需求推动发展

　　监控行业在数字化推动下发展十分迅猛，大型监控项目更是如雨后春笋般铺展开来。监控网点的增多，一方面给技术防范带来无死角应用，但另一方面，也带来很多管理问题，最突出的就是管理效率的降低。对成百上千，甚至上万个监控点的大型项目，光靠有限的人力是无法满足应用需求的，人们很难发现系统中哪一个摄像机出了问题，如不能及时解决，就失去了监控的意义。北京英思杰科技有限公司安防事业部安防工程师王会武以“平安城市”项目举例说明，如果监控点为一千个摄像机，在监控中心逐个查看的话，是有一定工作量的，但还是可以完成；而如果摄像机的数量上升至上万或更多的话，庞大的工作量就不是人力所能轻易解决的了。另外，人力也不可能长时间对着监视器检测图像，否则很多关键信息将会由于监控人员长时间疲劳工作造成的麻木而遗漏。

　　基于此，智能视频检测技术在强烈的需求下，不断得到完善并投入到实际项目中，并发挥着越来越重要的作用。以北京朝阳区的图像信息系统为例，在建设数年后，系统运行和维护常常需要花费大量的时间和人力，并且不同的维护人员对图像质量是否合格判断不一。为解决此问题，该系统引入了东方网力的IVS视频诊断系统。借助该IVS诊断系统能对视频图像的各种参数进行检测，系统自动判断不符合标准的视频，并发出报警信息及形成统计报表。1台视频诊断服务器能完成5000路视频图像的自动巡检，耗时仅需1个多小时，为系统的维护带来了巨大的便利。

　　需求推动发展

　　朝阳区图像信息系统的视频诊断应用佐证了视频质量诊断系统在安防监控应用中的重要性。海康威视(002415,股吧)数字技术股份有限公司产品经理黄丹平说道：“目前已经有不少厂家开始涉足IPC系统诊断研发，目前主要采用后端统一检测诊断为主，在前端设备植入诊断算法的厂家还不多。现今已出现手提式的IPC系统诊断工具，能够对监控系统进行随机的视频质量诊断；也有系统型的，在整个监控系统中加入视频质量诊断设备，可随时对系统的视频质量进行检测，给出报表和统计图等。”

　　在数目庞大的监控系统面前，人工检测维护费时费力，效率低下，急需一种自动地、定时定期地对系统进行检测和提醒，以达到对监控资源的有效利用，因此，只要是监控点数目较多的系统都有集成视频质量诊断应用的需求。目前在公安部门、交通部门、电力行业、大型建筑群、“平安城市”项目、监控运维商(如电信/移动/监控集成商)等各行各业都对此应用有较大的需求。

　　视频质量诊断技术从初现端倪到现在，已历经了近十个年头，自进入数字化和网络化时代后，新技术为视频诊断提供了技术基础和环境，随着监控网络越来越大，视频诊断应用迎来了高速发展的局面。

　　技艺日进千里

　　视频质量诊断系统，其实质就是对图像效果的智能分析应用，是智能分析系统中的一部分。英思杰王会武直言，视频质量诊断的出现，改变了传统大型视频监控系统运行效率低下的现状，便于管理者及时发现视频监控故障，可加快事件响应速度，同时也缓解了人力的不足。

　　系统构成

　　基于视角不同，视频诊断系统组成表述有所不同：

　　按架构组成划分：可分为服务器和客户端，此种模式适用于后端纯软件分析系统，系统采用模块化设计，通过独立的服务器进行分析，再将检测结果在客户端中呈现出来；

　　按设备组成划分：可分为硬件系统和软件系统，其中软件系统又可划分为分析算法和管理软件；

　　按功能模块划分：包括视频质量轮询诊断模块、系统诊断信息查询模块、系统管理配置模块以及数据库(背景帧及诊断报表保存)。

　　算法奠定核心

　　算法奠定核心

　　视频质量诊断系统是通过从数据库中调取原始图像(正常图像信息)与实时视频图像进行比对后，判断实时视频流的图像画质是否处于正常状态。运算过程中，要想得出最准确、最接近实际的诊断信息，要求对运行的算法更深度的优化。因此，所有接受采访的厂家均一致认为，视频质量诊断系统的核心技术就是对各种不同类型的视频质量问题的检测算法。

　　据苏州科达科技有限公司营销中心副总经理刘志强介绍，截至目前，视频质量诊断系统可检测的异常视频类型有：视频源丢失、画面冻结、清晰度异常、亮度异常、过曝、噪声、偏色、遮挡、移位、条纹、聚焦异常以及云台失控等，这些异常现象是由不同的原因造成的，因此，视频诊断系统对不同的异常现象，所采用的诊断方式也不一样：

