廣電技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換及應(yīng)用

????? 隨著IP高清監(jiān)控逐漸成為安防的發(fā)展趨勢(shì)，越來(lái)越多的監(jiān)控設(shè)備和管理系統(tǒng)在參考系數(shù)以及應(yīng)用和功能等方面，與廣電領(lǐng)域產(chǎn)生了更多的交集。安防現(xiàn)在經(jīng)歷的高清、網(wǎng)絡(luò)、開(kāi)放、智能等，如果廣電領(lǐng)域不具備這些能力根本無(wú)從談起。本文以廣電領(lǐng)域ASMF系統(tǒng)技術(shù)、智能轉(zhuǎn)場(chǎng)識(shí)別技術(shù)、MSB技術(shù)在安防行業(yè)的應(yīng)用為例，探討廣電技術(shù)在安防產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展趨勢(shì)，以為業(yè)內(nèi)人士提供借鑒。

　　近兩年，安防行業(yè)高速發(fā)展，“平安中國(guó)”、“平安城市”以及奧運(yùn)會(huì)的承辦為我國(guó)安防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入勃勃生機(jī)，也為我國(guó)的安防產(chǎn)業(yè)、企業(yè)提供了快速發(fā)展的機(jī)遇，帶動(dòng)了安防技術(shù)的迅速發(fā)展和提升。近年來(lái)的發(fā)展表明，安防技術(shù)的總體趨勢(shì)是朝著高清化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向大步邁進(jìn)。而在廣電領(lǐng)域，通過(guò)多年的發(fā)展，高清制播、圖像智能化分析和全臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化等技術(shù)已非常成熟，在各個(gè)電視臺(tái)中已經(jīng)普遍應(yīng)用。

　　ASMF高碼率可滿足安防高清需求

　　最初，“高清”概念與標(biāo)準(zhǔn)是廣播電視業(yè)提出的。主要有三種標(biāo)準(zhǔn)：720P、1080i、1080P，其畫(huà)面寬高比定義為16:9。720P即是1280×720分辨率，1080i與1080P是1920×1080分辨率，后綴“i”和“p”分別表示隔行掃描與逐行掃描。其中，1080P是最高等級(jí)的高清視頻清晰度標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于快速移動(dòng)目標(biāo)的圖像采集，相比隔行掃描，逐行掃描可以獲得更好的動(dòng)態(tài)圖像，隔行掃描將會(huì)產(chǎn)生圖像晃動(dòng)現(xiàn)象。高清視頻編碼最常用的編碼格式是MPEG-2、MPEG-4、H.264和VC-1這四種算法。H.264相對(duì)于MPEG-2、 MPEG-4而言，其壓縮效率是三種編碼中最高的。(見(jiàn)圖1)

編碼結(jié)構(gòu)

　　高質(zhì)量、高效率的編解碼器是高清圖像處理的關(guān)鍵，能同時(shí)支持高效全格式幀精確編解碼的技術(shù)是構(gòu)建高清安防系統(tǒng)的必要條件。在廣電，根據(jù)高清節(jié)目的內(nèi)容采用了不同的碼率，如低端的新聞、教育等節(jié)目的制作采用較低的18Mbps的碼率，而高端的節(jié)目制作，包括電視劇、體育等一般采用200Mbps的碼率。相對(duì)于安防4Mbps到10Mbps的高清碼率，廣電節(jié)目制作系統(tǒng)對(duì)高清圖像的編解碼實(shí)時(shí)處理要求遠(yuǎn)超過(guò)安防高清系統(tǒng)的要求。

?? 　　我們知道MPEG系列壓縮保準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流主要是由I、B、P幀構(gòu)成的圖像組(GOP)為一個(gè)單元，只有I幀是全幀(參考幀)，而B(niǎo)、P是預(yù)測(cè)幀，在數(shù)據(jù)流播放過(guò)程中，若直接對(duì)碼流進(jìn)行切換，必須等到I幀到來(lái)，這樣就產(chǎn)生了時(shí)延，延遲時(shí)間取決于圖像組(GOP)的長(zhǎng)度。是否不必從I幀作為入口，而做到精確任意幀播放和檢索?這是可以的，在廣電的非線性編輯系統(tǒng)中就實(shí)現(xiàn)了幀精確的播放和快速連續(xù)搜索，在播放和搜索過(guò)程中，可流暢地看到每一幀，并能精確地停在任何一幀(I、B、P幀)，可以逐幀搜索，還可實(shí)現(xiàn)精確快速連續(xù)倒放和逐幀倒放搜索。同樣，對(duì)于H.264、MPEG-4壓縮格式也實(shí)現(xiàn)了毫秒級(jí)響應(yīng)的幀精確定位。而在安防領(lǐng)域目前普遍只做到了秒級(jí)檢索定位。

