安防领域技术发展趋势课件.ppt
安防领域技术发展趋势,缪希仁 福州大学电气工程与自动化学院,2014年9月17日,摄像机产品技术趋势,安防行业总体发展趋势,高清存储的现状、趋势与挑战,报警技术趋势,门禁（身份识别）的发展趋势,GIS与安防系统融合技术趋势,安防监控平台技术趋势,市场产品同质化，竞争向更加深入的专业化发展 产品技术的专业化+应用行业领域解决方案（垂直领域、个性化）联网需求日渐强烈，注重联网和系统集成能力 突破以往信息孤岛式的多点联网体系，还要求自身的安防系统和其它管理系统（与公安报警系统、企业内部的办公管理系统等）联网，需要统一的安防管理平台。,安防行业总体发展趋势,数字化、网络化、智能化,安防系统=视频监控系统+报警系统+门禁系统,摄像机产品技术趋势,高清摄像机,高像素摄像机,高帧率摄像机,球型网络摄像机,摄像机产品技术趋势,1 高清摄像机高清摄像机（IP高清，非压缩的高清如HD-SDI等）已逐渐成为主流前端类型。通常以分辨率（像素数）的不同来划分规格：如200万像素（1920*1080）、300万像素（2048*1536），乃至500万，甚至800万、1000万的超高像素摄像机。实际应用中，可根据不同使用环境，产品特性有许多不同的功能选项：适用于明暗反差较大场景的宽动态；适用于较暗环境的低照度；适用于主动报警的智能视频分析；感兴趣区域、透雾、3D降噪等等。,摄像机产品技术趋势,1 高清摄像机 1.1高清摄像机的基本指标与功能 摄像机传感器CMOS或CCD CCD主要应用于模拟，1080P以上高清几乎均采用CMOS：CCD：满足高清应用，制造成本高于CMOS的成本，灵敏度高、响应速度低；CMOS：早先CMOS受制于低照度已逐步解决，其数据处理能力有明显优势。视频压缩算法 最大限度地满足压缩比的前提下，保留最完好的画面信息；提供较好的画质前提下，具有更低的码流（占用更低的网络带宽和更少的存储空间）；目前主流应用的压缩算法为H.264，其依次定义为Baseline、Main、Extended和High Profile四个级别，级别越高，相同画质下的码率越小，但其算法难度就越大。现阶段，H.264 High Profile 600万像素平均码流8-9M，峰值12M，延迟400s以内。,摄像机产品技术趋势,1 高清摄像机 1.1 高清摄像机的基本指标与功能 宽动态和底照度 在室外复杂环境（光照偏暗、逆光、或场景明暗反差大），保证图像效果且同时看清楚亮处和暗处，需要摄像机有良好的底照度性能和宽动态效果，以保证图质不受或少受环境影响。三码流技术 高清的高码流与有限的带宽资源产生矛盾，提出双码流/三码流技术：第1路：高清视频供录像存储；第2路：供远程监控；第3路：用于移动监控，可以是更低分辨率的视频，以满足手机和移动设备的监控所需。一般，分辨率、码流率和帧率均可以由用户自主设定，能满足不同的网络环境需求，多码流已是高清网络摄像机必备功能。,摄像机产品技术趋势,1 高清摄像机 1.1 高清摄像机的基本指标与功能 智能视频分析 对自身工作状态检测报警，如遮挡、网线断、地址冲突、存储器满或错等类的视频报警；对视频图像异常内容或对定义的某规则进行智能分析检测，如徘徊、越线、行进方向、目标长度、人数统计等；高清+智能：确保智能分析的准确性，减少外置智能分析设备的成本和网络压力，变被动监控为主动防范。小结高清系统面临的问题：高码流的带宽压力，存储压力，实际工程成本过高、平台容量和管理、设备兼容与接入等。