智能、高清技术在体育场馆监控中的应用

一、体育安防的现状与发展

随着国民经济和国家体育事业的发展，国民的体育水平得到了很大的提高，越来越多的国际性、综合性体育盛会也陆续在中国举行。经历了从上世纪90年代的北京亚运会到21世纪的01年北京大运会、08年北京奥运会、10年广州亚运会和11年世界大学生夏季运动会(深圳)，各承办城市的经济水平获得了较快的增长。城市经济发展反哺于体育事业，各类新材料、新设备、新工艺也逐渐应用到了新场馆的建设、改造之中，为承接更大型、更高水平的体育盛会做好充分准备。经济发展与体育事业的相互协调相互促进，为城市经济的发展形成了一个良好的、向上发展的循环体系。

当然，体育盛会的成功举办，离不开强大的安保力量作为支撑，体育场馆作为一种特定的智能建筑或智能建筑群，具有空间大、人员密度大等特殊性，因此对安防系统提出了更高的要求。体育场馆对安全防范系统的技术要求逐渐从简单的被动防范转向智能化的主动防御。

如果说新材料、新设备和新工艺的使用，会影响到一场体育盛会的整体水平，那安保体系及安保工作的好坏直接影响了体育盛会能否成功、顺利地举办。因此，安全防范系统的重要性不言而喻。视频监控系统作为体育场馆安保技防的重要组成部分，它的有效存在，充分提高了安保人员对安全工作的管理效力。

二、体育场馆监控现状

体育场馆的安保体系是一套完善的、功能强大的人防、技防混合体系。通过建设安全防范技术体系(技防)，在满足对各单体建筑安全和管理的需要下，配合场馆安保人员管理体系(人防)，实现人防与技防紧密结合。

视频监控系统是体育场馆安全防范技术体系(技防)中的一个重要组成部分，建设一个完整的、可靠的、智能的、易操作的视频监控系统，使其作为一个有机的整体对整个场馆进行监控和管理，并接入体育场馆安全防范技术体系，实现体育场馆的安防智能化管理，是建立视频监控系统要达到的目标。视频监控系统既是保证场馆功能正常的重要保障系统之一，也是一旦紧急情况出现后的，第一时间处理的重要安防系统之一。

由于系统技术和架构的限制，较早建设的体育场馆的视频监控系统以模拟系统架构为主，主要产品涉及到模拟监控摄像机、模拟矩阵和硬盘录像机。视频监控管理范围以单体建筑管理为主。对于一般规模的体育场馆或中小型单体建筑的体育场馆，由于建设投资的限制，视频监控早期简单的模拟系统架构还是有不少的市场需求存在。

随着视频监控技术的发展以及城市综合性体育场馆的建设，视频监控系统从模拟架构衍生出以模拟摄像机、编解码器为主要产品组成的半网络化系统架构。其主要特点是将前端摄像机模拟信号转换成数字化、网络化信号进行传输，至管理中心后，还原成模拟信号进行电视墙显示。其特点是废弃了模拟架构中的点对点传输方式，简化了系统传输的架构，可以利用结构化综合布线系统进行系统信号的传输。但是从系统造价上，增加了编解码设备以及网络设备的投入，提高了系统的投资成本。其结果是，监控的画面显示效果还是和模拟架构系统基本一致、而传输实时性上却略逊色于模拟监控。

为了满足不断发展的体育场馆安保技防建设，提高视频监控对于体育场馆的监控管理效力。越来越多的高清、智能视频监控技术应用于大型体育场馆的技防建设与改造之中。

如何实现视频监控的高清化、智能化？前面提到的模拟架构和半网络化架构的视频监控系统显然满足不了体育场馆对高清、智能监控的需求。

随着视频监控技术的发展，网络高清摄像机和SDI接口的数字高清摄像机技术已非常成熟。由网络化、数字化摄像机为主构成的纯数字化视频监控系统除了能实现高清监控之外，摄像机输出的原始数字化信号也避免了在半网络化架构中由于编解码过程而引起的视频信号衰减，保证了视频信号的传输质量。同时，随着视频监控系统的数字化和网络化，智能分析的应用也变得更加简单。

三、高清、智能技术在体育场馆监控中的应用

1、高清监控应用

体育场馆的视频监控一般设在场馆的周界、室外停车场、场馆出入口、检录厅、主赛场及看台、热身训练场、楼梯前室、电梯厅、电梯轿厢、重要机房等区域。

在大多数室外场所，如周界、室外停车场区域，一般建议采用标清D1分辨率的固定或球型摄像机产品。在室内重点场所，如检录厅、场馆出入口、比赛场馆等作为运动员、来宾、要员及观众出入的通道和人员聚集区，则非常需要采用高清(百万像素)分辨率的摄像机产品实现高清视频监控。通过采用高清摄像机，监控覆盖的范围变得更大，以及可以获取更清晰的人员特征及活动情况。当然，这无论是对于摄像机的清晰度、图像的实时控制要求，还是对于视频的传输、存储、显示设备的技术要求都相对较高。