　　信号丢失、画面冻结：通常采用模板比对的方法进行检测；

　　云台失控：由诊断服务器发出云台运动指令，通过图像的运动情况来分析判断云台是否按照指令在运转；

　　对于其它几种故障，表现出来的现象不同，图像呈现的特点也不同，结合视频图像处理、人眼视觉模型、以及机器视觉的方法，分别设计不同的检测模块(检测器)。

　　从上可知，视频诊断更多的是采用比对的方式来判断图像是否出现异常。海康威视王丹平介绍到：“检测工具主要是应用计算机视觉(Computer Vision)算法，对监控系统中前端设备的常见图像质量故障问题进行诊断，通过大量的实际场景监控视频片段，对检测器进行训练。在诊断过程中，每种检测器提取相对应的图像特征，根据事先训练学习的判断法则，对故障的类型进行判定，同时确定故障的严重程度。对于出现误判、漏判的视频，可以加入到训练样本中，进行再训练再学习，以对检测器进行改进，进一步提高检测器性能。”

　　受核心算法的影响，不同厂家的视频诊断系统的诊断效果会略有差异。目前视频质量诊断工具能够对常见的视频质量问题进行比较准确检测的如黑屏、条纹干扰、雪花点、画面冻结等，精度能够达到80%-90%或更高。

　　为提高诊断的正确率，很多厂家都对自己的产品设计有诊断精度阀值调节，如东方网力的视频诊断模块对各项指标，提供0-100范围内的自定义设置，可根据实际应用调节报警阈值。通用情况下，算法的准确率能达到99%，漏报率小于0.5%，误报率小于1%，有很强的环境适应性和抗干扰能力。

　　诊断频率

　　视频质量诊断系统主要是以轮巡的方式进行，逐个覆盖监控系统中的每一个设备。影响单位时间内进行视频质量诊断次数的因素很多，主要有系统容量、硬件性能、检测算法运行速度、客户需求等。根据客户需求和实际情况，目前一般采用以下两种方式进行轮巡。

　　持续轮巡：就是循环地对系统中的每一个设备进行检测，只要设备出现故障即可很快得到发现并报警；

　　间歇性轮巡：为降低系统硬件资源的消耗，只在某一段时间进行轮巡；为能兼顾各种视频问题的检测，多采用在白天进行巡检。

　　兼容性与标准仍存较大问题

　　有待臻于完善

　　在各类项目的需求下，视频质量诊断技术日益受到厂家、用户的关注。现如今，专注视频诊断研发的厂家已不在少数，几乎做智能分析/平台开发的厂家或多或少支持视频诊断功能。大型项目毕竟少数，部分厂家认为没有必要在视频诊断上为少数的大型项目专门投入更大的人力、物力和财力，若需要时，与第三方厂家合作即可。另外，虽然客户对监控系统拥有更多功能的愿望，但更多功能意味着更多的投入。这些原因导致正在成长的视频诊断技术仍有很多问题有待完善。

　　硬件处理性能有限

　　无论软件算法如何优良，都是基于硬件实现的，硬件处理能力跟不上，再强大的软件处理功能也无法完全施展开来。就目前来说，制约视频质量诊断分析首要问题就是硬件。东方网力IVS产品部同仁指出，视频诊断是一个复杂的过程，第一，诊断过程需要占用大量的系统资源，这种实现模式会对后端资源带来较大压力，特别是随着高清图像的增多，对服务器的处理能力依赖性更强；第二，受网络带宽的制约，IPC系统诊断工具是基于PC的后端软件分析，由于需要网络将视频传输至后端，可能会带来丢包等问题。目前东方网力研发了基于4核可并发进行4路诊断的检测器，每小时能诊断3600路。在检测速度方面，无PTZ检测时，检测时间小于2.5秒，有PTZ检测时，检测时间小于4秒；为解决各类算法的同时运行，他们采用负载均衡原则，即一个系统中集成多个检测器(检测模块)，系统将根据系统的实时负荷能力对视频流分流到空闲检测器中进行诊断，达到快速检测、充分利用系统资源的目的。

　　同时，行业对硬件的处理性能前景抱着乐观的态度，认为问题的存在是暂时的，随着处理器的更新换代，服务器运算能力的限制将会解决；网络传输的问题也将会随着通信技术的发展逐渐得到缓解。

