视频监控标准对安防系统图像质量的影响

刘 军, 陈 和

(1.中国人民公安大学,北京 100038;2.洪深现代视声技术公司,重庆 400010)

0 引言

安全防范工程广泛应用于社会各个领域,成为维护社会治安、预防和打击犯罪的重要技术手段。安防视频监控系统是安全防范工程重要的子系统。目前,安防监控系统的图像质量不高,与数字化高清晰时代的现代图像显示质量差距甚远。这与我国现行安防监控系统标准中,对图像质量的技术要求相对滞后有关。在安防监控系统中,控制图像质量最重要的环节是如何制定图像的规范性技术指标,基于此,本文在探讨安防监控系统现行颁布标准对监控系统图像影响的基础上,建议修改现行的图像质量标准。

1 现行安防监控标准制约监控系统图像质量

1.1 安防监控系统中视频图像质量标准

在视频安防监控系统最新标准《视频安防监控系统工程技术规范》(GB 50395—2007)中规定:监控中心设置应符合现行国家标准《安全防范工程技术规范》(GB 50348—2004)的相关规定。在其他颁布标准中,大都引用 GB 50348作为规范性文件,因此 GB 50348实际被认定为当前实施的一个规范性基本标准。

查阅《安全防范工程技术规范》(GB 50348—2004),其中第3.3.3.2节规定:“视频安防监控系统的设计应符合《视频安防监控系统技术要求》(GA/T 367—2001)等相关标准的要求”。①该标准由公安部制定颁布。安全防范系统对图像的技术要求应该按照公安部 2001年颁布的 GA/T 367—2001标准执行。显而易见,2007标准和 2004标准其实出自 2001标准。而 2001标准规范在这里存在模糊的地方,即要求在执行《视频安防监控系统技术要求》(GA/T 367—2001)标准的同时,又增加了一个“等相关标准”内容。由于没有明确这部分的具体内容,因此,在具体执行中往往忽略了这些“相关标准”的存在。从目前安防系统工程设计和验收实际情况看,事实也正是如此。

再查阅《视频安防监控系统技术要求》(GA/T 367—2001)标准,其中对安全防范系统图像质量的要求,规范性地引用了国标《民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB 50198—1994),也就是说,1994标准乃是以上众多标准的引用起点。1994年颁布的国标《民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB 50198—1994)乃是视频安防监控系统对图像质量有具体要求的、最原始的国家标准规范性文件。而 1994年标准显然是滞后于科技发展的。

1.2 国标 GB 50198—1994中对图像质量的要求

国标《民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB 50198—1994)中对于图像技术指标的要求体现在第2.1.6节、第4.3节以及第4.4节中。主要涉及到三个部分:①闭路监视图象质量和系统技术指标应满足的要求;②系统的质量主观评价;③系统的质量客观测试。[1]三个部分对图像的要求综合起来共有四点:其一是图像的五级主观评价不得低于4分;其二是划定五级主观评价所对应的图像信号信噪比指标;其三是规定了水平清晰度指标,具体为黑白电视系统水平清晰度不低于 400线,彩色电视系统不低于 270线;其四是要求系统信噪比不得低于 25 dB。除上述四点对图像的技术要求以外,该标准对系统的功能性要求较多,而对图像的其他技术指标,如微分增益、微分相位、K系数、色量延迟差等都没有给出具体的指标。

究其原因,视频监控系统在我国的应用开始于70年代末和 80年代初,当时电视监控属于尖端技术,成品价格比较昂贵,只有在极为重要的场合才能够布设电视监控系统。80年代中后期,以企事业和社区为单位,民用闭路电视和视频监控系统开始大量安装使用。为了规范视频监控和闭路电视系统的工程安装,做到技术先进,经济合理、安全适用、确保质量,1994年,国家颁布了《民用闭路监视电视系统工程技术规范》,以下称《规范》。

由于当时技术发展水平和经济条件所限,80年代的监视用摄像头和监视器大多只能黑白成像,所构成的监控系统要求不高,基本维持在“看得见”的低标准上,不可能在“看得见”的同时做到“看得清”、“看得好”。例如《规范》第2.1.2节指出:“闭路监视电视宜采用黑白电视系统;当需要观察色彩信息时,可采用彩色电视系统。”彩色电视用于监控系统,当时还属于高端视频技术,在那种技术条件下安装的监控设备所成图像的标准自然适应当时的技术和经济发展水平。该项标准制定至今已经 16年,科技发展推动监控识别系统的性能大幅度提高,而且实际布设的视频监控系统的技术指标也已经相当高,但是对图像指标的要求实际上仍然执行 16年前的标准。

2 安防监控系统标准滞后的影响

安防监控系统标准滞后会产生一系列问题,影响安防系统的整体质量,进而影响公安刑事案件侦破工作效率。

首先,设备选型问题。安防视频监控系统的相关技术标准中对图像技术指标的要求过低,甚至处于无指标要求状态,导致安防监控系统工程大量采用低价低质器件设备,造成许多安防监控系统的技术性能过低,传输、录制的图像质量很差,很多监控系统只能摄录人像的大致轮廓,清晰度不够,无法从监视器屏幕上识别人像,给侦查、识别犯罪嫌疑人带来困难。

第二,设备验收问题。既然设备的选型没有合理的标准,那么验收标准也就难以坚持高标准,实际上验收工作长期缺乏必要的依据,目前的验收标准显然不能适应已经飞跃发展的技术水平。安防视频监控系统验收标准的落后,使得管理部门对图像质量的监管徒具形式。