,摄像机产品技术趋势,1 高清摄像机 1.2 高清摄像机数字降噪技术 技术背景：（1）目前建设一个高清IP视频监控系统，约一半的成本花在构建承载网络以及采购足够的存储介质；（2）在保证画质和流畅性的前提下，是否能有效降低高清IP摄像机的码流，从而改善监控网络的负载同时降低存储成本？720P高清摄像机：需4Mbps左右码流；1080P高清摄像机：需6-8Mbps码流。视频属于媒体流，即不间断的持续大数据量，因此，建设一个全高清IP数字监控系统，需考虑2个要素：监控网络的承载能力、存储容量大小。,摄像机产品技术趋势,1 高清摄像机 1.2 高清摄像机数字降噪技术 IP摄像机的结构,DSP芯片,视频,视频信号处理视频处理算法,编码芯片,压缩算法,视频码流,网络芯片,视频编码,摄像机产品技术趋势,1 高清摄像机 1.2 高清摄像机数字降噪技术 降噪技术 实现：由摄像机内部的DSP芯片实现。原理：捕捉画面中噪点，用特定方法加以抑制甚至消除。数字降噪技术（DNR）：噪点虽然杂乱且不规则，但其具备某些特征；DSP中特定的算法可以将噪点的特征进行分析提取，并加以识别与消除。DNR副作用：拍摄移动物体时，可能产生拖影。实际使用时，选择DNR降噪级别在于平衡噪点与拖影。DNR的作用：对运动画面的噪点往往也当作运动元素来处理，一旦开启DNR的降噪功能，就可实现画面中噪点的抑制，此时编码无疑可以降低传输带宽和存储资源消耗。,摄像机产品技术趋势,1 高清摄像机 1.2 高清摄像机数字降噪技术 智能降噪的实现 实现：将传统的降噪技术和传统的移动侦测技术有机结合起来，使摄像机能自动判断画面的内容，有选择地启用或者停用降噪技术。具体过程：,DSP判断画面运动,正常运动 取消噪点抑制算法，保证画面流畅不拖影，DSP输出不具有噪点的运动画面，编码芯片充分工作，用充裕的码流确保视频的流畅。,噪点 DSP启用噪点抑制算法，则编码芯片不会浪费过多资源对噪点编码，且输出码流较低的压缩视频。,摄像机产品技术趋势,2 高像素摄像机 在1080P高清网络摄像机的技术上发展起来的最新高清视频技术，其核心技术是传感器芯片的高像素，一般达到500-1000万以上像素即可称为高像素网络摄像机，目前已有500万、800万、1200万像素产品。目的：解决1080P摄像机清晰度依然不佳，低帧率（25帧）造成的抖动，以及呼吸效应等造成的清晰度降低的原因。2.1 高像素摄像机产品特点及适用场景 采用CMOS芯片（集成度高、数据读取及光电转换快），清晰度提高、灵敏度降低；具备智能分析功能，具有日夜转换、宽动态、可视画面更宽、低照度、色彩还原能力强、灵活的图像压缩技术等。适用于智能交通、金融领域、重要机关出入口、机场、车站、军事单位等。,摄像机产品技术趋势,2 高像素摄像机 2.2 高像素摄像机应用存在的问题 在低照度和日夜转换性能上，需加以改善（相同尺寸的感光器件，像素越高，每个像素的进光量越小）；采用高帧技术克服低帧率比造成的高速运动物体抖动问题；高像素增加了芯片的处理速度和对内存及后台设备的软硬件技术要求:一般每台高像素摄像机的带宽6-8Mbps，如一个项目按100台基本配置全高像素网络摄像机，网络传输需以万维网和光纤为基本的最低配置，带来设备升级换代的困难；目前，管理平台也存在着高像素设备码流控制平稳性和图像稍有卡顿需要解决的问题。,摄像机产品技术趋势,3 高帧率摄像机 采用H.264编码格式，一般每秒在50帧以上的摄像机。技术基础：DSP芯片的编码模块和ISP模块性能提升。3.1 高帧率摄像机产品特点及适用场景 主要特点：画面的连续性好，流畅性、平滑度高，清晰度高，画质细腻。