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　　眾所周知，高清意味著高碼率，如何在實(shí)現(xiàn)高碼率數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，兼顧高安全性、高實(shí)時(shí)性、高性能的要求?為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們需從文件格式著手。MXF是英文Material Exchange Format(文件交換格式)的詞頭縮寫(xiě)，MXF被設(shè)計(jì)可用于包裝MPEG–2數(shù)據(jù)流、DV數(shù)據(jù)流、YUV數(shù)據(jù)流、PCM音頻文件以及幾種格式的數(shù)據(jù)庫(kù)文件(同步或非同步模式)。MXF可以同時(shí)處理打包多條軌道的音視頻和數(shù)據(jù)庫(kù)文件，它被設(shè)計(jì)為既支持流媒體傳輸又支持文件的傳輸。在專業(yè)廣播電視環(huán)境中MXF被廣泛使用，結(jié)合安防監(jiān)控高清碼流數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，我們?cè)贛XF基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種專用于高清圖像存儲(chǔ)的格式，稱為高級(jí)媒體文件系統(tǒng)(Advanced Security Media Format)縮寫(xiě)為ASMF。

　　文件由文件頭、文件體和文件尾組成。文件頭作為文件的開(kāi)始包含了該文件視音頻軌道數(shù)、時(shí)間長(zhǎng)度等基本結(jié)構(gòu)信息，文件體用來(lái)存放視音頻數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的索引等信息，文件尾作為文件結(jié)束點(diǎn)，用來(lái)包含最終的媒體和元數(shù)據(jù)信息，同時(shí)可以利用其中的關(guān)閉與否的標(biāo)記，來(lái)決定更新信息是否可用。

　　ASMF完全獨(dú)立于操作系統(tǒng)，直接對(duì)磁盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，具有極高的I/O讀寫(xiě)性能，全面滿足高清系統(tǒng)讀寫(xiě)要求。通過(guò)智能磁盤(pán)I/O調(diào)度算法，可有效避免磁盤(pán)讀寫(xiě)“沖突”。分散式實(shí)時(shí)備份的ASMF RAID能夠提供大于RAID0+1的數(shù)據(jù)安全性，確保磁盤(pán)意外損壞的情況下讓數(shù)據(jù)不受到影響。(見(jiàn)圖2)

文件系統(tǒng)格式

?? 同時(shí)，ASMF文件支持通道、多個(gè)不同時(shí)間片斷視音頻數(shù)據(jù)的聚合保存。使得各個(gè)音視頻片斷之間建立關(guān)聯(lián)，更加富有邏輯性。比如我們可以把一個(gè)案件相關(guān)的幾個(gè)攝像頭錄制的場(chǎng)景，幾個(gè)涉案人物對(duì)應(yīng)的片段都存放在同一個(gè)文件中，與之相關(guān)的事件信息，場(chǎng)景描述信息，關(guān)鍵段落信息等元數(shù)據(jù)(MetaData)作為輔助和描述信息也保存在ASMF文件中，從而使資料使用過(guò)程中具有更好的訪問(wèn)性能和更方便高效的提取和操作。

　　ASMF文件格式支持內(nèi)容的高效訪問(wèn)和快速“幀精確”定位。支持多層、分布、金字塔式的超級(jí)索引模式，定位時(shí)采用逐層分段查詢?cè)L問(wèn)的方式，能夠快速精確定到文件中的任意幀及視頻段，而不需要分析整個(gè)索引，極大地提高文件定位和響應(yīng)。

