网络智能视频监控系统

网络智能视频监控系统（共12篇）

网络智能视频监控系统 篇1

摘要：介绍了一种智能网络视频监控系统, 实现了实时监控和目标实时跟踪功能。系统前端使用网络摄像机采集实时图像, 通过网络服务器将实时图像传输给网络客户终端, 在终端实现实时监控操作。实验表明, 该系统具有良好的稳定性, 提高了监控的效率和监控系统的准确度和联动性。

关键词：智能,视频监控,网络,终端

智能网络视频监控系统不仅能实现监控功能, 还能实现监控范围网络化、存储容量扩容化、监控智能化等, 一旦选定目标, 系统即可进行目标实时自主跟踪, 通过摄像头和云台监控目标行为, 存储可靠信息。由于均值偏移算法 (Mean Shift) 是一种基于Bayes滤波的动态系统状态估计方法, 具有很好的抗遮挡性。故采用均值偏移算法, 实现智能网络视频监控系统的实时监控和目标实时跟踪功能。

硬件实现

网络视频监控系统适用于任何支持TCP/IP的10/100 Base-T以太网。系统实现的各种监控功能有:语音报警、抓图录像、轮巡监控、目标人物跟踪等。系统主要由网络视频前端监控设备 (Video Forward Supervise dev ice, VFSD) 、视频服务器 (Video server, VS) 和网络客户终端 (Network Guest Unit, NGT) 三部分组成。

硬件平台总体结构如图1所示。客户可以在不同的网络终端控制网络中的监控设备。在整个监控网络中, 每个监控设备拥有自己独立的IP地址。终端只需要访问监控设备的IP就可以调看相应视频并进行监控操作。单个终端独立控制单个监控设备可以使用点对点控制。监控网络就是由这些点对点控制模块组成的。

网络视频前端监控设备

系统目前多采用DS-8000系列作为前端监控设备, 采用球形或枪形高清晰网络摄像机, Linux嵌入式操作系统以及专用视频处理芯片, 支持多客户同时访问和全部的主流压缩格式 (如MJPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.264格式等) 。内置高速云台、监控摄像机。DS-8000通过LAN接入客户网络, 实现前端监控数据的数字化与网络传输。网络视频前端监控设备采用网络摄像机, 选择H.264格式, 720×576的最高分辨率, Full D1视频解析度。

视频服务器

视频服务器主要负责监控网络的数据信息管理和网络客户授权等。视频服务器是由一个或多个模拟视频输入口、图像数字处理器、压缩芯片和一个具有网络连接功能的视频数字处理器所构成。视频服务器将输入的模拟视频信号数字化处理后, 以数字信号的模式传送至网络上, 从而实现远程实时监控的目的。

视频服务器从核心功能上可以分为视频编码器和视频解码器两大类。视频编码器用于实现前端信号 (视频、音频及其它信号) 的数字化压缩和网络化。具体功能包括监控点模拟视音频信息和报警信息的接入、编码/压缩、传输以及外围设备 (如摄像机、云镜、矩阵等) 的控制。并将反回数据放置在约定的返回数据存储区相应单元内, 上述信息经视频编码器处理后通过IP网络上传至中心管理平台, 通过改变分频比改变接收的频点。再由中心管理平台分发至客户端、视频解码器以及录像存储设备。能够生产更高能效的产品也是整个行业的共同目标——为了可持续性、成本可控和客户满意。

网络客户终端

在整个监控系统中, 视频信息处理均集中在客户终端。客户在终端进行各种监控操作, 控制整个系统的运行。网络客户端是在视频远程监控中, 通过登录视频集中管理服务中心平台 (服务端) , 浏览前端视频图像、控制摄像机云台旋转、镜头调焦变倍、录像查询回放等远程终端显示控制系统。

系统软件设计

本软件结合JY2000P智能图像监控系统管理服务端软件, 联接视频服务器和不同现场监控设备, 可以在多种使用环境下灵活组建实用的网络视频监控系统。JY2000P智能图像监控系统Web客户端软件, 在IE浏览器窗口中实现了多画面预览、摄像机控制、实时录像、电子地图导航、报警处理、权限控制等功能。相比以往的单机版监控软件, 本系统主要有以下方面的改进:

(1) 统一集中管理系统数据, 保证数据完整性;

(2) 有利于进行有效的权限控制, 保证数据安全性;

(3) 真正实现瘦客户端, 降低运行主机性能要求, 节省系统资源;

(4) 分发部署灵活简单, 方便升级维护;

(5) 更强大的网络资源共享能力, 例如多客户机录像共享浏览;

(6) 模块清晰, 扩充性好, 例如可支持多种型号的视频服务器设备。

系统设计为可支持多种数据库, 支持大型数据库如:Oracle 9i、MS SQLServer 2000等。小型数据库如:My SQL、Interbase、Access等。根据现场实际使用情况可以灵活选择。

考虑到目前实际情况需要, 默认采用A cces s数据库, 用户一般无需安装任何数据库支持驱动。系统的总体设计框图如图2所示。

系统功能实现

视频图像预览

系统登录后默认为显示视频窗口。单击“视频图像”标签, 如果“视频预览区”当前显示的是电子地图, 电子地图上显示了安装摄像机的位置和坐标。选中某个摄像机, 可以切换到“视频窗口”状态, 同时打开或切换到该摄像机对应的视频窗口, 对该区域进行视频监控。

画面分割器

画面分割器基本功能有:单路视频输入切换;多路视频输入组合切换, 实现四画面、九画面、十六画面等多画面显示效果;实现画中画显示效果。在“摄像机列表”树视图中选中一个摄像机, 如果该摄像机确已启动关联了一个画面分割器设备, 那么就可以对该画面分割器进行控制了。单击“画面分割器”按钮, 弹出“画面分割器控制”界面, 如图3所示。

矩阵切换器

矩阵切换器是用于对多个型号视频矩阵进行设置, 包括:输入通道与输出通道设置、锁定/解锁当前通道、自动切换设定等。操作界面如图4所示。如果在服务端软件“基本设置”页面启用了视频矩阵设备, 那么该项功能有效。如果单击该按钮前, 未选中任何摄像机, 那么缺省选中首个现场首个摄像机节点。在“摄像机列表”树视图中选中一个摄像机, 如果该摄像机确已启动关联了一个视频矩阵设备, 那么就可以对该视频矩阵进行控制。

报警日志

报警日志主要提供对监控现场中报警器状态设置、报警事件记录及模拟量数据记录的管理。“报警器列表”树视图中列举所有监控现场中已添加的报警器, 包括布防状态、报警状态和报警器名称。报警器处于布防状态, 报警器关联的报警设备一旦发生报警, 报警器将立即处于报警状态, 同时触发报警联动。通常情况下, 报警器处于普通状态, 一旦对应的报警设备发生报警, 同时该报警器正处于布防状态, 那么该报警器将转为报警状态, 直到报警解除后, 报警器才会恢复为普通状态。

系统控制

系统控制区用于控制摄像机、多画面切换、录像、拍照等。所有可控摄像机都可以在打开窗口画面上按下鼠标右键进行控制, 也可选择右侧的按钮进行控制。具体有灯光开关、镜头变倍近变倍远、聚焦近聚焦远、雨刷开关、打开/关闭双向语音对讲、方向控制等功能。

结语

智能视频监控技术融合了光电图像视频处理、计算机视觉模式识别和人工智能, JY2000P智能图像监控系统比普通的视频监控系统具备更加强大的视频处理能力和智能因素, 为客户提供了更多高级的视频分析功能, 能减轻监控人员的劳动量, 提高了监控的效率和监控系统的准确度和联动性。在对智能化要求越来越高的市场推动下, 随着智能视频分析技术的不断成熟, 视频监控系统向着智能化的方向发展将是必然趋势。

