監(jiān)控行業(yè)在數字化推動下發(fā)展十分迅猛，大型監(jiān)控項目更是如雨后春筍般鋪展開來。監(jiān)控網點的增多，一方面給技術防范帶來無死角應用，但另一方面，也帶來很多管理問題，最突出的就是管理效率的降低。對成百上千，甚至上萬個監(jiān)控點的大型項目，光靠有限的人力是無法滿足應用需求的，人們很難發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中哪一個攝像機出了問題，如不能及時解決，就失去了監(jiān)控的意義。北京英思杰科技有限公司安防事業(yè)部安防工程師王會武以“平安城市”項目舉例說明，如果監(jiān)控點為一千個攝像機，在監(jiān)控中心逐個查看的話，是有一定工作量的，但還是可以完成;而如果攝像機的數量上升至上萬或更多的話，龐大的工作量就不是人力所能輕易解決的了。另外，人力也不可能長時間對著監(jiān)視器檢測圖像，否則很多關鍵信息將會由于監(jiān)控人員長時間疲勞工作造成的麻木而遺漏。

　　基于此，智能視頻檢測技術在強烈的需求下，不斷得到完善并投入到實際項目中，并發(fā)揮著越來越重要的作用。以北京朝陽區(qū)的圖像信息系統(tǒng)為例，在建設數年后，系統(tǒng)運行和維護常常需要花費大量的時間和人力，并且不同的維護人員對圖像質量是否合格判斷不一。為解決此問題，該系統(tǒng)引入了東方網力的IVS視頻診斷系統(tǒng)。借助該IVS診斷系統(tǒng)能對視頻圖像的各種參數進行檢測，系統(tǒng)自動判斷不符合標準的視頻，并發(fā)出報警信息及形成統(tǒng)計報表。1臺視頻診斷服務器能完成5000路視頻圖像的自動巡檢，耗時僅需1個多小時，為系統(tǒng)的維護帶來了巨大的便利。

　　需求推動發(fā)展

　　朝陽區(qū)圖像信息系統(tǒng)的視頻診斷應用佐證了視頻質量診斷系統(tǒng)在安防監(jiān)控應用中的重要性。?？低晹底旨夹g股份有限公司產品經理黃丹平說道：“目前已經有不少廠家開始涉足IPC系統(tǒng)診斷研發(fā)，目前主要采用后端統(tǒng)一檢測診斷為主，在前端設備植入診斷算法的廠家還不多?，F(xiàn)今已出現(xiàn)手提式的IPC系統(tǒng)診斷工具，能夠對監(jiān)控系統(tǒng)進行隨機的視頻質量診斷;也有系統(tǒng)型的，在整個監(jiān)控系統(tǒng)中加入視頻質量診斷設備，可隨時對系統(tǒng)的視頻質量進行檢測，給出報表和統(tǒng)計圖等?！?/p>

　　在數目龐大的監(jiān)控系統(tǒng)面前，人工檢測維護費時費力，效率低下，急需一種自動地、定時定期地對系統(tǒng)進行檢測和提醒，以達到對監(jiān)控資源的有效利用，因此，只要是監(jiān)控點數目較多的系統(tǒng)都有集成視頻質量診斷應用的需求。目前在公安部門、交通部門、電力行業(yè)、大型建筑群、“平安城市”項目、監(jiān)控運維商(如電信/移動/監(jiān)控集成商)等各行各業(yè)都對此應用有較大的需求。

　　視頻質量診斷技術從初現(xiàn)端倪到現(xiàn)在，已歷經了近十個年頭，自進入數字化和網絡化時代后，新技術為視頻診斷提供了技術基礎和環(huán)境，隨著監(jiān)控網絡越來越大，視頻診斷應用迎來了高速發(fā)展的局面。

　　技藝日進千里

　　視頻質量診斷系統(tǒng)，其實質就是對圖像效果的智能分析應用，是智能分析系統(tǒng)中的一部分。英思杰王會武直言，視頻質量診斷的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行效率低下的現(xiàn)狀，便于管理者及時發(fā)現(xiàn)視頻監(jiān)控故障，可加快事件響應速度，同時也緩解了人力的不足。

　　系統(tǒng)構成

　　基于視角不同，視頻診斷系統(tǒng)組成表述有所不同：

　　? 按架構組成劃分：可分為服務器和客戶端，此種模式適用于后端純軟件分析系統(tǒng)，系統(tǒng)采用模塊化設計，通過獨立的服務器進行分析，再將檢測結果在客戶端中呈現(xiàn)出來;

