即進(jìn)行A/D轉換，并進(jìn)行嵌入式處理，一方面將數字視頻圖像信號送入緩存，另一方面送入嵌入所需功能的智能軟件算法模塊進(jìn)行分析與識別。編碼壓縮模塊一方面將預/報警前的圖像壓縮后送網(wǎng)絡(luò )接口進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )傳輸;另一方面接受經(jīng)智能識別需預/報警的圖像進(jìn)行壓縮再送網(wǎng)絡(luò )接口經(jīng)網(wǎng)絡(luò )傳輸到監控中心。這樣，既可節省網(wǎng)絡(luò )帶寬資源，又可遏制犯罪的發(fā)生。

　　這種智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統擁有更好的系統彈性，相對模擬系統而言，可依靠視頻服務(wù)器來(lái)連接本地的模擬攝像機，并可在通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對其視頻流進(jìn)行監控和存儲前，對視頻流進(jìn)行數字化、智能分析與識別，然后壓縮傳輸。系統的優(yōu)勢是數字化和壓縮的過(guò)程都在本地完成，此時(shí)可通過(guò)已連入互聯(lián)網(wǎng)的現有網(wǎng)絡(luò )設備來(lái)傳輸智能數據，從而可有效降低使用成本。

　　智能軟件算法模塊除嵌入各監控點(diǎn)均需要的基本的智能功能外，其不同場(chǎng)景應用的智能功能則應分別嵌入不同的模塊，這一方面便于按需進(jìn)行組合使用，另一方面避免很多智能功能放一起而需采用高端的價(jià)高的IC。因此，只需要進(jìn)行基本的配置，就可以搜集到特定的智能信息，使管理者更容易決定分派哪些具體的工作。隨著(zhù)各機構希望能增強他們的視頻系統，不同類(lèi)型的分布式智能應用可能會(huì )被組合到一起。而網(wǎng)絡(luò )分布式智能擁有無(wú)限的擴展能力，未來(lái)的擴展就如同搭積木一樣簡(jiǎn)單。

　　結語(yǔ)

　　由上述可知，除了智能網(wǎng)絡(luò )攝像機、智能網(wǎng)絡(luò )DVR等智能視頻監控的產(chǎn)品形態(tài)外，還可組成智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器這一智能視頻監控的產(chǎn)品形態(tài)。而這一產(chǎn)品形態(tài)的優(yōu)勢也是數字化和壓縮的過(guò)程都在本地完成，且智能化的分析識別均是編碼壓縮前的視頻圖像，從而避免了對編碼壓縮后的視頻圖像分析識別的弊病，提高了分析識別的準確率，因而也是智能視頻監控系統較好的一種組成方式。

　　但值得指出的是，一個(gè)城市的大型安防監控系統，不可能是一種智能視頻監控的產(chǎn)品形態(tài)組成的智能視頻監控系統，而是除智能網(wǎng)絡(luò )攝像機、智能網(wǎng)絡(luò )DVR、智能網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器這些智能視頻監控的產(chǎn)品形態(tài)組成外，還需要后端的智能視頻軟件分析識別管理平臺這一智能產(chǎn)品形態(tài)共同構成。