参考文献

[1]石头, 张笑微, 周建雄.智能网络视频监控系统[J].兵工自动化, 2009, 28 (12) :71-73

[2]骆云志, 刘志红.视频监控技术发展综述[J].兵工自动化, 2009, 28 (1)

[3]余腊生, 刘勇.基于网络的智能视频监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计, 2009, 30 (16) :3879-3882

[4]杨红军.智能视频监控系统的设计研究[J].科技情报开发与经济, 2010, 20 (4)

[5]杨金玲, 柴颖, 狄红卫.基于DM6446的智能视频监控系统的设计[J].电子测量技术, 2010, 33 (3)

网络智能视频监控系统 篇2

平安城市发展概述

全球经济的快速发展和日趋严重的社会治安问题已形成了一对矛盾体，社会治安问题造成了国家局势动荡、社会不稳定及极大的经济损失。预计在未来很长一段时间内，全球还将面临突发公共事件所带来的严峻挑战。因此如何及时的发现危机、有效控制危机波及的范围、以及迅速解决危机已成为政府面临的重大挑战之一，正是在这样的背景下，全国各地市正在加紧进行平安城市的建设。

平安城市项目涵盖社会众多领域，针对重要场所，如商业建筑、银行、邮局、道路监控、校园等区域的，建立全方位的立体防护；同时也针对不同的目标群体，如流动人员、机动车辆、警务人员、移动物体、船只等，提供报警、视频、联动等多种组合方式，有效实现信息高速化，实现城市安防从“事后控制” 向 “事前预防” 转变，提升城市的安全程度和人民生活的舒适程度。

华为依托对政府平安城市项目需求的积累，积极理解业界发展发向，同时对网络、存储、安全技术领域的等深刻理解，推出华为平安城市解决方案。

华为平安城市解决方案

解决方案概述

华为平安城市解决方案，创新性地融合了前端、网络、存储、云计算和云存储统一平台，以其良好的扩展性，有效解决传统监控技术无法大规模部署的问题。

华为平安城市解决方以其国内外最多厂商的兼容接入性能、统一开放得平台，保障客户设备最大利旧和客户投资、合作伙伴利益最大化；以其高带宽利用率、低时延转发、快速保护机制，满足了视频监控业务高可靠、高实时、高带宽的要求；云存储技术和云计算处理平台应用，保证了海量视频信息的可靠存储、高效检索、平台的高效应用。分级分域的系统建设，多级级联的架构，统一监控平台的部署，不仅实现了监控资源的有效利用，也让整个监控体系架构更为简单、有序。

技术解决方案亮点



分层多级的平台架构，灵活组网方式

弹性组网：支持集中式组网，多级组网，并能实现平滑扩展 容量从集中式组网的小型系统，平滑扩展到数十万规模的大型系统

 开放性和兼容性平台设计

开放的分层设计：核心平台采取了模块化和分层设计，并创造性设计了“定制化层”，可方便地支持丰 富的应用

开放式的接口：提供客户端中间件，方便客户自定义开发不同展示方式；提供告警接口，方便各种报警 开放标准化的协议：视频、音频和传输协议都采用国内和国际及行业标准

兼容国内外最多厂家：华为视频监控平台已经兼容业界主流厂家前端设备，海康、大华、三立、卡尔、美电贝尔、先进、日安电子、同州电子等诸多家前端厂家 

 全系列智能业务应用

智能接入：多种智能分析功能如入侵检测、人员聚集报警、物品遗留、物品偷盗、人数统计等全面智能应用。

智能视频分析系统设计与应用 篇3

关键词 智能化 视频分析 系统设计 监控

中图分类号： TP37 文献标识码：A

1 引言

进入21世纪以来，经济和社会的发展促使着人们不断提高安防意识，对于安防监控的业务需求不断增大，如何通过经济的、高效的、智能的和可行的技术手段来提高安防监控，保障公众安全和财产安全，成为了智能监控领域内普遍关注的热点问题。

传统的利用摄像头和录像监视设备组成的监控系统存在着诸多问题：例如需求操作人员进行查看和管理维护，只能作为事后取证的工具，无法解决快速报警、目标跟踪及定位等问题。智能视频分析技术是一种新的技术，是在视频监控系统发展到一定程度时市场自然提出的要求。

2 智能视频分析技术

智能视频分析技术属于模式识别技术的一种，就是指采用智能化的视频分析算法，利用计算机对视野范围内的目标的特定行为进行分析和提取，让计算机判断出这些个体进行了一些什么行为，进而可以判断这些行为是否符合某些规则，是否属于“某一类型”的行为，而这些类型的行为是应该提醒监控人员注意的“可疑行为”。当发现存在符合某种规则的行为（如定向运动、越界、游荡、遗留等）发生时，自动向监控系统发出提示信号，采取某种对应措施（如声光报警器报警）或通知监控人员进行人工干预等。智能视频分析技术实现用计算机“代替”人进行分析，也即实现了“自动分析”或是“智能分析”。

智能视频主要技术包括以下几个方面：

（1）目标检测

在视频监控系统中，目标检测处于智能分析的低层，包括动目标以及静目标检测，是各种后续处理的基础。

（2）目标跟踪

目标跟踪即对监控区域内的运动目标的轨迹进行跟踪，是目标监控的最基本的应用，也是其他事件监测的基础，处于智能视频分析的中层。

（3）目标分类和识别

属于智能视频分析的中高层。目标分类指根据检测到目标的形状、外观、轮廓等特征进行分类（如行人、车辆、动物等），目标识别指对目标的身份进行甄别，实际应用中，如人脸识别，步态识别，车牌识别等。

（4）视频内容分析和理解

属于高级智能视频分析，是真正实现监控智能化的关键。在上述低级处理的基础上，进一步对场景中的行为，复杂事件等进行分析和识别，并用自然语言等加以描述。其中最典型的是对场景中的运动目标特别是人的行为的理解和描述。

（5）系统设计

智能视频分析系统是以基于图像处理、模式识别技术的计算机视觉技术为核心，结合多媒体技术、计算机网络技术的一种主动监控分析系统。

本文中基于ARM Cortex的智能视频分析系统，旨在打造基于智能视频分析技术的成套安防报警管理系统解决方案。本系统借助计算机强大的数据处理功能，对视频画面中的海量数据进行高速分析，以数字化、网络化视频监控为基础，采用ARM Cortex嵌入式多任务系统技术、数字图像压缩/处理技术、智能视频分析等技术，提供了入侵检测、徘徊检测、遗弃物检测、物品搬移检测、自动跟踪检测、非法停车检测、烟火检测以及防尾随、人流统计和智能监控异常检测等功能。该系统中所做的智能视频分析能够识别不同的物体，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而能够更加有效地协助安全人员处理危机，并最大限度的降低误报和漏报现象。

本文中所设计的智能视频分析系统可以划分为几个子模块：

（1）ARM Cortex处理平台

实际应用环境中越来越复杂的算法带来了巨大的计算量，目前广泛应用在智能分析设备中DSP芯片计算能力有限，已经不能满足某些复杂算法的需要。并且无法植入嵌入式操作系统，无法成为一个独立的嵌入式终端。本系统采用TI公司的以ARM Cortex-A9为核心的OMAP4430处理器，该处理器具有双核对称处理器、1GHZ的运算速度。ARM NEON技术将DSP和媒体处理能力提高了近4倍，并支持改良的浮点运算，满足下一代3D图形、游戏物理应用以及传统嵌入式控制应用的需求。本系统充分利用其对于图像处理的优化支持和开发工具，完成视频分析算法的移植和运行工作。基于ARM Cortex的硬件平台使用的关键技术包括核心芯片技术和ARM Cortex嵌入式实时多任务处理系统技术，以实现网路升级、许可证管理等各项功能，节约在更新换代时购置新设备成本。