　　? 按設備組成劃分：可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，其中軟件系統(tǒng)又可劃分為分析算法和管理軟件;

　　? 按功能模塊劃分：包括視頻質量輪詢診斷模塊、系統(tǒng)診斷信息查詢模塊、系統(tǒng)管理配置模塊以及數據庫(背景幀及診斷報表保存)。

　　算法奠定核心

　　視頻質量診斷系統(tǒng)是通過從數據庫中調取原始圖像(正常圖像信息)與實時視頻圖像進行比對后，判斷實時視頻流的圖像畫質是否處于正常狀態(tài)。運算過程中，要想得出最準確、最接近實際的診斷信息，要求對運行的算法更深度的優(yōu)化。因此，所有接受采訪的廠家均一致認為，視頻質量診斷系統(tǒng)的核心技術就是對各種不同類型的視頻質量問題的檢測算法。

　　據蘇州科達科技有限公司營銷中心副總經理劉志強介紹，截至目前，視頻質量診斷系統(tǒng)可檢測的異常視頻類型有：視頻源丟失、畫面凍結、清晰度異常、亮度異常、過曝、噪聲、偏色、遮擋、移位、條紋、聚焦異常以及云臺失控等，這些異常現(xiàn)象是由不同的原因造成的，因此，視頻診斷系統(tǒng)對不同的異?，F(xiàn)象，所采用的診斷方式也不一樣：

　　? 信號丟失、畫面凍結：通常采用模板比對的方法進行檢測;[nextpage]

　　? 云臺失控：由診斷服務器發(fā)出云臺運動指令，通過圖像的運動情況來分析判斷云臺是否按照指令在運轉;

　　? 對于其它幾種故障，表現(xiàn)出來的現(xiàn)象不同，圖像呈現(xiàn)的特點也不同，結合視頻圖像處理、人眼視覺模型、以及機器視覺的方法，分別設計不同的檢測模塊(檢測器)。

　　從上可知，視頻診斷更多的是采用比對的方式來判斷圖像是否出現(xiàn)異常。?？低曂醯て浇榻B到：“檢測工具主要是應用計算機視覺(Computer Vision)算法，對監(jiān)控系統(tǒng)中前端設備的常見圖像質量故障問題進行診斷, 通過大量的實際場景監(jiān)控視頻片段，對檢測器進行訓練。在診斷過程中，每種檢測器提取相對應的圖像特征，根據事先訓練學習的判斷法則，對故障的類型進行判定，同時確定故障的嚴重程度。對于出現(xiàn)誤判、漏判的視頻，可以加入到訓練樣本中，進行再訓練再學習，以對檢測器進行改進，進一步提高檢測器性能?！?/p>

　　受核心算法的影響，不同廠家的視頻診斷系統(tǒng)的診斷效果會略有差異。目前視頻質量診斷工具能夠對常見的視頻質量問題進行比較準確檢測的如黑屏、條紋干擾、雪花點、畫面凍結等，精度能夠達到80%-90%或更高。

　　為提高診斷的正確率，很多廠家都對自己的產品設計有診斷精度閥值調節(jié)，如東方網力的視頻診斷模塊對各項指標，提供0-100范圍內的自定義設置，可根據實際應用調節(jié)報警閾值。通用情況下，算法的準確率能達到99%，漏報率小于0.5%，誤報率小于1%，有很強的環(huán)境適應性和抗干擾能力。

　　診斷頻率

　　視頻質量診斷系統(tǒng)主要是以輪巡的方式進行，逐個覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)中的每一個設備。影響單位時間內進行視頻質量診斷次數的因素很多，主要有系統(tǒng)容量、硬件性能、檢測算法運行速度、客戶需求等。根據客戶需求和實際情況，目前一般采用以下兩種方式進行輪巡。

　　? 持續(xù)輪巡：就是循環(huán)地對系統(tǒng)中的每一個設備進行檢測，只要設備出現(xiàn)故障即可很快得到發(fā)現(xiàn)并報警;

　　? 間歇性輪巡：為降低系統(tǒng)硬件資源的消耗，只在某一段時間進行輪巡;為能兼顧各種視頻問題的檢測，多采用在白天進行巡檢。

　　為能快速實現(xiàn)系統(tǒng)檢測，很多產品都做到了單路視頻低耗時檢測，如杭州智諾英特科技有限公司研發(fā)的可并發(fā)十路的視頻質量診斷系統(tǒng)，設計要求每幀檢測時間必須低于20ms，單通道檢測時間低于5s。

