前言
校招結束後，實驗室要求一直在搞論文，11月底提交完成。開始按照沈工列的讀書清單看看書。海康威視從安防起家，雖然自己搞的是計算機視覺算法，出於對領域業務的熟悉，也需要讀讀相關的書。
說來也很有意思。14年大四進入實驗室，接觸到的第一個項目就是“警情識別顯示系統”。項目PC版當時已經完善，自己工作主要是後續的嵌入式版本移植。因爲項目驗收，親自研究過整個監控系統的硬件搭建，向當時佈線工程師學會了如何接模擬BNC同軸電纜的接線，自己研究了RS485、232的簡單電氣原理，嘗試着自己接線。男生總是對工程感興趣。項目結束後，走在商場看到牆上的攝像頭，能知道設備上的三條線（電源、視頻傳輸、串口控制）各自的作用。因此看書時看到一些術語，頗有一些親切感。這個項目在研一時結束。不曾想到，校招時簽了海康，又回到老本行啦。
薦書：《安防天下-智能網絡視頻監控技術詳解與實踐》
作者：西剎子，安防領域工程師
閱讀本書前言和第一章後，就自己認識到的一些概念和以前存在混淆的概念，加上以前的實踐和理解，記載以下幾個問題。
1、什麼是安防？
提起安防，大部分人第一反應就是監控，無處不在的攝像頭。實際上，安防是一個完整的系統，不僅包含視頻監控，還包括門禁打卡，指紋識別，面部識別，警情處理等全過程，其共同構建了安全防護。
視頻監控是安防領域一個重要分支，和其他技術比起來，這個領域涉及的計算機技術更加多樣，難度較大，可研究點較多。海康威視目前定位就是：以視頻爲核心的物聯網解決方案提供商，致力於不斷提升視頻處理技術和視頻分析技術，面向全球提供領先的監控產品和技術解決方案。
這裏面的兩個關鍵詞：視頻處理和視頻分析技術。智能化的感覺。屬於計算機應用範疇。特別是視頻分析技術，基於學術界不斷研究提升，如今AI的興起，對視頻分析技術將是一次提升。因此看到有概念講：安防+AI。
2、視頻監控中涉及的技術
視頻監控技術，屬於計算機應用領域，就是說其依賴構建在計算機技術的發展之上。從系統模塊來看，其涉及到起碼包括：
- 光電成像技術（攝像機）
- 計算機網絡（信號傳輸）
- 處理器芯片（信號數模轉換、編碼壓縮、解碼顯示等）
- 計算機存儲（視頻抓拍、錄製存儲）
- 計算機視覺（圖像分類、物體檢測）
這麼一看突然覺得很有意思：海康威視的技術部門來西電校招真是非常合適。因爲物理與光電工程學院（5系）就是搞光電成像的，通信工程學院（1系）圖像所李雲鬆老師團隊的圖像編碼壓縮技術是給天宮飛船上用的，電子工程學院（2系）雷達所是搞信號處理的，人工智能學院和計算機學院（3系）搞計算機視覺（Computer Vision, CV）很強，計算機院外部設備所是搞存儲的，網絡所是搞網絡技術的。哈哈。
這五項技術中的任何一項有發展，都可以推動視頻監控技術的前進。譬如現在的CV領域，隨着深度學習興起，工業界和學術界不斷出現新高度。記得去年海康威視研究院團隊在圖像分類競賽上上拿過第一。而大規模海量視頻監控中，如果可以應用成熟的CV技術，那帶來的效率提升不是一點點。
3、視頻監控技術發展過程
根據本書的觀點，隨着安防主流設備的發展過程，可分3個大的階段：
- 20世紀70年代開始的模擬視頻監控
- 20世紀90年代的數字視頻階段
- 近年來的網絡視頻監控階段
作者同時指出，這三代劃分不是非常嚴格的，現實中因爲成本等因素，多種架構並存。
4、模擬信號和數字信號
以前在計算機通信課中學習過模擬信號和數字信號的概念。
上述3中的發展過程同樣涉及到此。簡單來說，模擬信號指的是連續信號，數字信號指的是離散信號，譬如二進制編碼流。模擬信號直觀，但是容易受噪聲影響，失真，而且容易被竊聽，收到模擬信號，容易獲取信息。數字信號抗干擾能力強，門限值可以過濾掉一些噪聲。可較長距離傳輸。