（2）算法分析模块

运用数字视频处理技术与智能分析技术，对已有的算法进行改进，开发具有自主知识产权的智能视频分析算法，并使用VC6.0实现，完成入侵检測、围栏入侵检测、区域入侵检测、徘徊检测、遗弃物检测、物品搬移检测、自动跟踪检测、非法停车检测、车牌自动识别、人流（车流）统计、烟火检测、智能监控防尾随、智能分析之异常检测。

（3）视频传输与控制信号的架设

关键技术包括MPEG-4编码与解码；媒体数据传输和控制协议；SIP协议开发。RTP提供具有实时特征的、端到端的数据传输服务。在视频数据前插入包含有载荷标识、序号、时间戳和同步源标识符的RTP包头，然后利用数据报套接字（UDP）在IP网络上传输RTP包。RTCP负责管理传输质量在当前应用进程之间交换控制信息。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包，包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料。SIP服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP/RTCP可视为应用程序，集成于嵌入式终端的应用程序中。SIP协议开发是在摄像头所级联的嵌入式终端中，基于ARM实现SIP协议编程。

nlc202309020636

（4）手持終端设备无线视频通信

在基于ARM Cortex的智能视频分析系统中，网络通讯是非常重要的一部分，无线视频通信技术，采用了基于IEEE 802.11b标准的无线局域网络，提供了宽带图像传输环境。采用了MPEG-4压缩技术，在高图像质量的前提下，可实现高压缩效率。本无线视频通信方案可有效地权衡视频通信中有效性和可靠性的矛盾，保证图像高质量和实时性强地传输。

3 应用前景

智能视频分析系统还属于新兴领域，根据权威的IDC报告称：智能视频分析系统在中国的市场普及率还未达到5%。目前国内智能视频分析系统已经应用于高速公路、地铁、商场、银行和住宅小区等场所，服务于安全防卫、交通管理或者行为分析等应用。随着安防发展的不断加快，人们的安全防范意识不断增强，将会对智能视频分析提出更高的要求。不同行业对于智能视频分析的要求是不同的，不同行业间检测行为类型与异常事件的特殊性也是智能视频分析技术研究中不得不面临的问题。智能视频分析技术只要结合行业实际应用，针对不同行业具体要求，满足用户需求，必然会在各行业中逐步显现威力。虽然目前智能视频分析技术对环境适应性有一定限制，但随着图像处理、图像分析以及计算机视觉等学科的发展，众多优秀算法的提出将使得智能视频分析更加智能。智能视频分析是监控领域最新的、最具发展潜力的方向，随着投入力量的不断增加，智能视频监控产品必定会有更加广阔的前景。

参考文献

[1] 蔡立公，浅析智能视频分析系统的设计[J]， 黑龙江科技信息，2011（30）.

[2] 陈冬冬，张曼琳，贾平，汪永强，智能视频分析技术在综合安防系统中的应用[J]，计算机系统应用，2011（5）.

[3] Gantz JF， Reinsel D， Chute C， et al. The expanding digital universe： A forecast of worldwide information growth through 2010. An Internet Data Center （IDC） White Paper，sponsored by EMC， 2010.

[4] 余莉琪，基于IVS智能视频分析在平安校园中的应用研究[J]，科技信息，2012年第33期.

[5] 肖沁雨，智能视频监控关键技术分析[J]，制造业自动化，2012（12）.

现代智能网络视频监控系统 篇4

现代智能网络视频监控系统(IVS)不再局限于视频信号的采集、传输、控制与显示,其核心应用转变为“基于IP网络为多媒体信息建立一个综合的管理控制平台”,以网络为依托,以视频编码压缩/传输为基础,以视频内容分析为亮点,构建一个智能化、网络化的综合视频系统,其应用已远远超过了传统的“安全防范于视频监控”的范畴,变成了多元化的系统。

1 现代智能网络视频监控系统的发展前景

现代智能网络视频监控技术在近几年得到广泛的应用和发展。它采用完全分布式架构,系统架设在网络上,不受地域空间限制,利用智能管理软件实现视频资源的管理、整合、配置、传输、调用、存储、报警、集成等。

未来的视频监控系统应用会更加民用化、智能化,视频图像更加高清化,系统的架构方式将会如同民用“互联网接入”的方式,由专门的运营公司提供设备和服务,而用户仅需提供“月租金”,从而实现家庭远程视频监控。

2 智能网络视频监控系统设计方案

2.1 系统结构

2.1.1 硬件部分

智能网络视频监控系统由前端设备、信号传输和综合机房组成,其结构如图1所示。

(1)前端设备包括监控摄像机,实现前端信号信息的采集。本方案采用海康威视高清网络智能球机DS-2DM1-6XY系列。

(2)信号传输用于实现信号远程分散变近程集中,监控系统的图像质量和使用效果与它息息相关,所以设计时必须考虑合适的信号传输方式。为此,本方案采用双绞线传输,不仅减少了成本,而且便于监控点的扩展。

(3)综合机房实现对监控系统的统一管理与控制,并负责视频图像的存储记录。监控客户端通过监控系统客户软件实现对监控系统的访问、控制和管理。

2.1.2 软件部分

智能网络视频监控系统采用网络视频监控软件4000(V2.0),通过TCP/IP协议给各区域视频通道设置固定的IP地址,完成远程监控系统的通信。

2.2 系统功能

智能网络视频监控系统具有如下功能:

(1)预警功能。通过视频监控第一时间发现事故点,并根据应急预案迅速反应,尽量减小事故损失;同时,系统应24小时可靠工作。

(2)监视功能。通过高品质摄像机获得监视范围内清晰的视频图像,满足企业不同区域的监控要求,实现24小时监控。

(3)硬盘录像功能。前端设备的视频信号接入嵌入式数字硬盘录像机以存储数据。录像保存时间达到25天以上,以供调查取证。

(4)联网服务功能。通过嵌入式数字录像机提供TCP/IP强大的视频服务功能,便于监控系统联网。

(5)管理功能。管理人员或授权访问人员能通过访问监控系统实时预览监控画面、回放历史监控图像、下载监控资料等。

(6)预留扩展功能。预留扩展接口,以满足今后增加监控点的需要。

2.3 系统设计要求

为加强企业的安防工作,必须加强视频监控系统的建设。因此,智能网络视频监控系统应满足如下要求:

(1)能实时视频监控企业的主要出入口、周界、道路,重要部门等区域,及时发现隐患,有效预防各类案件的发生。出现安全事故时,应在第一时间通知相关人员,并对各监控点进行全程录像,从而为日后的事件取证提供有力依据。

(2)工程建设应符合国家法规和现行工程建设标准及有关技术标准、规范和规定的要求。

(3)使用的产品和设备应符合国家法规和现行相关技术标准,并经法定机构检验、认证合格或生产登记标准。

(4)应选用稳定可靠、成熟先进和优化集成的技术和设备。

2.4 监控点的选择

根据车间岗位的实际要求,设置监控点具体位置。将各车间划分为不同区域,在每个车间区域内部集中供电,按照其位置使用交换机分配IP地址后,再通过交换机连接各车间主线,这样一根屏蔽双绞线就可连接各车间所有的摄像机。只要分配地址数不超过256个就可以使用TCP/IP协议进行网络化管理。

3 结束语

尽管现在高清网络摄像球机成本高,但这种现代智能网络视频监控系统实现了网络式的管理、远程化的控制,而且从根本上解决了干扰问题;同时交换机的使用为以后监控点的扩展提供了方便;日常维护也很简单实用。