　　兼容问题突出

　　对视频诊断有迫切需求的项目基本都是大型项目，而设备由多个制造商提供的已是大型项目的普遍现象。就目前来说，不同设备间的兼容性尚未解决，这一现状也会对视频诊断带来重大影响，杭州智诺英特副总裁指出：“目前的技术难点主要在于前端不同厂商的编码设备、不同型号的IPC设备五花八门，存在兼容性问题。”

　　行业各自为政的现状，对项目的顺利开发和应用带来影响深远，因此用户、系统集成商、工程商在选用诊断产品时应该慎重。作为研发厂家和系统集成商的北京英思杰，其工程师王会武告诉笔者：“在大型的监控系统中，可能会有很多家厂商的产品，这时我们就会考虑到多家产品的兼容性，这是选用诊断产品(包括硬件设备和诊断算法)的一个重要因素。”

　　判断标准未统一

　　对视频是否出现质量问题的判断，行业间也还存在一定争议。首先是软件识别标准的设定，不同厂家在开发诊断算法时，都有自己的标准。对视频质量的判断标准不一致，对同一视频的诊断结果也会有差异。为解决这一问题，有些视频诊断研发厂家，对诊断系统做了灵活性开发，如文安、东方网力、智诺英特等。我们来听听北京英思杰王会武的介绍：“对于视频质量诊断系统来说，没有明显的效果区别，因此我们没有固定的视频质量诊断系统供应商。在具体应用中，(不同产品间)采用相同的检测阀值来检测可能会有不同的结果产生。所以对于视频质量诊断系统在现有系统建设中只能作为参考型系统来应用。”其次是人为判断的界定，不同的人，他们对同一个视频所出现的轻微画质情况所做的视频质量问题界定也会不一样。

　　系统缺陷与展望

　　非常见视频质量的检测不完善

　　现有诊断系统多是针对常见的视频质量问题的检测，通过长期开发和应用，识别率得到了很好的保证，艾博信科技(北京)有限公司总经理杜建英认为：“对于一些基本的功能，应该说精度可达到90%以上。”但对一些鲜见的视频质量问题，如中间一条细长白线、视频重影、阴影、部分黑屏、部分条纹、有菜单字幕等，系统对此类问题，要么检测模块中没有此类检测功能，要么检测精度很低，甚至检测不出来。海康威视黄丹平指出：“这些问题只有研发厂家不断深入收集各种不同的问题模型，不断扩充检测类型，以逐步完善视频诊断系统的检测功能。”

　　算法期待优化

　　算法作为系统核心，是视频诊断应用成功与否的关键，但目前仍存在两大难点：

　　识别精度：诊断系统对图像质量的诊断依赖于丰富的数据库，艾博信杜建英认为：“识别精度之所以还有待改善，是因为图像处理算法相对简单，通过进行"图像理解"技术学习到图像的动、静止目标的含义，描述画面中各种目标的正常状态，然后可以通过目标的纹理、边缘等进行对比，从而更好地实现分析。”由此可知，数据库的容量和比对算法的优化程度是决定系统判断正确与否的根基。另外，受制于目前的硬件问题，单个识别模块可并发处理的算法并不多，如智诺英特的识别器并发处理算法不超过10种，只有通过算法的优化，才能降低识别系统对硬件处理能力的过度依赖，从而单设备才能并发运行更多算法和提高识别精度应用；

　　识别速率：据英思杰王会武介绍，他们所应用的诊断系统对单设备的诊断时间约为2-4秒，要完成对1000路摄像机的轮巡诊断就要一个多小时，摄像机数量越多，所耗的时间越长，不利于大型项目的应用。目前常用的解决方案是采用多台检测服务器同时进行。

　　夜间诊断效果不佳

　　由于夜间为黑白画面呈现，加上夜间灯光的影响，视频诊断系统很难对画面问题做出准确判断，甚至不知是摄像机原因还是环境原因所造成。海康威视黄丹平认为，这个问题主要解决方法是检测时间设置绕开夜间，因为检测频率一般是一天一次，基本上检测时间设置在白天，可以较为准确地检测出摄像机视频质量问题。

　　展望

　　对视频质量诊断系统的应用，目前还处于发展阶段，并日益得到用户的认可。杭州智诺英特罗军对视频诊断系统的发展十分看好，他认为视频诊断系统可以：

　　提高经济效益，节约人力物力财力。使监控人员从日常巡检中解放出来，减轻24 小时值班制度对辖区内的监控点进行人工切换巡检的压力；

　　辅助运行维护考核：大幅度提高IPC系统运行状态报告，可以及时和业主、前端设备厂家或者运营商沟通，大大缩短前端设备维护单位的故障响应时间；

　　设备维护更新及时性和针对性：最大化地保证监控系统的完好率，为监控系统的稳定运行提供绝对保障；

　　真正实现信息资源整合与共享：支持远程多用户访问以查询处理结果信息，最大程度地满足不同区域及时、可靠地查询各区域监控系统的运行状况，使得信息资源得到最大化的共享和互通。