适用性：可以捕捉人物或物体高速运动的画面，适用于医疗远程诊断及手术、铁路智能管理、高速公路监控系统、精密生产监督、高空监控、智能分析算法等。3.2 高帧率摄像机技术难点及发展 传感器：高速成像能力，具备更高的传输带宽，同时解决本身更高的发热量问题。目前，主流厂商的传感器已经可传输最大60fps的图像。总线传输：高分辨率、高帧率带来数据量的爆炸式膨胀，要求生产厂商必须对产品总线传输设计，提出成熟的解决方案，以实现高帧率下数据传输。,摄像机产品技术趋势,3 高帧率摄像机3.2 高帧率摄像机技术难点及发展 视频处理器：高帧率设备产生的高数据量要求设备有一个强大的内核，能及时完成图像数据处理，目前Ti公司DaVinci技术包含DSP+ARM双核架构的SoC芯片，搭载A8、A9处理芯片。编码压缩算法、存储、网络带宽：存储、网络带宽1080P50fps的设备要求码率在6-8Mbps左右，与1080P25fps先比，其存储空间和网络带宽翻倍。算法提升新一代H.265技术即将步入监控领域，在保留H.264原有某些技术基础上，主要用于改善码流大小、编码质量、图像延迟和算法复杂度之间的关系，达到优化设置；该技术将为高帧率技术降低应用成本奠定基础。整机散热 目前主流厂商的高清监控摄像机采用全金属外壳，内部多采用纯铜导热管等散热，可将热量更迅速地散发出去。,摄像机产品技术趋势,4 球型网络摄像机 概述：几年前，在视频监控网络化的过程中，模拟球机逐渐转化为标清网络球机。然而，由于传统模拟球机厂家和一些小规模球机厂家在网络方面研发能力有限，开发网络球机的厂家不多，另外成本优势也不明显，所以标清网络球机在市场上推广和使用不太多。现状：出现了130万和200万像素高清球机，产品形态上包括了网络高清球机和数字高清球机。数字高清球机：非压缩的数字视频信号，数据传输接口为SDI接口，其组网和配套设备成本较高，使用不太广泛。网络高清球机：发展快且市场需求量大，由于用户关注夜晚的图像质量，带红外的网络高清球使用量非常大，远远超过非红外高清球。,摄像机产品技术趋势,4 球型网络摄像机 发展方向：网络高速球尚处于发展阶段，还有较大的发展空间。其发展方向为高清、红外、低照度、低码流。清晰度：枪机和半球已经有500万甚至800万像素，但高速球还只有最多300万像素；瓶颈机芯镜头，还不能达到很高像素，需要突破。红外补光：从开始多颗小功率红外灯，后来发展了一段时间阵列式红外灯，到现在大多数采用大功率补光灯；大功率补光灯包括有激光红外灯、白光灯、大功率点阵式红外灯。低照度：还有挖掘空间，如改善镜头透光率、优化ISP和3D降噪等，也可以选择更好的传感器（靶面越大，低照度效果越好，但需要机芯镜头配合，以匹配大靶面低照度传感器）。低码流：H.265标准与H.264标准相比，其码流可以减少一半左右，这是后续高清球编码发展的方向。,概述：随着高清技术的普及，国家大联网任务的提出，高清视频监控大规模应用已成为必然趋势。要实现大规模高清监控，必须从视频源的采集、视频信号的编解码、视频信号的传输、视频实时监控与记录、录像文件的回放等环节全面支持高清。这就给高清监控系统的存储带来了一系列的现实挑战。,高清存储的现状、趋势与挑战,1 高清存储的现状 1.1 视频监控存储系统主要的实现方式 DVR 技术简单，易于实现；分布式存储结构，可分散存储带宽压力；存储设备的硬盘采用顺序写入的方式，非工作盘处于休眠状态，能耗低且硬盘寿命长；同时其设备故障点分散，单一设备故障不会影响整个系统的问题等优势。然而，随着网络技术的发展，对存储空间的共享等要求越来越高，DVR无法实现存储空间的共享、灵活性差且利用率低，面临着可能的淘汰。