摘要：从硬件和软件两方面,介绍了现代智能网络视频监控系统的设计方案。该方案在降低成本的同时能减少甚至避免干扰的发生。

关键词：视频监控系统,前端设备,监控点,智能网络

参考文献

网络智能视频监控系统 篇5

最近几年，高清视频监控技术发展迅速，智能交通系统也得到了前所未有的发展。视频监控与智能交通是相辅相成的，目前视频监控主要应用在城市主要道路及交叉路口、城市与城市之间的高速公路视频监控系统、城市治安卡口系统以及电子警察系统等智能交通领域。

高清视频监控在智能交通的主要作用有如下几点：

指挥调度一旦发生交通拥堵或事故后，指挥中心通过视频监控系统可以快速调取现场信息，及时展开救援或采取相应措施。因此，视频监控在应对突发事件时，可以成为相关部门做出快速响应的有力助手。

文明行车监督通过视频监控系统，随时监控路面车辆行驶状况，发现违章行为，可以拍照取证，加大处罚力度，可以有效节制违章行为。视频监控具有很好的文明行车监督和威慑作用。

车牌识别及疲劳驾驶识别通过视频监控系统，对违章行为车辆及非法车辆进行车牌信息捕捉，同时对驾驶人员进行脸部信息捕捉。

流量监测监测道路车辆交通流量变化，指挥中心可以快速做出应对措施，分散车辆，减少拥堵现象。视频监控的应用可以有效快速的监控到城市中道路的车流情况，便于指挥中心做出快速部署，同时也为城市交通网络优化提供大量的有效信息。

不论是实时交通指挥还是智能视频分析，对视频监控的图像要求都是越清晰越好，特别是车牌识别、疲劳驾驶识别(人脸识别)、指挥调度等功能都依赖于高清晰高质量的视频监控图像画面。由于市场的需求从而推动了高清视频监控技术的发展。

网络智能视频监控系统 篇6

关键词: 自动识别系统; 动态监控; 视频跟踪; 智能船舶; 船舶交通服务系统

中图分类号:TP273.5; TN948.41; TN911.73文献标志码:A

Intelligent ship dynamic video monitoring system based on AIS data

ZHOU Jianmina, WANG Jieb

(a. Information Centre; b. Navigation Department, Zhejiang International Maritime College,

Zhoushan Zhejiang 316021, China)

Abstract:Regarding the inconveniences inherent in the manual operation on video monitoring system for its application in monitoring ship movement in port, an intelligent ship dynamic video monitoring system is developed. In this system, an automatically monitored decision-making control module is designed ccording to the dynamic ship data within the port obtained by Automatic Identification System (AIS); a monitored preferred factor algorithm of the ships to be monitored is established; and the automatic video tracking on the ship movements is realized by driving the arrays of the intelligent spherical cameras to locate the ships to be monitored automatically and consequently.

Key words:automatic identification system; dynamic monitoring; video tracking; intelligent ship; vessel traffic service

0 引 言

船舶动态视频监控系统通常被集成在船舶交通服务系统(Vessel Traffic Service,VTS)中,用于港区船舶航行动态监控,以弥补雷达存在盲区、易受电子干扰和无真实图像等不足,其重要性在整个VTS中正逐渐增强.[1]目前,国内外部署的VTS中,闭路电视监控系统(Closed Circuit Television,CCTV)的实际操控是个难点,大多采用人工手段,根据船舶相对VTS中心的方位和距离,对CCTV云台的指向和镜头的焦距、景深及光圈等进行调整(如果系统中存在多个镜头,需选择最佳镜头),在船舶较多时会有一定的困难,且耗时较多.[2]

随着智能球控制技术的发展,视频监控系统已从人工控制向智能控制迅速升级,无人值守的船舶动态视频监控系统呼之欲出.

1 视频监控系统的概念及作用

通用船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)是个操作于甚高频(Very High Frequency,VHF)海上移动频带的自动连续广播系统,在船舶和岸台间交换如标志、位置、航线和速度等信息.随着SOLAS公约第V章中规定AIS强制性安装[3],AIS设备的总体数量及其应用迅速增加.将AIS接收的船舶坐标位置数据换算为智能球云台的预置位,驱动视频摄像机转向监控目标,可以实现对船舶的自动视频跟踪.

1.1 视频监控对于港区安全管理的重要性

船舶安全管理泛指一切保护船员和旅客的安全与健康、 防止船舶和货物的损害以及防止海上污染的管理活动.[4]目前,许多中小港口功能趋向多样化,客货运输、水产渔业等船舶进出频繁,给港口管理带来诸多问题.

传统的雷达监控不能实现真实图像采集和显示,对于一些船舶在港区排污等违法事件无法跟踪和追溯;雷达存在盲区和电子干扰问题,尤其在中小港口,其地理布局通常依赖自然地形,存在大量死角,雷达难以部署.而视频监控安装灵活,随着智能球技术的发展,能水平360°和垂直90°无死角自由旋转的视频摄像机已经普及,IP网络视频传输也使低成本远程部署成为可能,主动型红外摄像、偏振过滤摄像等技术的应用使视频监控的年可利用日数得到保证,视频监控已成为港口安全管理的重要补充.

1.2 AIS引入视频监控系统的意义

AIS数据中包含船舶的坐标位置,按照SOLAS公约的相关规定,航行于国际航线的300总吨以上船舶和缔约国航行于国内航线的500总吨以上的船舶,从2002年7月1日起到2008年7月1日须分阶段[HJ*5/9]配备AIS设备.目前,配备AIS系统的船舶在进出我国港口的船舶总数中占很大比例,利用AIS数据驱动智能球的自动定位实现智能视频监控,可大大降低人工操作的劳动强度,还可结合数字视频录像系统,实现视频监控的无人值守.

2 基于AIS的港口智能船舶动态视频监控系统技术的实现

智能球实际上是将摄像云台与数字控制技术、摄像机结合在一起的视频控制平台.智能球能接收数[HJ]字驱动信号,实现方向和高度的调整、变焦、光圈调整以及主动光源控制等功能.最关键的是智能球一般能提供一定数量(从64到512甚至更多)的预置位,用于记录摄像机的跟踪方向及焦距等参数,通过数字信号实现定点连续跟踪.

2.1 系统结构

基于AIS的港口智能船舶动态视频监控系统由AIS接收系统、船舶动态数据库、自动监控决策控制系统和智能球等组成,见图1.

图1 基于AIS的港口智能船舶动态视频监控系统

智能球中的摄像机可根据港口情况选择主动型辅助光源长焦距红外摄像机.AIS接收系统由AIS信号接收器将来自AIS天线的船舶AIS信号接收下来,由AIS数据处理器提取船舶动态数据,包括船名、船舶呼号、经纬度、航向、航速及目的港等,记录到船舶动态数据库中.自动监控决策控制模块用于从船舶动态数据库中提取监控目标,组成待监控对象队列,计算队列中对象的优先级,将有限的港区监控摄像头用于重要目标的跟踪监控.

2.2 主要工作原理

2.2.1 智能球定位

智能球能记忆几十到几百个预置位,经过预先设定可通过指令(可采用PELCO-D和PELCO-P等协议指令)快速定位预置角度(包括水平方位和垂直俯仰角)监控指定区域.

预置位的设定是该项技术的关键,为使预置位与港区特定区域相对应,需对智能球的预置位进行人工标定,即在智能球的控制程序中编写预置位设定程序,驱动智能球每经1个最小偏转角到达1个新预置位后存储.测定智能球启动初始化时的起始角与最大预置位偏转角之间的方位角差值,除以预置位总数,得智能球每个预置位之间的偏转角度θ.

设摄像头视角为α,智能球启动后自动定位在初始起点(预置位1).在已知智能球坐标位时,由AIS获得被监控船舶的坐标位,计算出智能球和被监控船舶之间的方位角与智能球起点位置(预置位1)的夹角,除以θ得偏转预置位序号,驱动智能球转向某预置点,使摄像机指向港区船舶;以此类推,当船位于n处与船位1之间夹角达(n-1)•θ时,智能球定向预置点n.由于α>θ,被监控船舶一直处于视频监控中.船位与智能球定位关系见图2.