从视频监控的技术角度出发，要实现真正意义上的高清监控，满足“看得清”的监控需求，就必须在视频的采集、编码、传输、实时预览、录像存储和回放等各个环节全面支持高清信号。

将上述系统架构与体育场馆的实际情况相结合，我们可以清晰地把监控系统分为前端子系统、传输子系统、存储子系统以及显示与控制等部分。

1)前端子系统高清技术选择

前端子系统，主要涉及到监控系统中的摄像机产品，根据监控技术的发展，目前摄像机实现高清分辨率，根据输出信号类型的不同，主要有两种技术：数字高清、网络高清。

●数字高清

数字摄像机以数字信号输出为主，接口一般为SDI或光纤接口，无损视频码流达到1500Mbps。由于无损视频码流太大，而硬盘规格相对较小，目前不适合直接存储，需通过具备双操作系统的数字高清硬盘录像机经H.264(MPEG4-part10)编码后再进行本地化存储。200万像素经编码后，码流一般为8Mbps。

数字高清监控系统的传输以点对点传输方式为主，一般适用于模拟系统的数字高清网络改造。即在不改造原有传输线路的情况下，只需更换前端摄像机和后端存储设备即可实现高清化监控，高清视频经硬盘录像机编码和网络化之后，可由监控中心集中、统一管理。适合分区管理和集中管理、分区存储和集中存储的两级管理模式。

●网络高清

网络高清，顾名思义，是通过网络、以太网传输方式传输网络高清视频信号，在体育场馆的视频监控系统中，经常采用星形架构的以太网络实现高清网络视频信号的传输。传输距离根据选用的线路不同，从百米到几十公里，与之前模拟、数字这两种方式相比，传输的造价相对较低，且性能稳定，是目前在高清监控系统中应用范围最广的一种高性价比传输方式。其摄像机产品以网络高清信号输出，接口为RJ45接口或光纤接口，视频输出格式为高清H.264(MPEG4-part10)格式，管理中心存储设备支持高清网络视频的存储，设备形态主要以网络型硬盘录像机(NVR)及磁盘阵列(IPSAN)为主，解码及显示设备支持高清视频的解码输出与显示。

高质量的200万高清码流一般为8Mbps左右。网络摄像机部署相对简单，一根以太网线即可完成视频传输、云台控制、设备供电(需摄像机和交换机同时支持POE供电)。设备集成度较高，通过最新的DSP芯片处理技术，可在一个摄像机上完成高清编码、智能分析等功能，可减少后端服务器的投入，分散系统故障点。

网络高清系统的传输可利用计算机网络的星形传输结构，相对数字高清系统的点位点传输方式，链路简单，适用于新建的体育馆高清监控系统。

2)高清传输方式选择

目前，高清视频信号有模拟、数字、网络三种传输方式。前两种方式用于传输无损、无压缩的模拟和数字高清信号。

模拟高清信号传输一般采用YPbPr分量传输，一路高清视频信号需要三根同轴线缆同时传输，线缆使用量非常大。分量传输的距离虽然可以通过第三方设备延伸，但由于传输的是模拟信号，经远距离传输后信号有损。因此，YPbPr分量传输不适合于高清监控。

数字高清信号传输一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI传输，其中DVI或HDMI的传输距离只有几米，不适合用于监控传输，HD-SDI虽可以传输百米左右，但对同轴电缆的要求很高，线缆的价格也非常昂贵，因此，对于系统中大规模的应用也只能望而却步。

网络高清信号传输，顾名思义，是通过网络传输方式传输网络高清视频信号，常采用星形架构的以太网络实现高清网络视频信号的传输。传输距离根据选用的线路不同，从百米到几十公里，与之前模拟、数字这两种方式相比，传输的造价相对较低，且性能稳定，是目前在高清监控系统中应用范围最广的一种高性价比传输方式。

以太网带宽目前已经实现100/1000Mbps到桌面(终端设备)，核心单端口万兆带宽。因此，体育场馆内的局域网络完全可以担负起任何大规模网络高清监控系统的高清信号传输。

对于广域网，由于带宽限制，网络高清视频在广域网上传输存在限制，加强广域网带宽建设是解决高清传输和网络带宽问题的重要途径。另外，对于同一视频源多个用户访问时的重复占用带宽问题，通过流媒体转发、组播等技术的使用可以降低此类情况的带宽重复占用。

3)存储模式选择

高清化、网络化的视频监控系统，一般采用IPSAN(iSCSI)、NVR等存储方式进行海量视频数据的存储。大型、多场馆的体育建筑，建筑体相对分散，对于系统管理来说，一方面需要实现集中管理，另一方面也应实现稳定的本地化管理。在这里，建议使用NVR模式的存储方式。NVR存储模式，采用的NVR存储设备自带双操作系统，支持本地化管理，确保了存储功能及系统运行的稳定。