5、模擬視頻監控一代
模擬視頻監控系統，也叫作閉路電視監控系統。
所謂閉路電視，指的是從視頻源，傳輸系統，到接收顯示環節，都是通過線纜一對一的“closed”連接。小時候常見的閉路電視後面都有一根運營商拉過來的線。普通的電視插上天線就可接收“open”的信號，是“free”的。閉路電視收看的內容更加豐富，一對一，所以是付費的。
所謂模擬監控，指的是相機的圖像信息，經過同軸電纜（端口是BNC口）傳輸，由磁帶錄像機（VCR）錄像並存儲。磁帶介質的檢索效率低下，但是便宜。
注意：整個系統中不涉及任何數字信號。
閉路電視監控系統的組成包括：
- 視頻信號採集（攝像機，鏡頭）
- 信號傳輸（電纜）
- 切換控制（矩陣控制器）
- 顯示和錄像（監視器和錄像機）
其中，矩陣控制器解決的問題是“一屏多看”。即用少量監視器看到多臺攝像機，來回切換。一臺攝像機就架設一臺顯示器不僅浪費，而且沒必要。
模擬視頻監控系統，本質上講是將人的視力範圍，延伸到了電纜的長度。技術難度較低。
6、數字視頻監控二代
一代中的磁帶錄像機存儲效率不高，而且檢索效率低下，不久即被一種新的設備——硬盤錄像機（DVR）所取代。
計算機體系結構課中曾提到過，磁盤存儲的本質是根據磁通量的高低指示表示信號（0或1），因此可以存儲二進制數字信號。那麼硬盤錄像機存儲的肯定就是數字信號。那數字信號怎麼來的？DVR設備前端有一個視頻採集卡，其上有一個A2D（模擬to數字）芯片，可將接收到的模擬信號轉換爲數字信號。這樣就實現了視頻的數字化錄像。
注意：此處就開始有了數字化的概念。
那這裏就有一個問題：磁盤上世紀50年代就已出現，磁帶錄像機諸多不便，爲何硬盤錄像機直到90年代纔開始應用？原因是：成本。今天1T的硬盤售價大概是500元人民幣，而在上世紀90年代前，磁盤造價昂貴，在工業中難以推廣。正是因爲存儲技術不斷前進，造價大幅度減低，DVR才得以大規模應用。
DVR功能越做越強大。其組成包括：
- 視頻採集卡（A2D芯片）
- 音視頻編碼壓縮模塊（專用芯片，算法已固化在芯片上）
- 存儲模塊（將文件寫入磁盤）
- 網絡傳輸模塊（可通過網絡接口與其他設備連接）
- 軟件控制模塊（用戶可遠程控制）
可以看到，DVR就有了一定的技術含量了。特別是編碼壓縮算法模塊。這是學術界一直在努力的課題。當時我在警情項目中，相機採集到的原始數據是YUV格式，一幀大小是1.24MB，這要是存下來，硬盤多大也不夠用啊。於是就需要通過視頻編碼壓縮算法進行處理，儘可能用較小存儲量來保存更多信息。這是一個難度很大的問題，可以說是DVR的核心。
西電圖像所的吳成柯老師一生都在做這個事，到李雲鬆老師時代積累豐厚。2009年嫦娥二號衛星在月球表面拍攝畫面要傳回地球，通信鏈路非常珍貴，就需要儘可能壓縮圖片信息，同時還要保證傳回地球后能解碼還原，不能失真，難度可想而知。最後中國航天科技委就委託西電圖像所負責這個問題。聽宋老師講，實驗室已將圖像壓縮編碼算法固化到芯片上了，別人直接買這個芯片就可以應用了。
當然業界有一些比較成熟的應用於商業上的算法，比如MPEG-4算法。我們警情項目中用的是H.264算法。現在已經出了H.265算法。不過這些算法只是提供了一個框架標準。各個廠商製造細節上爲了搞商業壁壘，會對算法進行細節處理，即使大家都是H.264算法，但也不能互相通用，這樣做純粹是爲了商業上的利益。
截止到二代，此時監控系統部署的格局就是：前端架設很多攝像頭，每個攝像機引出來模擬視頻信號，通過電纜傳輸到DVR中。DVR可以做編碼、存儲、查看視頻等功能。DVR是核心設備。