图2 船位与智能球定位关系

设智能球i所在位置的经度为Xi,纬度为Yi,其初始预置位的方位角为0,每个预置位之间的间隔角度为θ,最大预置位方位角为n,预置位总数为n+1.当某船位于港区内,经度为Xs,纬度为Ys,则船舶与智能球之间的距离L=arc cos[sin(Xs)sin(Xi)+

cos(Xs)cos(Xi)cos(Ys-Yi)](1)船舶与智能球之间的方位角ρ=arc cos[tan(Xs)cos(Xi)csc(Ys-Yi)-

sin(Xi)cot(Ys-Yi)](2)由于所在半球的不同导致经纬度存在名称和符号的不同,设ΔY=Ys-Yi.

(1)港口在北半球.设ΔY≥0,则 方位角=[JB({]ρ [KG*9]ρ>0

180°+ρρ<0(4)当ΔY<0,则 方位角=[JB({]360°-ρρ>0

180°-ρρ<0(5)

(2)港口位于南半球.设ΔY≥0,则 方位角=[JB({]180°-ρρ>0

-ρρ<0(6)设ΔY<0,则 方位角=[JB({]180°-ρρ>0

360°-ρρ<0(7)若方位角∈[φ0,φn],只要没有物体遮挡,则该船舶处于智能球i的监视范围内,预置位的编号Si=[BG(][BHDWG2,K*2W〗[BG)][SX(]方位角-φ0[]θ[BG(][BHDWG2,WK*2〗[BG)]+1(8)

在试验中,会发现智能球的预置位号码不连续,部分预置位被厂家用于智能球的特殊功能驱动,即智能球内可供使用的逻辑预置位不连续.为达到连续监控的目的,可建立真实预置位与逻辑预置位对照表(见表1),通过查表实现对智能球驱动.

表1

真实预置位与逻辑预置位对照表序号真实预置位号码逻辑预置位号码1S1L12S2L2nSnLn

2.2.2 自动监控决策控制模块

由于港口船舶数量往往大于监控智能球数量,如何选取重要的监控对象是自动监控决策控制模块的主要任务.

从安全管理角度看,港区中有部分区域属于航道,船只交汇频繁,是监控重点;不同位置的智能球对处于不同区域的船舶有就近原则;对速度较快船舶的监控必要性大于速度较慢或停泊的船舶;对有违章记录船舶的监控必要性大于别的船舶;对客运船舶的监控必要性大于货运船舶;对驶离港口监控区的船舶没有必要继续跟踪等.

自动监控决策控制模块将由船舶动态数据库中筛选出的、进入监控区内的船舶组成待监控队列,根据每艘船舶所在区域、航向速度及历史记录等要素分配一定的权重,计算出优先因子,根据优先因子对待监控船舶队列进行排序,对队列前部船舶进行跟踪监控,实现智能自动监控管理. =(ka×A+kv×v+kL/L+kb×b)×C[JY](9)式中:为待监控船舶的被监控优先因子;ka为待监控船舶所在区域与航道关系的权重;A为待监控船舶所处区域与航道关系,取与航道距离的反比值;kv为待监控船舶航行速度因素权重;v为待监控船舶航行速度;kL为待监控船舶相对于某智能球的距离因素权重,AIS信号受地面遮挡影响较小,当AIS信息要求被监控的部分港区可能因地理因素处于视频盲区,为确保视频监控的有效性,除对智能球阵列进行合理部署外,还将死角区域的kL值预设为0,避免智能球对该区域的无效监控;对于多视频头系统,L为待监控船舶相对于各智能球的距离,对于接近待监控船舶的智能球,L值越小,被监控优先因子越大,智能球优先接受监控该船任务,很好地解决多监控镜头的智能选择问题;kb为待监控船舶违章历史因素所占权重;b为待监控船舶违章严重性指数;当驶入监控区时,C=1,当驶离监控区时,C=0.

根据港口安全管理特点,可进一步考虑其他因素,计算所得的某船被监控优先因子越高,则优先被监控.[HJ*5/9]在部署有多个智能球的多视频头系统中,自动监控决策控制模块采用针对每个智能球逐个轮询的方法,分别计算待监控船舶队列中每艘船舶相对于该智能球的优先因子,挑选优先因子最大者进行跟踪监控,并将除却该船舶的队列对下一智能球进行优先因子计算,依次类推,直到所有[HJ]智能球都有监控目标,实现多智能球阵列自动选择目标监控.

2.3 硬件组成

系统硬件组成见图3.

图3 系统硬件组成示意

PC机1担负智能球控制和视频采集功能,同时提供IP视频发送服务器功能,供远程访问使用;PC机2执行AIS数据采集处理和船舶动态数据库存储功能.2个PC机之间通过网卡及局域网实现数据交换访问.当监控摄像机及智能球增加导致数据处理负担加重后,视频采集和智能球控制可分散到多台PC机中进行.

2.4 系统软件简介

[CM(20]船舶动态数据采用MYSQL进行数据库管理,[CM)][LL][HJ*4/7]安装在PC机2中,通过RS232串口接收来自AIS接收机的AIS数据,并分离出船舶数据,记录在数据库中.PC机1安装有多通道视频采集卡驱动及应用软件,可以单一窗口或九宫格显示多监控画面,同时提供视频服务器功能,通过网络将监控视频传输到更远的用户处.

自动监控决策控制模块程序安装在PC机1中,通过网络访问PC机2的数据库,并计算产生监控控制信号,通过RS232串口经RS232-485转换器,将控制信号编码通过485电缆输送至各智能球,经智能球控制电路解码后实现对智能球的远程控制.

为应付突发事件,便于监控非船舶动态数据库中的小型船舶或其他目标,监控控制模块同时提供人工操作界面,驱动相关智能球进行定向监控.智能球中摄像机采集的高清视频信号经视频线返回多通道视频采集卡,若距离远导致视频信号损失,可考虑安装低噪视频放大器延长传输距离.[5]

3 结 论

港口安全管理事关人员安全、交通安全、作业安全和海洋环境保护,是生产运输、船舶航行及停泊的重要保障.港口船舶动态视频监控系统是VTS中的重要组成部分,是港口安全管理的重要手段.[6]利用计算机技术实现船舶动态视频监控的自动化、智能化是今后的发展趋势.[7]随着智能球技术的发展,适应全天候、多功能、无线、网络化和智能化的视频监控设备将不断普及,更好地运用到航运业中.[HJ]

参考文献:

[1]史云剑. CCTV子系统在VTS硬件系统中的作用及运用初探[C]//中国航海学会内河船舶驾驶专业委员会学术年会论文集. 北京: 中国水运报刊社, 2004: 160-161.

[2]龚瑞卿. AIS, CCTV, VTS整合及功能拓展[J]. 中国水运, 2005(10): 42-43.

[3]章剑. 船舶自动识别系统(AIS)装船和检验要求[J]. 上海造船. 2006(2): 30-32.

[4]翁跃宗. 一种面向海事分支机构的船舶安全管理信息系统的设计[J]. 中国航海, 2004(4): 42-45.

[5]陈辉. 海上移动视频监控通信系统的设计和应用[J]. 青岛建筑工程学院学报, 2005, 26(4): 79-82.

[6]赵树利. VTS管理信息系统的功能需求及构成分析[J]. 中国水运, 2008(6):9-11.

[7]陈明洁. 智能视频监控系统目标检测和跟踪技术分析[J]. 电视技术, 2008(10):85-87.