第三,技术规范问题。安防监控系统工程的相关技术规范对功能性的要求多,对安防监控的图像参数指标却很少,这在客观上引导了许多视频监控系统设备制造商对设备开发生产重功能、轻技术指标。安防监控系统工程集成商当然乐于采用低廉设备和原材料来组装安防监控工程成套设备,最大规模地降低成本,增加自己的效益。

市场上,安全防范图像监控设备与广电系统的图像设备,差价往往在几十倍以上。如视音频分配器,广电系统的甲级成品单机一般在 1 000～2 000元之间,而监控工程用成品单机只有百元左右;视音频切换器,广电系统的甲级成品单机售价为 2 000～6 000元,监控工程用成品单机最多不超过 400元,甚至 100元以下。这些低廉设备串接在整体水平已经相当高的视频系统链路中,形成了图像质量的“瓶颈”和“短板”,已进入数字化电视技术、高清时代的安防监控系统被拖累在很初级的水平上。

标准落后于现实的实际情况,使得安防系统的图像质量大大落后于现实技术能够达到的技术水平。应该修改相关标准,对安防监控系统的图像技术指标提出更高的要求,从而有效地引导企业、规范市场、加强管理,使安全防范系统与时俱进。

3 采用“准广播电视标准”规范衡量视频监控图像质量

公安工作实战要求这类视频设备摄录的图像不但看得见,而且看得好,看得清,这就要求设备有很高的分辨率。当前视频系统实际成像水平已经相当高,产品的成像效果已经很好。同时数字电视的应用,高质量设备器件已被大量采用,安防视频监控系统的传输系统和存贮设备已采用了数字技术,图像质量已经可以达到或接近电视广播级水平。因此,完全可以用接近广播电视图像质量指标来严格要求安防监控系统。而且安全防范视频监控系统相对简单,在传输网络中信号的损伤和失真程度较小。现代安防监控设备的主流器件设备也完成了更新,指标大幅度提高。因此,安防监控系统的图像质量水平达到广播级甚至演播室的图像质量水平,在理论和实践上都是可行的。

本文建议,安防监控系统可以采用准广播电视的视音频技术标准参数。

广播电视中心 GY/T 152—2000《电视中心制作系统运行维护规程》的技术参数要求(见表1)。

表1 视频系统运行技术指标等级

以上这些技术参数指标,使用视频自动分析系统就可直接进行测试,方便易行。

安全防范工作离不开标准的指导规范。标准应具备科学的超前性,给现实的安全防范系统工作以引导和示范,推广科学技术成果。我们认为,视频安防监控系统的标准应加入对技术指标的测试。最主要的技术指标为电平、信噪比、亮度非线性(灰度等级)、清晰度、频响、微分增益、微分相位、亮度增益差、色亮延迟差、周期信噪比、K系数,并应给出相应等级的指标参数要求。对于一些重要场所的视频安防监控系统,可以按照电视广播中心的技术参数要求来设计测量验收监控系统,使其采用的设备发挥最好的应用效果。

由于现代视频安防监控系统在社会各个领域的应用广泛,市场巨大,各地的电子元器件市场都细分出了专用的安防监控系统市场。考虑到这样大量的通用视频安防监控器材设备系统,如果完全照搬广播电视的现行标准,可能要求过高。同时,过高的系统指标要求,会对存贮设备增加存贮数据量的要求。在这种情况下,我们认为应摒弃对图像质量的等级主观评分法。

为此,我们拟制了下面的技术参数要求(见表2)。这套参数高于主观评价的五级。安防视频监控系统的核心主观评价应是能在显示器屏幕上分辨人的脸部,这样才能对安全防范的办案提供强有力的技术支撑。从技术和经济适用两方面考虑,建议在安全防范视频监控系统中采用接近广播电视的标准,即“广播电视的标准”。

表2 安防系统视频图像建议技术参数

上述技术参数的检测如有专为安防监测系统开发的视频检测装置来进行,应该十分方便,技术难度较小。视频检测装置其实质就是一套用于视频通道测量的视频测试信号发生器和视频分析仪,这套测量技术、方法和设备现已成熟。它将信号源、分析仪和液晶监视器组装在两个手提机箱内,可以在户外对摄像头进行测试检验,也可在户外对传输系统进行测试。

4 结语

安全防范视频监控系统滞后的图像质量技术标准是行业图像质量的短板,它直接导致公安管理工作的困难。在经济和技术已经高速发展的环境下,为了安全防范行业发展的需要,提高全行业视频监控系统的图像质量,本文建议对现有的相关标准进行修改更新,制定并采用接近广播电视级的图像技术指标,逐步引导市场和企业,使安防视频监控系统的图像质量与时俱进。

[1] 国家技术监督局,中华人民共和国建设部.GB 50198—1994民用闭路监视电视系统工程技术规范[S].北京:中国计划出版社,1994.

[2] 中华人民共和国建设部.GB 50395—2007视频安防监控系统工程技术规范[S].北京:中国计划出版社,2007.

[3] 中华人民共和国公安部.GB 50348—2004安全防范工程技术规范[S].北京:中国计划出版社,2004.

[4] 中华人民共和国公安部.GA/T 367—2001视频安防监控系统技术要求[S].北京:中国标准出版社,2001.

[5] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 10239—2003彩色电视广播接收机通用规范[S].北京:中国标准出版社,2003.

[6] 中华人民共和国信息产业部.SJ/T 11344—2006数字电视液晶背投影显示器测量方法[S].北京:工业电子出版社,2006.