海康於2001年創立，剛起家時就是做DVR打開了市場。其上級單位中電52所的全稱就是：計算機外部設備研究所。這屬於計算機應用領域，因此投資搞這個技術優勢很好。西電計算機系（3系，現計算機學院）原系主任王厚生教授，就是搞磁盤存儲的專家，1986年至1990年曾擔任過52所所長。
7、智能網絡視頻監控三代
現在來看，實驗室警情項目仍屬於視頻監控2代。前端攝像機通過電纜傳送信號，信號接入到實驗室自行研製的警情識別器中，對每幀圖像做防區入侵檢測。這就引入了智能化。這套設備優勢在於不需要民警一直盯着防區，而由計算機輔助判斷是否存在防區入侵，有警情才上報，民警再去判斷即可，大大減輕了民警負擔。
該項目於2015年結題。2016年暑假的另一個項目中，看到了北京某廠家生產的一種球機叫 IPC。確實開了眼界：球機本身集成了A2D模塊，智能分析模塊，網絡服務器模塊。從球機僅出來一根網線。通過交換機和PC相連後，在PC瀏覽器中輸入球機IP地址，可直接訪問球機服務器。瀏覽器界面中可以實時查看高清視頻，可控制球機雲臺，可設置防區和規則，可收到報警提示。相當於把我們的警情識別器和警情客戶端都集成到球機中。
我想這就是書中作者提到的智能網絡視頻監控三代。查了下本書出版時是在2010年，距今已有7年。安防領域的書偏少，還是要不斷更新，把新事物、新技術寫進去纔好。
三代中包含2個關鍵詞：智能和網絡。
所謂智能，即監控系統解放了人，不再是對人的視力空間上的延伸，計算機可以幫助人完成簡單判斷任務，減輕負擔。警情出現的概率畢竟較小，可能24小時防區一直安全，人一直盯效率太低。
所謂網絡，即監控系統的傳輸都實現數字化，最常見的就是基於網絡系統來部署安防系統。以前球機引出模擬視頻線和串口控制線。現在只引出一根網線，所有信號編碼成數字信號，在其上傳輸，網線兩端只需要根據網絡協議解碼即可。這樣佈線方便。而且網絡傳輸效率越來越高，千兆網卡也比較便宜。
上面這個智能，隨着2012年深度學習的興起，被賦予了更多內涵。
實驗室警情識別器和北京這臺IPC球機上的智能算法，攤開來講，就是“防區檢測”，即判斷圖像中某塊區域的背景是否發生了改變。我雖然沒有研究過該算法，但大體瞭解這種算法是基於圖像的運動特性來做。簡單來說，某防區出現警情，可看做圖像該區域背景出現了變化。但到底是壞人闖入防區，還是小動物闖入，這是不能判斷的。
2012年，深度學習興起，其在計算機視覺（CV）領域大放異彩。在圖像分類、物體（目標）檢測、圖像分割等領域邁出一大步。如果說前面“防區檢測”屬於三代智能化，那和這個比起來就是低級智能。可想而知，隨着深度學習技術不斷成熟，其應用於安防領域（即安防+AI）後，必將大大提升視頻監控系統的智能化程度。目前海康研究院正是聚合了計算機視覺方面的很多技術人才，如海康威視首席科學家、海康威視研究院常務副院長蒲世亮就是搞CV的大牛。
8、視頻監控的核心技術總結
作者在這個題目下列出了以下：
- 光學成像器件
- 視頻編碼壓縮算法
- 視頻編碼壓縮芯片
- 視頻管理平臺
誠然，這幾項有硬有軟，構成了視頻監控系統的框架。我想，還應該加上計算機視覺技術。其類似於作者提到的一個概念：視頻內容分析（VCA），即自動分析和提取視頻中的關鍵信息。因爲監控智能化是非常吸引人的，猶如科幻大片中的神奇場景。
9、視頻監控的發展方向
作者從事安防行業多年，根據自己的思考列出了以下發展方向：
- 開放性（行業統一標準）
- 智能化（VCA技術）
- 高清化
- 民用化（家庭式）
- 無線化
我是搞計算機視覺技術的，不太懂這些。但覺得這幾點還是很有道理的，因爲根據IT行業的歷史經驗來看，第一條的開放性是一個趨勢。智能化不用說。高清化現在越來越普及。民用化趨勢也是關鍵，之前北京紅藍黃幼兒園爆出的虐童事件，就有專家提出園區要架設全方位監控系統，而且國外似乎民用化進展較快。