网络智能视频监控系统 篇7

视频监控系统是进行安全防范系统中一个重要的组成部分, 它综合了网络技术、数字视频技术和计算机技术。随着现代科技技术的快速发展, 监控系统的到了了迅速的发展, 一种新型的嵌入式网络视频监控系统将嵌入式技术、图像处理技术、网络技术和数字视频技术聚集于一身。此项技术的运用不但解决了传统监控系统中存在的图像质量低、网络结构复杂, 监控系统功能的拓展下差以及资源浪费严重等问题, 同时还提高了监控系统的功能。本设计方案是以智能视频监控系统的检测计算为基础, 在ARM处理器SCS2440的前端设计一种带有预处理功能的嵌入式监控系统。

1 系统设计方案

嵌入式网络智能监控系统是由软件和硬件两部分组成的, 其中的软件系统在设计时主要关注的是系统的操作性能, 其硬件部分在设计时重点关注的是各种类型的处理器, 其中嵌入式监控系统中最重要的一部分是处理器的选择, 然而其中的操作系统又会对处理器的选择设置一定的限制。为此本文在设计选用SCS2440为该网络智能监控系统的中央处理器, 其操作系统选用Linux, 来共同组建该智能视频监控系统的软硬件平台。此外在设计时, 还预留了系统扩展的外围空间, 其目的是为了保证系统的通透性和后期开发。该系统的结构如图1所示。

2 新型嵌入式网络智能视频监控系统硬件结构设计

本系统的为SCS2440作为中央处理器, 此处理器时硬件系统的核心处理器, 此中央处理器需要完成系统的主要逻辑运算, 同时提供USB作为目标采集设备和外围控制器设备用来视觉跟踪模块。中央处理器的频率可高达533MHz。此嵌入式系统的主要功能是支持NAND Flash系统的控制、储存器的管理、I/O端口、USB HOST用于连接摄像头等。其系统架构图如图所示:

3 新型嵌入式网络智能视频监控系统软件结构设计

嵌入式网络智能视频监控系统的软件系统是实现网络监控的软件操作。启动软件爱你的嵌入式服务器系统, 通过客户机的连接请求, 服务器将会对服务端摄像头采集到的数据进行处理, 然后通过RTP/RTCP协议传送到组播地址, 客户端通过加入该组播来后驱相关的视频数据, 其操作流程图如图3所示。

4 嵌入式网络智能视频监控系统功能模块实现方案

4.1 网络模块。此模块功能主要是用来接收和发送数据, 在对其模块指令和数据指令进行管理时需要采用不同的管理方式, 在对数据指令进行管理时采用RTP/RTCP传输协议, 而在对模块的控制指令进行管理时采用TCP/RTCP传输协议。

4.2系统视频采集模块。此模块的主要功能是: (1) 对USB摄像头进行初始化处理, 然后启动采集程序, 并将才起到的数据图像放置到缓冲区, 为视频压缩模块提供信息资源。 (2) 执行控制指令。

4.3系统的视频压缩编码模块。其主要功能是对视频采集模块的数据进行收集和编码压缩, 并将压缩后的视频数据放置在该模块的环形缓冲区。

4.3 系统视频显示模块。该模块主要是借用浏览器 (JavaApplet) 应用程序来显示视频数据。

4.4系统视频的储存模块。此模块的主要功能, 首先是将压缩处理后的视频文件存放到USB硬盘中。其次, 对此设置硬盘查询情况, 对于国企的视频文件采用自动删除程序进行处理。

5 嵌入式网络智能视频监控系统监控的运动目标的检测

对于监控到的运动目标进行检查时采用的检测计算方法通常为帧间差分法、背景差分法。其中帧间差分法的计算具有算法相对简单的特点。本文就选用帧间差分法对运动目标进行检测。

帧间差分法是通过对两幅图像之间差值的计算来获取运动目标的区域, 这是一种能够快速有效的检测到运用目标的计算方法。例如当前帧为frame (a, x, y) , 其相邻帧为frame (a+1, x, y)

定义:

相邻两帧图像之间的差值为:

备注:M (x, y) :监控视频图像的前景像素;

B (x, y) :监控视频图像的前景像素;

TS:判断图像像素位置的阈值

6 结语

新型嵌入式网络智能视频监控系统通过嵌入式技术、系统软硬件的处理以及对数字图像的处理, 在通过系统软硬件的处理以及对后期图像的优化处理以及对运动表的检测来实现此系统的智能检测需求。

参考文献

[1]程恳, 陈长清, 张鹏宇, 涂博.一个嵌入式视频监控系统的设计与实现[J].微计算机信息.2008 (14)

[2]彭畑, 张文普, 牟雨飞.基于嵌入式Web的监控系统的设计与实现[J].北京联合大学学报 (自然科学版) .2010 (04)

网络智能视频监控系统 篇8

近年来,伴随技术的不断进步,视频监控系统在人们日常生活中的应用越来越广泛。当前,视频监控系统正朝着数字化、智能化方向发展,为用户提供一个全面智能的安全防护解决方案尤为必要。各种报警传感器和智能网络摄像机地诞生为视频监控系统的发展提供了基本保障。然而,这些设备大多是通过网络进行数据传输,现有的网络体系结构只能提供尽力而为的传输服务,缺乏服务质量保障,这对网络带宽需求量最大的视频流传输产生了严重影响。如何在网络环境下为大量的视频流传输提供可靠保证,已成为网络视频研究的热点问题。

1视频监控系统网络拥塞控制解决方案

本文提出的针对视频监控系统的网络拥塞解决方案设计如图1所示。视频监控系统主要由服务端和客户端两部分组成。

服务端通过视频信息采集模块,读取来自视频源的信息。读入视频信息后,由视频解码模块负责对视频信息作分析处理,将原始视频数据转换成可以重新编码的视频信息。随后根据网络拥塞控制模块制定的相关编码参数,进行视频编码工作,生成适合于网络传输的视频数据,根据RTP协议格式要求把这些视频数据连续发送给客户端。传输过程中的差错控制、传输速率控制由网络拥塞处理模块来实现。

客户端在接收到数据包信息后,将它们加入到一个缓冲区中,再调用解码库进行解码。解码后获得的视频信息通过视频分析处理模块进行移动侦测、人脸识别等图像分析工作后,再显示给用户观看或者保存起来。

客户端QoS监视模块采集到的网络信息,如包的丢失率、包 延时时间 及环路时 间等,经处理计 算后,根据RTCP协议格式要求传送给服务端,由服务端的网络拥塞处理模块对这些信息进行处理、分析,进而保障服务端视频编码及数据传输的正常进行。实现视频流自适应控制传输,为用户提供一个可靠、稳定、良好的视频观看环境。

2网络拥塞控制模块

发送端的网络拥塞控制模块主要依照TFEC模型来设计,其工作原理如图2所示。TFRC的稳态速率计算公式为:

其中,s代表TCP报文大小,单位是字节;p代表丢失事件率,t0代表数据报文的超时时间,tRTT为数据报文的环路时间,b为一个应答所接收到的报文数数目(b规定为1)。通过式(1)就可以计算出一个传输数据流的稳态发送速率B(p)。

发送端在准备需要发送的视频信息后,将这些视频信息按RTP协议要求打包,添加时间戳、状态值,发送序号等一些网络信息,接收端在 收到这些 视频信息 数据包后,除了解码恢复出图像信息外,还要提取出时间戳等信息,采用反馈控制法计算出包丢失率、环路时间、瓶颈带宽等信息。这些网络状况信息交给接收端的网络状况反馈模块,按照RTCP协议的要求打包传输给发送端。发送端根据这些反馈信息,依照网络拥塞自适应控制模型,计算出当前的网络带宽,制定平滑的网络数据传输速率调整方案,进行视频编码的相关参数调整,力求保证视频服务质量。