NVR 与产品前端是模拟摄像机的DVR不同，NVR具有更多样性，它可接入视频服务器（视频编码器），网络摄像机及更高的高清摄像机；相较于DVR，NVR部署灵活；布线便捷、成本低；安装设置上即插即用；灵活可靠存储；安全加密；使用简单，操作便捷；全程管理，集中维护。可见，NVR已具备取代DVR的基础。,高清存储的现状、趋势与挑战,1 高清存储的现状 1.1 视频监控存储系统主要的实现方式 IP SAN 在高清数据中心集中存储中，以IP SAN存储居多，SAN是基于光纤通道或IP标准的存储结构；先进的IP网络技术减少了SAN存储设备的配置、维护的复杂程度，整个系统支持跨平台数据共享。1.2 高清存储技术现状 中小型项目：采用NVR存储方案，面向客户易操作维护，成本较低且存储要求比较低的应用场合。大中型项目：采用集中存储+NVR分布式存储方案。,高清存储的现状、趋势与挑战,2 高清存储的新技术趋势 H.265 在有限带宽下传输高质量的网络视频，仅需原先一半的带宽即可播放相同质量的视频。云存储 通过集群技术、分布式文件系统和网络计算等技术，将多个存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供同一种服务和更好更强大的数据访问功能。它采用网络虚拟化技术，将数据分散在云端，通过相关平台、利用相关软件进行数据的虚拟化存储、安全管理、备份以及系统性能优化，解决数据共享、高并发访问、数据备份及安全管理，最终实现系统的弹性扩容、IO性能优化以及降低成本，从而实现资源效益最大化。,高清存储的现状、趋势与挑战,2 高清存储的新技术趋势 虚拟存储 可大幅度提高存储系统的整体访问带宽，也可为存储资源管理提供更好的灵活性；同时，虚拟存储技术提供了一个大容量大存储系统的集中管理手段，由网络中的一个环节（如服务器）进行统一管理，避免了由于存储设备扩充带来的管理麻烦等。流存储技术 可以利用流媒体协议从编解码器直接获取录像文件，从而节省存储服务器成本；其次，流存储索引方式较为快速，可以更精确、及时地进行定位和检索；此外，使用流存储技术的安防监控系统可以通过策略控制和视频流协议从前端编码设备进行直接取流，同时可满足各平台和客户端的直接接入，方便对监控数据进行检索、浏览、下载及回放等。,高清存储的现状、趋势与挑战,3 高清存储面临的挑战 大容量空间需求与空间占用、能耗之间的平衡 网络环境 存储设备自身的安全保障 智能分析技术影响网络存储效率 智能分析技术主要难点：背景复杂性、目标特征取舍、遮挡问题、兼顾实时性与鲁棒性等 上述这些难点均会影响存储数据的准确性、完整性以及可靠性，从而影响网络存储的效率。,高清存储的现状、趋势与挑战,4 高清存储的未来展望 存储的智能化 智能化即存储增加更多的智能化应用，高清采集到存储能够根据场景变化、人数等关键词进行检索分析，针对关键信息进行有效高清数字化存储。存储的标准化 标准化则是存储支持各种国内外标准接入协议，进一步支持即插即用，无需二次开发。,高清存储的现状、趋势与挑战,防盗报警的智能入侵信息采集是今后发展方向 智能分析报警技术已日趋成熟，它将和多重技术复合探测、视频复合的可视化联动一起在需要报警的各种场合得以应用；此外，实用的智能视频识别报警和定制化开发的各种和视频结合的报警软件平台，一起加入了防盗报警行业，使防盗报警行业不再是单一的感应探测器的天下，从此防盗报警又产生了一支新的生力军。