　　受理方式与延伸应用

　　视频质量诊断系统不但是智能分析的一部分，更是监控系统的一部分，作为局部，它正在不断升级和完善中，并对系统全局日益发挥重要的作用。当然，一个新系统的出现及应用也并非一帆风顺，还要面对来自各方面问题的考验。

　　受理方式转变

　　前面介绍，目前的视频诊断主要有两种处理方式，即后端识别和前端嵌入式识别，哪种方式更符合实际需求呢？北京文安科技发展有限公司产品经理刘雪飞认为：嵌入式识别的方式解决了视频码流大量占用带宽的问题，同时也能更加实时发现设备故障，但是由此带来的问题是前端IPC的功耗升高、IPC设备成本提升。而后端接入识别的方式虽然功耗和成本较低，但是在有限的带宽下如何能做到及时发现故障也是一个需要解决的问题。国内的“平安城市”建设最热的阶段已经过去，现在摄像机网络已经建设完毕，很多都是没有嵌入式识别模块的，这些设备短期内不可能会大面积被更换，所以一段时间内，后端系统诊断将占有主要地位。随着硬件成本的降低和工艺的改善，嵌入式IPC系统诊断将会在未来发力。艾博信杜建英也对前端嵌入抱有充分信心：“未来算法必然直接嵌入在IPC中。”同时，他也理性地指出嵌入式设计的不足：一台摄像机只能支持一定数量的诊断功能，如只能嵌入图像黑屏、过暴、遮挡等简单的功能，二对画面滚动、偏色等功能，摄像机中目前尚不具备。

　　延伸应用将拓展

　　随着诊断系统的完善，其必将会向其它应用方面延伸，使视频诊断系统不再局限于视频的质量分析，同时对网络情况、各个硬件设备的运行状态等都同步给予实时诊断，充分发挥诊断系统的功能。苏州科达刘志强介绍道，除了图像分析技术外，视频诊断系统还要兼顾两点：一为网管技术，对于一个IP通信系统而言，网管非常重要，其目的主要是设备管理及运行状态监测。在IP监控系统中，网管系统可以实现前端IPC设备的管理，包括设备运行状态、传输网络、参数配置、远程调试等等功能。一个专业的网管系统还是有比较大的开发难度的，同时需要遵循标准的网管协议体系；二是报警联动技术，检测出IPC的设备及图像问题后，系统要主动进行报警，并联动后端系统发出相应的图像切换、声光电警示等动作才是最重要的，这涉及系统性的安防联动。

　　人们对视频诊断系统的需求越来越大，对其所能实现的功能也做了更大的期望，北京文安刘雪飞认为，对于监控系统运维人员来说，发现故障仅仅是第一步，故障的分析、处理、反馈、监督以及围绕设备故障的一切运维行为，对于系统诊断都是具有价值的切入点。拿信号故障来说，信号故障可能的原因有很多，如IPC防护罩污损、IPC本身掉电、IPC与后端链路出现异常、后端网络设备或管理设备异常等等。所以单从视频信号的角度给出一个故障结论还是不足以解决用户面临的问题。用户需要的不仅仅是可以发现问题的系统诊断工具，而是要能在发生故障的同时通过数据分析，得出故障的基本原因，给出可靠的建议。这就要求诊断工具，一方面要与监控平台进行合作，另一方面要深入挖掘用户需求。未来的诊断系统要能够提供解决IPC设备运维的一整套解决方案。

　　此外，还有一些人为因素的阻碍，艾博信杜建英提醒道：“我们注意到，在某些地区摄像机的维护工作是外包出去的，如果有了视频质量诊断系统，将会增加外包维护人员的工作量，因此这部分人对系统诊断产品有很大抵制情绪，有些甚至故意破坏独立的视频诊断系统服务器。”由此引发的管理问题，还需使用者和管理者在将诊断系统投入运营时做好人员组织的管控。

　　从视频质量诊断系统的应用需求角度看，其发展势头强劲。以发展现状和技术现状衡量时，其注定仍有很长的路要走。一路曲折只为越走越直，在这么多同行的共同助推下，相信视频诊断系统将会在大型安防监控应用中承担起智能分析、诊断及管理的重要角色，推动大型项目解决方案的合理性，促进行业朝着更为成熟的方向发展。