IPSAN与NVR存储技术的对比

IPSAN与NVR存储技术的对比图

4)高清显示选择

高清效果必须使用优秀的显示设备才能表现出来。后端的显示设备一般有CRT、LCD、PDP三种。而高清显示效果必须要使用大尺寸、具有高清分辨率的显示器才能表现出来，现在采用的高清显示，基本使用拼接大屏。目前拼接屏中DLP最成熟，但LCD拼接墙也正在逐渐抢占市场，从清晰度来说，LCD完全可以满足1080p的使用要求。此外还有新的显示技术(如OLED高清屏)等都已将高清晰指标放在最重要的位置，而各类显示屏也都将16：9宽屏成为高清产品的标准规格。

在接口方面，高清数字接口也成为了液晶拼接屏的标配，常见的DVI、HDMI、HD-SDI等接口都广泛应用在不同型号和厂家的显示设备中。不同的接口有各自的优点。譬如，DVI接口的传输完全采用了数字格式，保证了视频源到显示终端传输过程中信息的完整性，可以得到更快捷的传输速度以及更清晰的影像。再如HDMI接口，避免了DVI接口面积过大、不能传输音频等缺点，虽然HDMI最高传输速度小于DVI(DVI可达8Gbps，HDMI为5Gbps，最高画质的HDTV信号传输需要2Gbps)，但其支持八声道或单声道的数码音频传输，无需单独使用音频连接线。同时其连接线的长度也可以达到20多米(DVI线在8米以上就会影响画质)。与DVI接口相比，HDMI不仅拥有更高带宽和更高分辨力等特性，还能集视频传输和音频传输于一身，大大简化了线缆的连接。

2、智能分析应用

体育场馆在视频监控系统建设中，基本确立了“全方位、立体式”的建设目标，尤其在智能监控系统部署上提出了全面监控的要求，其中包括多种最新智能视频技术的整合应用。智能视频分析主要包括两大类：一类是基于背景建模技术的智能行为分析；另一类是基于特征识别技术的智能特征识别。智能行为分析，其原理主要是：对视频流采用对运动目标的检测、跟踪、分类技术，将视频内的目标经背景建模、前景目标分割、跟踪及分类等图像识别算法，完成由图像数据到事件参数的转变，从而实现对各种突发事件的实时智能检测。智能特征识别是通过建立特征识别无需背景模型而需要目标物体的特征，因此机器会存有一个可以用于描述这些特征的数据库，特征识别也就是在所得的图像中寻找与特征库里具有一定相似程度的物体以进行匹配，特殊库里描述的特征越多，得到的结果越准确，当然需要的计算量也越大。

体育场馆智能分析的应用，主要包括以下几点：

非法闯入人员自动检测、报警。为防止有人未经许可闯入体育场馆，出现漏票、逃票等情况，需要对馆区周界区域进行视频智能分析，对周界入侵行为进行检测；当检测到有目标入侵场馆周界即产生报警，并驱动球机进行自动跟踪，对入侵目标进行取证。

异常事件的自动检测。对馆内重要区域的视频进行智能分析，对多种异常事件进行检测，包括徘徊、物品拿取、物品放置、涂鸦、违章停车等异常事件的检测。

设备运行状态的自检测。为了保障体育场馆视频监控系统的正常运作，系统需要支持摄像机异常状态检测功能，对摄像机的多种异常状态进行检测，包括视频线断开、摄像机被破坏及摄像机被移动等。

事后快速取证。为了在发生异常事件后，快速定位及取证，系统需要具有事件后检索功能，能够对系统内任意一路视频进行快速事件检索，及时定位异常事件发生的时间点。

客流量统计。体育场馆举办各类赛事、表演时是客流量最高的时候，一方面高密度的客流量给商家带来庞大的商机，另一方面，密集的客流量也增加了安保、服务等管理上困难。因此，如果能掌握正确的客流量数据，就能帮助我们做出正确的决策。

客流量统计数据是体育场馆在管理和决策方面不可缺少的数据。而对相关职能部门而言，得到相对确切的客流量统计数据，可以指导合理的安保措施，服务措施，同时也可以更加有效的配置公共资源，提高公共资源的利用率，更好的为公众服务。

结语

随着高端应用的日趋成熟，越来越多的体育场馆视频监控将会从“看得见”到“看得清”的方向转变，高清、智能技术将是视频监控系统在体育场馆中的主流应用技术。同时，配套的智能后检索、云存储的技术应用也将大大提高信息获取的效率，降低管理人员从海量数据中获取价值信息的工作强度，提高安保的智能化管理水平。

随着视频监控技术和3D建模技术、智能分析技术、传感技术等相关技术的发展。体育场馆的视频监控系统将是一个以3D地图为显示载体，以视频监控画面为主要显示内容，重点突出体育场馆内各类人员活动信息、具备对异常情况进行主动防御和提醒的3D实景展示系统。届时3D地图技术、传感技术与数据与图像显示技术等技术数据的融合、分析、利用和展现将是整个频监控系统后3D时代的技术难点所在