多重技术复合报警探测器的智能化更加完善 视频复合联动可视化报警探测器逐步实用化 智能分析报警信息探测技术快速进入报警行业 多重技术复合报警探测器的智能化更加完善,报警技术趋势,从静态的专有门禁架构过渡到更安全、开放、灵活的解决方案，并为客户提供新产品和技术，从而推动其业务发展；结合门禁与IT安全功能，将改变各机构的运营方式，创造新优势；在IT安全威胁环境快速变化的背景下，强大的身份检验技术尤为重要，并将应用于出入管理；通过多层策略以实现强大的身份验证；移动访问控制功能将逐步普及；将进入近距离无线通信（NFC）验证服务的新时代；智能化将进一步向门禁应用扩展，并将进一步利用IP架构以及未来的智能电话功能实现访问控制；打印和编码技术的进步将简化卡片定制过程，同时加快耐用卡片的制作速度，并且可以随时随地安全发行；访客管理系统将继续从各个公司扩展到学校、医院和其它机构，因为一些备受关注的事件已经证明：安全和安防功能不应仅限于书面记录；多功能电子ID卡（eID）的应用将在全球范围内加速。,门禁（身份识别）的发展趋势,概述：从费用和数量来看，平台在整个安防系统尤其是视频监控中所占的比重远没有摄像机大，但它建成后的系统应用起着决定性的作用；近几年来，各种行业解决方案、通用解决方案的发展普及使得大家对上述认识趋于一致。1.监控平台的发展过程 安防（视频）监控平台产品发展的三个技术阶段：第一阶段：以模拟视频切换矩阵为代表产品的模拟监控技术，通过矩阵实现多个模拟摄像机的连接管理，然后向电视墙输出。这一时期的平台功能相对简单，业务较少，强调模拟视频的切换控制，且不具备平台意义上的系统管理功能，属于平台产品的机械阶段。第二阶段：数字模拟相结合的监控技术，典型的小容量产品是DVR产品。DVR的优势是简单方便，其缺陷是容量较小，通常只有16路或32路，不适合中大容量的组网，对于平台来说功能尚少。DVR的互联互通、硬盘的可靠性等方面是一些从根本上难以解决的缺陷。,安防监控平台技术趋势,第三阶段：数字监控平台，比较有代表性的产品是基于服务器的软件管理平台或嵌入式硬件的一体化平台，既可以管理网络摄像机（IPC）、视频服务器（DVS），又可以接入一些主流的DVR，容量从几十路到上万路不等。现阶段比较成熟的视频监控管理平台大都可以实现对视频监控系统全网的设备管理、用户权限管理、视频数据流管理、录像存储管理、设备扩容、增加新业务或者改变业务种类、视频监控系统与其它系统集成等各种功能。,安防监控平台技术趋势,2.监控平台的发展趋势 2.1 平台的结构化分化 平台的两大关键“管理”、“应用”管理：将监控系统中各个设备进行有效管理，并且条例清晰地呈现给用户，这就是监控管理平台的核心任务。基础平台（基于媒体接入和管理服务）应用：除了监控管理平台的基本功能外，还要支持一些特殊应用，行业化定制是平台发展的方向。业务平台（通过多样化的业务平台提供个性化的应用接口）目前，有些厂商开发的业务平台直接架构在基础平台上，对平台的稳定性会造成一定的影响。,安防监控平台技术趋势,2.监控平台的发展趋势 2.2 开放与融合并重 开放性：平台产品要在能够有效融合其他厂家的设备、系统、数据之后，具有与其他系统兼容或集成能力；安防行业多有涉及平台第三方接口、平台控件、平台SDK以及平台标准接入协议规范；前三种方式均还停留在各自为政，有开放性但缺乏标准统一性；使用开放的底层SIP架构及其协议，可实现各监控系统的互连互通，已成为业界共识。,安防监控平台技术趋势,2.监控平台的发展趋势 2.2 开放与融合并重 融合性：做好设备产品、系统、数据库等的融合。设备产品融合:一般采用设备开发SDK，或者业界通行的网络标准接入，消除设备差异性对用户的影响。