一、背景
伴随着中国城市化的进程，国家提出建设“和谐社会，平安城市”思路，全社会迫切雳要利用先进的安防技术，对突发事件和安全隐患进行预防。随着2008年“奥运会”、2010年“世博会”等重要国际活动在华举办，将推动视频监控产业持续保持20％以上的高增长速度，预计2008年行业产值高达 1600亿元（如图 1）。
安防产业产值增长图
目前，信息技术的发展正处于一个激烈变革的时代，个人化、数字化、移动化趋势变得更加明显。这次技术革命的特点表现为：新技术带来的转型是整体性的，几乎覆盖了整个多媒体通信领域，为多级视频联网监控提供了全新的技术基础。城市视频监控发展在经历了模拟时代、数字时代、远程时代后，正大步跨入城城、广域互连的崭新阶段。监控行业的数字化进程正方兴未艾．网络化进程刚刚起步、智能化进程已呼之欲出，这背后信息技术扮演着重要的魔术推手作用（如图2）。
从本质上来说，视频监控系统的核心就是视频的采集系统，它通过高速的A／D转换芯片，将模拟信号采集为数字信号，进行全天候的存储、传输、显示。以实现视频监控系统中必须考虑最重要的问题是事后取证。在这些系统中，一般有成百上千个监控点，工作人员根本无力管理和监视，视频监控系统可以实现全天候录像。为事后取证提供了依据（如图3）。
更进一步的说，随着网络的高速发展，普及城城视频监控系统已成为现实，在一个中等城市监控联网的监控点会在 10000以上，分散在各个部门管辖范围内，用已有的各种网络实现系统接入，实现大范围监管。在这样大型的监控系统中，前端的设备不仅实时采集视频图像，还可以收集前端传感器提供的报警信息、位置信息、语音信号等等，利用数据处理技术对各种信息进行处理后，集中显示在大型监控中心的显示屏幕上，提供了直观、有效的城市管理机制（如图4）。
随着人工智能技术的进步，今后视频监控系统发展将更为关注监控对象，利用人工智能和图像识别功能，从传统的庞大视频流中将有用特征直接提取出来，这对视频数据采集提出了更高要求，并针对性地对这些特征进行分析、识别等处理，来实现事先预警的功能。提高反应速度，实现预防为主的监控目的（如图5）。
今后，随着视频监控系统与政府信息化、城市应急平台的集成，采集后视频数据就可以为突发事件提供直观的信息支持，对可能产生的犯罪事件，及时做出判断处理。通过调用专家预案库，结合其他系统（如GIS等），可以实现事件定位、警力查询、指挥布控等应急反应功能。
因此，本文从前端视频采集压缩人手，探讨视频数据采集技术在视频增强、智能识别、高效压缩、分布式存储等方面的应用，具体分以下三个部分：
1、视频数据采集技术发展趋势；
2、视频数据采集的核心技术；
3、视频采集技术的典型应用系统。
二、技术发展趋势
在安防系统中，音视频编解码技术不仅解决海量数据的压缩问题，也是其后视频信息传输、存储、播放等环节的前提。目前，国内外对安防视频编码技术的研究主要集冲在高效压“缩、网络适应性、支持智能分析这三个方面。如图6所承，这三个方面的研究重点不同，但是又互相联系、互相制约和互相促进。高效压缩编码技术的研究起源最早，网络适应性技术是在其研究成果上发展而来，而智能分析技术是将计算机视觉和视频编解码相结合产生的。反之，网络适应性技术和智能分析技术的需求和成果又为高效压缩编码提供了新的思路。
在此基础上，在网络适应方向基于IP的组播技术、PZP技术、网格技术、OoS保证技术的发展，带来了视频传输质量和效率的有效提高；在高效压缩存储方向，多核处理器和DSP处理器的发展可以使用高运算量来提高视频压缩的效率成为可能，虚拟化存储技术、网络存储技术又进一步带来了安防系统存储容量的大幅度提高；在智能分析方向信息挖掘、图像理解、模式分类技术的发展，使视频内容检索、生物特征识别技术逐步成熟，推动了监控录音、快照、录像等信息在联动报警．行为分析，智能辅助决策方向的应用和发展。形成产业技术进步、产品升级。具体到前端的视频采集技术的发展趋势主要有以下三点：
视频质量向高清晰度发展
数字图像采集的性能有了很大的提高，随着CCD制造工艺的提高。800万象素的CCD已经成为主流，2000万象素的CCD器件也研制成功，同时终端显示的能力也相应有了进步， HDTV的视频大小已经达到 1280X 720P、1920 X 1080i。海量存储设备的价格也比较合理；因此今后视频监控的图像质量主流将会逐步达到高清晰电视的水平，这将有效地提升城市视频监控联网中图像的清晰度。
处理技术向数字化发展
随着数字图像处理技术的进步，DSP芯片运算能力的提升，许多原来雳需要用调整光学系统来提高视频采集效果的情况。目前采用数字图像处理的技术即可达到，而且具有更高的灵活性。如图像增强和图像复原，特别是采用一些以前用在军工设备上的技术，如超分辨率、模糊图像复原，可以有效的提升图像的主管质量，弥补已有监控视频采集设备的一些硬件性能上的弱点，提升产品价值。
压缩方式向智能化发展
实质上，安防中视频采集技术最根本的要求就是监控摄像头能静止、运动、旋转于各种光线环境，有限带宽情况下，保证监控特别关注的区域的清晰度。其中决定视频压缩的图像清晰度主要有两类因素，第一类是在同样的空间分辨率情况下，由于编解码算法不同而产生的不同清晰度；第二类是原始空间采样值不同而造成的清晰度不同。在视频监控系统中对第二类清晰度有更为特殊的要求，首先监控图像必须有绝对清晰可辨的分辨率；其次为了理解特定的监控图像内容如（人脸、车牌）等，这些区域的压缩分辨率必须高于图像的其他部分；最后，为了实现视频编码端与多种分辨率终端的互联，应当实现空间多分辨率分层编码，因此在传输存储资源有限的情况下，应采用智能分析技术，调整视频压缩方式。达到效率和成车的折中，最大程度上满足应用需求。
下文我们就从这三个方面介绍视频采集技术的进展。
三、技术进展
3．1高清晰视频采集技术
图像和视频的清晰度主要取决于摄像机的水平分辨率和后端的显示设备的解析能力，好的传输介质可以减少图像在传输过程中所造成的失真。摄像机的清晰度取决于感光芯片的性能，摄像机的感光芯片分CCD与CMOS，由干CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，所以绝大部分的专业摄像机都是采用CCD作为感光芯片。CCD是英文Charge Coupled Device即电行耦合器件的缩写，它是一种特殊半导体器件，上面有很多一样的感光元件，每个感光元件叫一个像素（如图7）。CCD在摄像机里是一个极其重要的部件，它起到将光线转换成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能的好坏将直接影响到摄像机的性能。
高清摄像机的出现大大提高了摄像机图像的清晰度，使得图像细节更加清晰和细腻。水平分辨率分别为540线的摄像机，它比480线的摄像机成像效果要更加清晰，锐利（如图8）。
所以，分辨率越高，摄像机的表现能力就越好。高清晰摄像机还具有超强的灵敏照度，它可以在黑暗的环境下取得更清晰的图像，它是普通摄像机没有办法实现的（如图9）。
在黑暗的环境下，由于照度的问题，摄像机噪点的将会不可避免的增多，由于三星电子的高清晰摄像机采用了独特的数字降噪技术。可以令低照度条件下的图像更清晰，悦目。