?? 轉(zhuǎn)場(chǎng)智能識(shí)別技術(shù)在安防的應(yīng)用

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　　另一方面，廣電領(lǐng)域中獨(dú)具特色的智能化轉(zhuǎn)場(chǎng)識(shí)別技術(shù)也可用于安防系統(tǒng)。轉(zhuǎn)場(chǎng)是視頻場(chǎng)景與場(chǎng)景之間的過(guò)渡或轉(zhuǎn)換，例如在報(bào)道一家企業(yè)時(shí)，前一場(chǎng)最后一個(gè)鏡頭是在企業(yè)拍攝的產(chǎn)品，下一個(gè)鏡頭是在市場(chǎng)拍攝的產(chǎn)品，報(bào)道就由車(chē)間轉(zhuǎn)到了商店，由生產(chǎn)轉(zhuǎn)到了銷售，這個(gè)場(chǎng)景的轉(zhuǎn)換在廣電領(lǐng)域就稱為轉(zhuǎn)場(chǎng)。當(dāng)時(shí)這個(gè)轉(zhuǎn)場(chǎng)智能識(shí)別技術(shù)被國(guó)外廠商所掌握，后來(lái)國(guó)內(nèi)的廠商通過(guò)自主研發(fā)掌握了轉(zhuǎn)場(chǎng)識(shí)別核心技術(shù)。

　　通過(guò)轉(zhuǎn)場(chǎng)智能識(shí)別技術(shù)，能對(duì)存儲(chǔ)的素材按轉(zhuǎn)場(chǎng)進(jìn)行鏡頭分割，自動(dòng)生成該素材的分鏡頭列表，并提供快速的分鏡頭定位。從目的上講，智能轉(zhuǎn)場(chǎng)識(shí)別與安防的移動(dòng)偵測(cè)識(shí)別的目標(biāo)是一致的，都是通過(guò)檢測(cè)圖像的畫(huà)面變化識(shí)別出不同的場(chǎng)景，不過(guò)轉(zhuǎn)場(chǎng)智能識(shí)別技術(shù)屬于更高級(jí)的視頻分析技術(shù)，識(shí)別的精度更高。并且基于轉(zhuǎn)場(chǎng)智能識(shí)別技術(shù)，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)圖像的黑場(chǎng)、彩條、雪花的檢測(cè)，這些技術(shù)在安防系統(tǒng)中可用于檢測(cè)攝像機(jī)的工作狀態(tài)，成為自動(dòng)檢測(cè)攝像機(jī)圖像系統(tǒng)工作狀態(tài)的技術(shù)手段。

　　在廣電領(lǐng)域中，體育節(jié)目制作部門(mén)會(huì)經(jīng)常制作一個(gè)足球精彩射門(mén)集錦，以前都是通過(guò)制作人員逐個(gè)瀏覽足球賽錄像資料，將其中的精彩片段剪輯到一起，非常耗時(shí)，工作效率非常低。后來(lái)廣電設(shè)備廠商針對(duì)這個(gè)問(wèn)題研發(fā)了一個(gè)足球精彩度分析智能算法，能自動(dòng)分析錄像中足球射門(mén)鏡頭，并這些鏡頭自動(dòng)剪輯成一個(gè)短片，制作人只需對(duì)剪輯完成的短片做出簡(jiǎn)單調(diào)整就可播出，極大地縮短了節(jié)目制作周期。這里的足球精彩度分析智能算法其實(shí)就是安防領(lǐng)域中提到的視頻智能算法，通過(guò)識(shí)別畫(huà)面中的人群密度，足球運(yùn)動(dòng)速度、球門(mén)的特征和守門(mén)員特殊的服裝顏色等參數(shù)準(zhǔn)確識(shí)別出射門(mén)的精彩鏡頭。

　　除了基于視頻的圖像智能分析外，廣電還有語(yǔ)音的智能分析技術(shù)，主要用于分析播音員的聲音，通過(guò)聲音識(shí)別自動(dòng)對(duì)齊屏幕下方的字幕。在安防領(lǐng)域該技術(shù)可應(yīng)用到監(jiān)控環(huán)境中的異常聲響的識(shí)別，如爆炸聲、槍聲、呼救聲等。

　　MSB在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)

　　目前，隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的發(fā)展，視頻監(jiān)控開(kāi)始向道路交通、企業(yè)信息化、家庭、教育、醫(yī)療等新的應(yīng)用領(lǐng)域滲透。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，與模擬和數(shù)字監(jiān)控技術(shù)相比，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控利用了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和低成本擴(kuò)展監(jiān)控范圍。然而我們也應(yīng)該看到，當(dāng)前安防網(wǎng)絡(luò)化的重點(diǎn)側(cè)重在多個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)間的聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控與相關(guān)業(yè)務(wù)、與工作流程的結(jié)合還比較少。在這方面，廣電領(lǐng)域的MSB(媒體服務(wù)總線，見(jiàn)圖3)高清全臺(tái)網(wǎng)的技術(shù)體系架構(gòu)就與用戶的業(yè)務(wù)和流程結(jié)合的較好，通過(guò)在中央電視臺(tái)、奧運(yùn)會(huì)等項(xiàng)目的運(yùn)用，取得了不錯(cuò)的效果，非常值得廣大安防廠商在設(shè)計(jì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)借鑒。