　　有待臻于完善

　　在各類項目的需求下，視頻質量診斷技術日益受到廠家、用戶的關注?，F(xiàn)如今，專注視頻診斷研發(fā)的廠家已不在少數，幾乎做智能分析/平臺開發(fā)的廠家或多或少支持視頻診斷功能。大型項目畢竟少數，部分廠家認為沒有必要在視頻診斷上為少數的大型項目專門投入更大的人力、物力和財力，若需要時，與第三方廠家合作即可。另外，雖然客戶對監(jiān)控系統(tǒng)擁有更多功能的愿望，但更多功能意味著更多的投入。這些原因導致正在成長的視頻診斷技術仍有很多問題有待完善。

　　硬件處理性能有限

　　無論軟件算法如何優(yōu)良，都是基于硬件實現(xiàn)的，硬件處理能力跟不上，再強大的軟件處理功能也無法完全施展開來。就目前來說，制約視頻質量診斷分析首要問題就是硬件。東方網力IVS產品部同仁指出，視頻診斷是一個復雜的過程，第一，診斷過程需要占用大量的系統(tǒng)資源，這種實現(xiàn)模式會對后端資源帶來較大壓力，特別是隨著高清圖像的增多，對服務器的處理能力依賴性更強;第二，受網絡帶寬的制約，IPC系統(tǒng)診斷工具是基于PC的后端軟件分析，由于需要網絡將視頻傳輸至后端，可能會帶來丟包等問題。目前東方網力研發(fā)了基于4核可并發(fā)進行4路診斷的檢測器，每小時能診斷3600路。在檢測速度方面，無PTZ檢測時，檢測時間小于2.5秒，有PTZ檢測時，檢測時間小于4秒;為解決各類算法的同時運行，他們采用負載均衡原則，即一個系統(tǒng)中集成多個檢測器(檢測模塊)，系統(tǒng)將根據系統(tǒng)的實時負荷能力對視頻流分流到空閑檢測器中進行診斷，達到快速檢測、充分利用系統(tǒng)資源的目的。[nextpage]

　　同時，行業(yè)對硬件的處理性能前景抱著樂觀的態(tài)度，認為問題的存在是暫時的，隨著處理器的更新?lián)Q代，服務器運算能力的限制將會解決;網絡傳輸的問題也將會隨著通信技術的發(fā)展逐漸得到緩解。

　　兼容問題突出

　　對視頻診斷有迫切需求的項目基本都是大型項目，而設備由多個制造商提供的已是大型項目的普遍現(xiàn)象。就目前來說，不同設備間的兼容性尚未解決，這一現(xiàn)狀也會對視頻診斷帶來重大影響，杭州智諾英特副總裁指出：“目前的技術難點主要在于前端不同廠商的編碼設備、不同型號的IPC設備五花八門，存在兼容性問題?！?/p>

　　行業(yè)各自為政的現(xiàn)狀，對項目的順利開發(fā)和應用帶來影響深遠，因此用戶、系統(tǒng)集成商、工程商在選用診斷產品時應該慎重。作為研發(fā)廠家和系統(tǒng)集成商的北京英思杰，其工程師王會武告訴筆者：“在大型的監(jiān)控系統(tǒng)中，可能會有很多家廠商的產品，這時我們就會考慮到多家產品的兼容性，這是選用診斷產品(包括硬件設備和診斷算法)的一個重要因素?！?/p>

　　判斷標準未統(tǒng)一

　　對視頻是否出現(xiàn)質量問題的判斷，行業(yè)間也還存在一定爭議。首先是軟件識別標準的設定，不同廠家在開發(fā)診斷算法時，都有自己的標準。對視頻質量的判斷標準不一致，對同一視頻的診斷結果也會有差異。為解決這一問題，有些視頻診斷研發(fā)廠家，對診斷系統(tǒng)做了靈活性開發(fā)，如文安、東方網力、智諾英特等。我們來聽聽北京英思杰王會武的介紹：“對于視頻質量診斷系統(tǒng)來說，沒有明顯的效果區(qū)別，因此我們沒有固定的視頻質量診斷系統(tǒng)供應商。在具體應用中，(不同產品間)采用相同的檢測閥值來檢測可能會有不同的結果產生。所以對于視頻質量診斷系統(tǒng)在現(xiàn)有系統(tǒng)建設中只能作為參考型系統(tǒng)來應用?！逼浯问侨藶榕袛嗟慕缍?，不同的人，他們對同一個視頻所出現(xiàn)的輕微畫質情況所做的視頻質量問題界定也會不一樣。