2.1视频编码调整

视频编码调整的目的在于降低编码码率或是调整帧速,以适应当前网络带宽。本视频监控系统采用H.263+和MJPEG4两种编码标准。它们比较适合于局域网内的视频传输。

2.2发送速率调整

发送端自适应控制模块根据网络拥塞控制模块提供的网络状况信息,将发送速率逐步地调整到期望速率,力求和实际网络带宽相匹配,保障视频流网络传输的正常进行。该过程是一个渐进过程,数据发送率不能发生大的跳变,否则对接收端的观看效果影响很大。

(1)客户端瓶颈带宽计算。如图3所示,发送端在时间点为tTimestamp时向接收端发送了一个数据包,随后在收到N个含有时间戳tTimestamp的数据包后,使用式(3)来计算瓶颈带宽。

其中,BnBw为网络瓶颈带宽值,Packet[i]为第i个数据包的大小,单位为Byte,tTimestamp为数据包发送时间戳,tRecv_ClientN 为接收到第N个数据包的时间,tRecv_Client1为接收到第一个数据包的时间。

使用式(2)计算出网络的瓶颈带宽BnBw可用作数据发送速 率的上限 值。以BnBw作为一个 上限值,和TFRC算法计算出的带宽值一起帮助制定发送速率,可以有效避免发送速率调整波动过大。

(2)数据发送速率制定。由TFRC稳态速率公式(式1)可知,稳态发送速率B(p)是伴随丢失事件率等参数的变化而改变的。但是拥塞控制模型并不是直接将B(p)值用以调整数据的发送速率。事实上,发送速率的调整应当是一个缓慢变化的过程,这样可以避免引起大波动,影响到接收端视频观看的效果。数据发送速率可参照式(3)(6)制定:

其中,B(p)为TFRC稳态速率计算公式中计算得出的网络带宽,Sendrate为数据的发送速率,PreSendrate为前一次的数据发送速率,BnBw为根据客户端反馈计算得出的网络瓶颈带宽。参照TFRC模型,网络视频流的传输既能保证与TCP流的友好,又可以使数据传输速率较为平滑,为网络视频数据流的传输提供了良好保证。

3客户端缓冲

数据从发送端到达接收端的过程中会遇到很多突发情况,虽然RTP协议为RTCP协议提供了一定的服务质量保证,但是包丢失和包失序的情况不可能消除,所以接收端必须有相应的一些策略来对丢失和包失序进行处理。本文设计的视频监控系统解决该问题的做法是在数据被提交给上层处理之前,利用RTP数据包头信息中的序列号对数据包进行重排,为此,在期望的数据包到达接收端之前,接收端将非期望数据包暂时保存于一个缓冲区中,然后不断进行检测,一旦需要的包全部到齐,则按顺序提交给上层处理。对于缓冲区的使用,系统要面对的主要有两个问题:缓冲区容量和缓冲区管理策略。

3.1缓冲区容量

将当前送往上层处理的数据包的序列号记为Sp,当前接收到的数据包的序列号记为Se。在出现失序时,Se>Sp+1;只有在Se=Sp+1时,序列号等于Se的数据包才是上层期望得到的。如果在该序列号等于Se的数据包到达之前,就已经有N个包到达了接收端,那么缓冲区必须能够容纳下这N个包。假定每个数据包的平均长度是L,则要保存下这N个包所需的缓冲区的大小应该是N*L。缓冲区的实际大小记为Bs,很明显,Bs不能够仅仅是等于N*L,因为如果N很大,则N*L将趋近于无穷大(在包丢失的情况下,N实际上等于无穷大)。如何确定下一个适当的Bs值,对于接收端的观看效果影响是很大的。Bs值如果取得太小,则由于不同网路之间的延迟等情况而造成的迟到包不能被保存下来,这会导致大量的数据包在接收端被丢弃掉。若Bs值太大,则计算机需要分配很大的缓冲区,造成资源浪费。况且Bs越大,声音和图像的延迟也会越大,并造成后面的数据包由于得不到及时处理而被丢弃。

3.2缓冲区容量调整算法

本文设计的视频监控系统采用一种反馈方式来动态调整缓冲区容量。该算法经实践检验,能有效地解决视频流在网络传输过程中的包失序现象。算法具体流程描述如下:

(1)首先设定两个参数值,缓冲区最大值Nmax,缓冲区最小值Nmin。

(2)缓冲区大小的初始值设定为n,且要求n= Nmin。

(3)如果连续3次因为缓冲区太小,后继到达的期望数据包被丢失,那么要求缓冲区增加一个单元(这里的单元含义是:根据所有数据分组而计算出来的平均长度),即n=n+l;如果n已经增加达到设定的最大值Nmax,则保持n= Nmax,不再增加。

(4)如果连续3次,期望数据包Se和当前正在处理的数据包之间的间隔(也称为Se的失序程度)都小于当前的缓冲区容量n,那么要求缓冲区容量减少掉一个单元,即n=n-1,;如果n减小到最小值Nmin,保持n=Nmin不再减少。

根据实际测试中的经验,通常Nmin值设定为2或3。Nmax 的值一般不能太大,设置为10左右比较合理,根据服务器的硬件配置可作适当调整。

接收端缓冲区可以被理解成一个拥有上限值和下限值的滑动窗口,按照当前网络状态的变化,该滑动窗口做自适应的放大、缩小。

4接收端图像分析处理

借助于数字视频处理等技术,视频监控系统的发展正朝着智能化方向发展,本文设计 的视频监 控系统借 助于OpenCV库,实现了对视频流的目标跟踪和人脸检测。

接收端启动后,若成功与发送端建立连接,将开启3个主要线程用于视频的接收、显示、图像分析、视频保存。

第一个线程,即数据接收线程。主要负责网络通信,在接收到发送端传来的数据后,这些数据将全部加入到缓冲区,随后按数据包序号有序地传送给图像解码/显示线程,同时还承担网络状况计算和反馈的功能。

第二个线程,即图像解码/显示线程。主要功能是对视频数据进行解码,得到可以用于编辑、显示的视频数据。若用户只要求观看发 送端传来 的原始视 频数据,图像解码/显示线程就可以直接满足其需要,另外一个图像处理线程将处于挂起状态,以节约计算机资源。

第三个线程,即图像处理线程。针对视频流进行图像分析,提供诸如人脸识别、目标跟踪等职能辅助功能,其核心是利用数字图 像分析技 术来对图 像进行分 析、处理,OpenCV是一个很好的开源视觉库,支持VC++,经常重新分装的OpenCV库页能支 持C# 等其它编 程语言。OpenCV自身就提供了丰富的图像处理函数,开发人员也可以根据自己的要求,自行开发新的功能。OpenCV具有通用的视频/图像载入、保存、获取模块,经OpenCV处理后的视频、图像可以按照多种编码格式保存。

5结语

本文关于视频监控系统的研究从搭建一个最简单的视频监控平台开始,最初的开发目标只要求能满足同时接收多路摄像机视频流,并显示给用户观看即可。随着开发的逐步深入,整个系统功能得到了极大扩展,成为一个稳定、可靠、功能较为齐全的视频监控平台。在开发过程也遇到了各种困难,经过大量的尝试和失败后,最终找到了问题的解决办法,如程序中拥有10个线程导致CPU占用率高达90%,而且线程间经常出现不同步现象等。伴随着线程池等技术的应用,程序CPU占用率过高的问题得到了解决,线程池技术 对多线程 的管理也 起到了积 极作用。

参考文献

[1]黎洪松.数字视频技术及其应用[M].北京:清华大学出版社,1997.

[2]袁野.基于嵌入式技术的网络视频监控系统[J].通讯世界,2002(4):62-63.

[3]SIMON ROBINSON,CHRISTIAN NAGEL.C#高级编程[M].第3版.北京:清华大学出版社,2005.