高清系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

??? 　在廣電領(lǐng)域中，MSB是根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)，以SOA為技術(shù)理論基礎(chǔ)，結(jié)合多種開(kāi)發(fā)技術(shù)及協(xié)議規(guī)范，用于電視臺(tái)全臺(tái)信息化建設(shè)的核心架構(gòu)。MSB分為兩個(gè)部分：架構(gòu)和協(xié)議規(guī)范。從架構(gòu)上講，MSB是面向廣電行業(yè)、各行業(yè)多媒體相關(guān)應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)及業(yè)務(wù)整合目標(biāo);以SOA思想為藍(lán)本，吸收了SOA里ESB、BEPL等先進(jìn)理念。具有SOA體系松耦合、協(xié)議轉(zhuǎn)換、路由、流程定義等所有的核心優(yōu)點(diǎn);支持媒體總線功能。實(shí)現(xiàn)媒體文件的松耦合、格式轉(zhuǎn)換、路由及交換功能;以“服務(wù)”為主的思路實(shí)現(xiàn)多個(gè)子系統(tǒng)的互聯(lián)互通。從協(xié)議規(guī)范的角度來(lái)說(shuō)，MSB用XML schema逐步定義了一套基于電視臺(tái)典型業(yè)務(wù)抽象的業(yè)務(wù)規(guī)范;用“服務(wù)”、“接口”、“參數(shù)”具體表現(xiàn)了業(yè)務(wù)規(guī)范。

??? 每個(gè)模塊定義的主要功能如下：

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　　· 系統(tǒng)資源注冊(cè)：實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)類別、技術(shù)體系類別等、通信地址等參數(shù)注冊(cè)及存儲(chǔ);

　　· 協(xié)議轉(zhuǎn)換中介：以“技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)的業(yè)務(wù)規(guī)范”為準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)了不同技術(shù)封裝的業(yè)務(wù)協(xié)議的格式轉(zhuǎn)換。還可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)規(guī)范內(nèi)容轉(zhuǎn)換;

　　· 媒體處理中介：實(shí)現(xiàn)了媒體的遷移、格式轉(zhuǎn)換、媒體分析等功能間接口;

　　· 信息總線：承載元數(shù)據(jù)通訊的邏輯鏈路;

　　· 業(yè)務(wù)規(guī)范：完成了與技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)的業(yè)務(wù)規(guī)范基礎(chǔ)框架制定，并給出了和協(xié)議封裝無(wú)關(guān)的XSD定義;

　　· 媒體總線：承載媒體文件流動(dòng)的邏輯鏈路;

　　· 業(yè)務(wù)監(jiān)控及管理服務(wù)：提供獲取注冊(cè)在總線上的系統(tǒng)服務(wù)狀態(tài)，瀏覽系統(tǒng)運(yùn)行日志，干預(yù)服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的服務(wù)接口;

　　· 業(yè)務(wù)流程定義服務(wù)：提供按用戶設(shè)置策略，定義幾個(gè)系統(tǒng)間的服務(wù)執(zhí)行流程的服務(wù)接口。

　　從宏觀來(lái)看，MSB是一個(gè)總線的結(jié)構(gòu)，其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)都通過(guò)一個(gè)服務(wù)接口層插接在總線上。從整個(gè)概念來(lái)講，它更像一塊無(wú)源的工控機(jī)主板，里面駐留了一些基礎(chǔ)的配置模塊和路由模塊。業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的插接件，接入到不同規(guī)格的接口上。

　　總的來(lái)說(shuō)，廣電領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)在安防領(lǐng)域中具有很大可移植性，為安防系統(tǒng)的建設(shè)、整合、發(fā)展提供了一個(gè)新的思路。一方面我們可采取拿來(lái)主義，將廣電領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)借鑒到安防系統(tǒng)的建設(shè)中，另一方面，我們也要根據(jù)安防的特點(diǎn)做技術(shù)創(chuàng)新，共同推動(dòng)智能高清監(jiān)控時(shí)代的來(lái)臨。