　　非常見視頻質量的檢測不完善

　　現(xiàn)有診斷系統(tǒng)多是針對常見的視頻質量問題的檢測，通過長期開發(fā)和應用，識別率得到了很好的保證，艾博信科技(北京)有限公司總經理杜建英認為：“對于一些基本的功能，應該說精度可達到90%以上?！钡珜σ恍r見的視頻質量問題，如中間一條細長白線、視頻重影、陰影、部分黑屏、部分條紋、有菜單字幕等，系統(tǒng)對此類問題，要么檢測模塊中沒有此類檢測功能，要么檢測精度很低，甚至檢測不出來。?？低朁S丹平指出：“這些問題只有研發(fā)廠家不斷深入收集各種不同的問題模型，不斷擴充檢測類型，以逐步完善視頻診斷系統(tǒng)的檢測功能?！?/p>

　　算法期待優(yōu)化

　　算法作為系統(tǒng)核心，是視頻診斷應用成功與否的關鍵，但目前仍存在兩大難點：

　　? 識別精度：診斷系統(tǒng)對圖像質量的診斷依賴于豐富的數據庫，艾博信杜建英認為：“識別精度之所以還有待改善，是因為圖像處理算法相對簡單，通過進行‘圖像理解’技術學習到圖像的動、靜止目標的含義，描述畫面中各種目標的正常狀態(tài)，然后可以通過目標的紋理、邊緣等進行對比，從而更好地實現(xiàn)分析。”由此可知，數據庫的容量和比對算法的優(yōu)化程度是決定系統(tǒng)判斷正確與否的根基。另外，受制于目前的硬件問題，單個識別模塊可并發(fā)處理的算法并不多，如智諾英特的識別器并發(fā)處理算法不超過10種，只有通過算法的優(yōu)化，才能降低識別系統(tǒng)對硬件處理能力的過度依賴，從而單設備才能并發(fā)運行更多算法和提高識別精度應用;

　　? 識別速率：據英思杰王會武介紹，他們所應用的診斷系統(tǒng)對單設備的診斷時間約為2-4秒，要完成對1000路攝像機的輪巡診斷就要一個多小時，攝像機數量越多，所耗的時間越長，不利于大型項目的應用。目前常用的解決方案是采用多臺檢測服務器同時進行。

　　夜間診斷效果不佳

　　由于夜間為黑白畫面呈現(xiàn)，加上夜間燈光的影響，視頻診斷系統(tǒng)很難對畫面問題做出準確判斷，甚至不知是攝像機原因還是環(huán)境原因所造成。海康威視黃丹平認為，這個問題主要解決方法是檢測時間設置繞開夜間，因為檢測頻率一般是一天一次，基本上檢測時間設置在白天，可以較為準確地檢測出攝像機視頻質量問題。[nextpage]

　　展望

　　對視頻質量診斷系統(tǒng)的應用，目前還處于發(fā)展階段，并日益得到用戶的認可。杭州智諾英特羅軍對視頻診斷系統(tǒng)的發(fā)展十分看好，他認為視頻診斷系統(tǒng)可以：

　　? 提高經濟效益，節(jié)約人力物力財力。使監(jiān)控人員從日常巡檢中解放出來，減輕24 小時值班制度對轄區(qū)內的監(jiān)控點進行人工切換巡檢的壓力;

　　? 輔助運行維護考核：大幅度提高IPC系統(tǒng)運行狀態(tài)報告，可以及時和業(yè)主、前端設備廠家或者運營商溝通，大大縮短前端設備維護單位的故障響應時間;

　　? 設備維護更新及時性和針對性：最大化地保證監(jiān)控系統(tǒng)的完好率，為監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供絕對保障;

　　? 真正實現(xiàn)信息資源整合與共享：支持遠程多用戶訪問以查詢處理結果信息，最大程度地滿足不同區(qū)域及時、可靠地查詢各區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況，使得信息資源得到最大化的共享和互通。

　　視頻質量診斷系統(tǒng)不但是智能分析的一部分，更是監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，作為局部，它正在不斷升級和完善中，并對系統(tǒng)全局日益發(fā)揮重要的作用。當然，一個新系統(tǒng)的出現(xiàn)及應用也并非一帆風順，還要面對來自各方面問題的考驗。