系统融合：一般分为同构系统（一般为相同业务系统）融合和异构系统（一般为不同功能系统）融合。数据库融合：可以做到数据汇聚，资源共享，用各自单元所长，进行更有效的数据挖掘、数据分析、数据统计等；如在电子警察系统与非现场触发系统的对接，经过数据库，打通数据通道，进行数据交换。,安防监控平台技术趋势,概述：随着前端设备尤其是监控探头数量和监控数据存储量出现巨大增长趋势，基于GIS的安防监控指挥平台应运而生。结合GIS强大的地理定位、存储与空间数据分析、处理功能，安防监控平台能够编织立体防护网，切实提高安防系统的保障能力，已成为安防监控技术的发展趋势。1 GIS+安防系统 GIS的优势:GIS独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形处理和表达、空间模拟和空间决策支持等，可产生常规方法难以获得的重要信息这让监控系统与GIS融合水到渠成。两者融合的作用：安防系统基于GIS能够实现大多数的操作，并在GIS基础上，将安防监控业务（如公安业务）需要的支撑信息，通过简单实用的操作，在GIS上加以统一展现和汇总；此外，在出现重大事件时，通过GIS地图，能快速规划出最佳救援线路、调度最近的警力资源。,GIS与安防系统融合技术趋势,2 海量存储 多种存储管理方式:基于GIS的监控系统，具有多种存储管理方式，其多媒体数据库存储管理方式能够将多媒体数据集成到数据系统中进行管理，能够将多媒体数据和空间数据统一存储，管理较容易；多媒体数据属性存储：数据库把多媒体数据作为它的一个属性加以存储，可以存储数据很大的多媒体信息，多媒体信息数据以二进制的方式存放到数据库中，通过目标关键字与空间对象关联。通过海量存储，GIS能够让监控点的空间地理信息得到直观显示，为监控视频的可视化查询和管理提供了很好的平台。,GIS与安防系统融合技术趋势,3 精确定位 定位:GIS支持监控设备在地图上的标注、拖拽放置设备树列表设备与GIS地图相对位置、支持经纬度定位设备于GIS地图，能够支持基本的电子地图放大、缩小、漫游、测距、地图打印、点选查询属性等；轨迹跟踪：支持在GIS地图中录像目标对象移动轨迹复现，在确认跟踪对象后，可以智能查询指定时间和区域内的摄像头录像中跟踪对象出现的录像，显示跟踪对象在摄像头录像中出现的时间段，并根据时间段和摄像头位置在GIS中勾画跟踪对象的逃跑轨迹。,GIS与安防系统融合技术趋势,4 智能调度 智能调度的数据库基础：安防地理信息数据库、标准地址数据库、业务地理关联数据库。智能调度：在发生紧急事件时，可以在GIS安防平台上调动事件周边的摄像机，并根据传送的实时图像和定点查询的相关信息，进行智能分析，自动识别报警、制作事件处理预案、计算最有路径、现场远程指挥、寻找事件规律等，以地理信息为平台，将安防监控系统与多种业务应用结合起来。小结：GIS的嵌入虽然受到网络传输速度、地理信息输入的准确性、硬件运算处理性能、成本造价等方面因素的制约，但是基于GIS的安防监控技术所带来的效果在平安城市等业务应用中，其效果有目共睹，相信经过技术完善与应用磨合，”GIS+监控系统“将是未来大型安防监控系统如平安城市视频监控系统良好的管控平台。,GIS与安防系统融合技术趋势,安防领域技术总体趋势：数字化+信息化+智能化 前端传感器：高清、高像素、高帧速（摄像机）多重技术复合（探测器）、身份识别（出入口）传输：压缩传输（H.265)，数字化传输（TCP/IP）存储：网络化集中存储+分布存储 监控平台：呈现方式行业应用解决方案 特点开放、融合、信息化应用,结束语,谢 谢！,