　　受理方式轉變

　　前面介紹，目前的視頻診斷主要有兩種處理方式，即后端識別和前端嵌入式識別，哪種方式更符合實際需求呢?北京文安科技發(fā)展有限公司產品經理劉雪飛認為：嵌入式識別的方式解決了視頻碼流大量占用帶寬的問題，同時也能更加實時發(fā)現(xiàn)設備故障，但是由此帶來的問題是前端IPC的功耗升高、IPC設備成本提升。而后端接入識別的方式雖然功耗和成本較低，但是在有限的帶寬下如何能做到及時發(fā)現(xiàn)故障也是一個需要解決的問題。國內的“平安城市”建設最熱的階段已經過去，現(xiàn)在攝像機網絡已經建設完畢，很多都是沒有嵌入式識別模塊的，這些設備短期內不可能會大面積被更換，所以一段時間內，后端系統(tǒng)診斷將占有主要地位。隨著硬件成本的降低和工藝的改善，嵌入式IPC系統(tǒng)診斷將會在未來發(fā)力。艾博信杜建英也對前端嵌入抱有充分信心：“未來算法必然直接嵌入在IPC中。”同時，他也理性地指出嵌入式設計的不足：一臺攝像機只能支持一定數量的診斷功能，如只能嵌入圖像黑屏、過暴、遮擋等簡單的功能，二對畫面滾動、偏色等功能，攝像機中目前尚不具備。

　　延伸應用將拓展

　　隨著診斷系統(tǒng)的完善，其必將會向其它應用方面延伸，使視頻診斷系統(tǒng)不再局限于視頻的質量分析，同時對網絡情況、各個硬件設備的運行狀態(tài)等都同步給予實時診斷，充分發(fā)揮診斷系統(tǒng)的功能。蘇州科達劉志強介紹道，除了圖像分析技術外，視頻診斷系統(tǒng)還要兼顧兩點：一為網管技術，對于一個IP通信系統(tǒng)而言，網管非常重要，其目的主要是設備管理及運行狀態(tài)監(jiān)測。在IP監(jiān)控系統(tǒng)中，網管系統(tǒng)可以實現(xiàn)前端IPC設備的管理，包括設備運行狀態(tài)、傳輸網絡、參數配置、遠程調試等等功能。一個專業(yè)的網管系統(tǒng)還是有比較大的開發(fā)難度的，同時需要遵循標準的網管協(xié)議體系;二是報警聯(lián)動技術，檢測出IPC的設備及圖像問題后，系統(tǒng)要主動進行報警，并聯(lián)動后端系統(tǒng)發(fā)出相應的圖像切換、聲光電警示等動作才是最重要的，這涉及系統(tǒng)性的安防聯(lián)動。

　　人們對視頻診斷系統(tǒng)的需求越來越大，對其所能實現(xiàn)的功能也做了更大的期望，北京文安劉雪飛認為，對于監(jiān)控系統(tǒng)運維人員來說，發(fā)現(xiàn)故障僅僅是第一步，故障的分析、處理、反饋、監(jiān)督以及圍繞設備故障的一切運維行為，對于系統(tǒng)診斷都是具有價值的切入點。拿信號故障來說，信號故障可能的原因有很多，如IPC防護罩污損、IPC本身掉電、IPC與后端鏈路出現(xiàn)異常、后端網絡設備或管理設備異常等等。所以單從視頻信號的角度給出一個故障結論還是不足以解決用戶面臨的問題。用戶需要的不僅僅是可以發(fā)現(xiàn)問題的系統(tǒng)診斷工具，而是要能在發(fā)生故障的同時通過數據分析，得出故障的基本原因，給出可靠的建議。這就要求診斷工具，一方面要與監(jiān)控平臺進行合作，另一方面要深入挖掘用戶需求。未來的診斷系統(tǒng)要能夠提供解決IPC設備運維的一整套解決方案。

　　此外，還有一些人為因素的阻礙，艾博信杜建英提醒道：“我們注意到，在某些地區(qū)攝像機的維護工作是外包出去的，如果有了視頻質量診斷系統(tǒng)，將會增加外包維護人員的工作量，因此這部分人對系統(tǒng)診斷產品有很大抵制情緒，有些甚至故意破壞獨立的視頻診斷系統(tǒng)服務器。”由此引發(fā)的管理問題，還需使用者和管理者在將診斷系統(tǒng)投入運營時做好人員組織的管控。

　　從視頻質量診斷系統(tǒng)的應用需求角度看，其發(fā)展勢頭強勁。以發(fā)展現(xiàn)狀和技術現(xiàn)狀衡量時，其注定仍有很長的路要走。一路曲折只為越走越直，在這么多同行的共同助推下，相信視頻診斷系統(tǒng)將會在大型安防監(jiān)控應用中承擔起智能分析、診斷及管理的重要角色，推動大型項目解決方案的合理性，促進行業(yè)朝著更為成熟的方向發(fā)展。