[4]刘富强.数字视频监控系统开发及应用[M].北京:机械工业出版社,2003.

网络智能视频监控系统 篇9

数字技术和以IP技术为核心的网络技术的发展, 改变了包括视频监控系统在内的各种IT系统的架构, 使原本封闭的监控系统逐渐转向开放和标准化, 并从之前的模拟监控系统向数字监控、IP网络监控发展。随着数字视频技术、网络技术的不断发展, 用户对IP视频监控系统提出了越来越高的要求, 如高清画面显示、智能分析、基于事件的录像快速检索、精确定位等。

本文将依托忡恺总部大厦IP视频监控系统实际工程案例, 介绍其系统构成及设备配置情况, 并针对IP视频监控系统的主要业务功能, 详细描述其各自对应的业务流的走向、所涉及设备、流量类型特征等信息, 评估其对网络的影响和要求。

2 系统构成及设备配置

视频监控系统前端采用模拟摄像机配合编码器或IP摄像机的模式, 通过统一承载网络连接到安保控制中心。安保控制中心配置管理服务器、集中存储设备、监控工作站等设备, 实现视频信号的管理和存储;配置视频解码器和电视墙实现视频图像的显示。

系统网络拓扑结构如图1所示。视频监控系统由视频管理服务器VM、数据管理服务器DM、流媒体服务器MS、摄像机/编码器组EC (或IP摄像机) 、存储设备IP-SAN、Web客户端等组成。摄像机、编码器配置如表1所示。

3 系统业务及数据流量类型

视频监控系统中主要存在八类业务数据流:实时图像存储、实时图像显示、实时图像调用、历史图像调用、报警图像存储、前端设备 (球型机) 控制、管理服务器对前端设备 (编码器或IP摄像机) 的配置、管理服务器对后台设备 (存储、流媒体服务器) 的配置。

(1) 实时图像存储

百万像素摄像机的码流按照10Mbps估算, 其他摄像机无论是采用MPEG-4还是H.264都暂定采用D1 (720×576) 的分辨率, 码流估算为2Mbps, 数据存储时间要求为30天 (每天24小时) 。如此忡恺总部大厦IP视频监控系统实时图像存储的带宽需求如表2所示。

视频监控系统的实时图像存储可通过网络将视频信号存储到DAS、NAS、IP-SAN和FC-SAN存储设备中。忡恺总部大厦IP视频监控系统根据自身情况, 考虑采用NAS或者IP-SAN设备。

实时图像存储无实时需求, 但对数据完整性要求较高。其编码方式决定了其原始流量不平滑, 有较大的突发。

(2) 实时图像显示

电视墙上显示的图像数量通常按照所有摄像机数量的十分之一进行配置 (百万像素摄像机单独配置, 不包括在内) 。忡恺总部大厦IP视频监控系统实时图像显示的带宽需求如表3所示。

实时图像显示业务通过网络将经过编码器编码的实时图像上传至解码器, 由解码器解压后上传至监视器;其实时性要求高, 对数据完整性要求相对低些, 可以容忍偶尔丢帧。其编码方式决定了其原始流量不平滑, 有较大的突发。

(3) 实时图像调用

实时图像调用业务主要服务于分控室的监控和突发事件下相关领导的指挥工作, 其需求在不同项目中会有很大变化。忡恺总部大厦IP视频监控系统分控室有八台专用于显示D1 (720×576) 图像的客户端, 一个客户端最多可同时看八路D1图像;有两台专用于显示高清图像的监视器或客户端, 一个客户端最多可同时看一路高清图像。忡恺总部大厦IP视频监控系统实时图像调用的带宽需求如表4所示。

实时图像调用的实时性要求较高, 对数据完整性要求相对较低, 可以容忍偶尔丢帧。其编码方式决定了其原始流量不平滑, 有较大的突发。

(4) 历史图像调用

历史图像调用主要用于事发后的取证, 每个标清客户端同时只访问四路标清D1 (720×576) 历史图像, 每个高清客户端同时只能访问一路高清历史图像。忡恺总部大厦IP视频监控系统历史图像调用的带宽需求如表5所示。

历史图像调用无实时需求, 但对数据完整性要求高。其编码方式决定了其原始流量不平滑, 有较大的突发。

(5) 报警图像存储

报警图像存储需求在监控存储总需求中占的比例很小, 但却是最重要的, 且对实时性要求高。忡恺总部大厦IP视频监控系统报警图像存储业务已包含在实时图像存储业务中, 无需单独予以保障。

(6) 前端设备控制

前端设备控制是指对一体化球机、带云台的枪机的云台及镜头的控制。其信号通过RS485总线的方式传输, 对流量要求很小 (k B级) , 是事发控制数据, 但对实时性、可靠性要求高。忡恺总部大厦IP视频监控系统中只有八路一体化球机涉及前端设备控制。

(7) 管理服务器对前端设备 (编码器、IP摄像机) 、后台设备 (存储设备、解码器、流媒体服务器) 的配置

管理服务器对前端设备、后台设备的配置工作主要集中在设备调试和试运行阶段, 监控系统建设完成后, 这些配置基本不变, 因此, 本文不对这部分内容展开讨论。

4 系统数据流量分析

根据对忡恺总部大厦IP视频监控系统业务的分类和对系统各组件运行原理的分析, 可以将其系统流量分为五类。

(1) 实时存储图像业务产生的流量

实时存储图像业务需要将摄像机/编码器组EC产生的实时图像存储到IP-SAN, 由此产生以下流量:

①存储流

如图2所示, 存储流为单向流量, 方向为从EC到IP-SAN, 基于TCP及i SCSI协议 (即Internet SCSI, 是互联网工程任务小组IETF制订并于2003年2月正式发布的标准协议, 可以理解成“SCSI over TCP/IP”, 即网络上的SCSI;其本质是将SCSI命令压缩到TCP/IP包中, 从而使数据块在网络上传输。该技术将现有的SCSI接口与以太网络技术结合, 使服务器可与使用IP网络的储存装置互相交换资料) , 对延迟、抖动及丢包率敏感度较低。单路标清存储流带宽为2Mbps, 单路高清存储流带宽为10Mbps, 忡恺总部大厦IP视频监控系统共有344路标清和两路高清存储流, 所需带宽共计708Mbps。

②视频管理服务器VM与编码器EC之间的信令交互

VM与EC之间的交互信令交互是用以启动、维护及停止存储流的。该信令基于UDP及SIP协议 (即Session Initiation Protocol, 是一种应用层的信令控制协议, 用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。这些会话可以是Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分发。SIP的一个重要特点是它不定义要建立的会话的类型, 而只定义应该如何管理会话。与存在已久的国际电信联盟ITU用于呼叫而建立的SS7标准, 以及ITU H.323视频协议组合标准不同, SIP独立工作于底层网络传输协议和媒体。它规定一个或多个参与方的终端设备如何建立、修改和中断连接, 不论它们是语音、视频、数据还是基于Web的内容。SIP是IETF组织在1999年提出的, 其应用目标是基于Internet环境实现数据、音视频实时通信, 特别是通过Internet将视频通信这种应用大众化, 引入到千家万户。SIP协议相对于H.323而言更简单、更自由, 支持厂商使用相对较小的成本来构造满足应用的系统。例如, 仅仅使用微软基于SIP协议的MSN, 配合RTC就可以构造一个简单的, 基于Internet应用环境的视频通信环境) , 单路信令流量较小, 对延迟、抖动不敏感, 但对丢包率敏感。忡恺总部大厦IP视频监控系统中共涉及346个EC。

③视频管理服务器VM与数据管理服务器DM之间的信令交互

VM与DM之间的信令交互用于通过DM完成对IP-SAN存储空间的寻址、管理等工作。该信令基于TCP的私有协议、UDP及SIP协议, 流量小, 对延迟、抖动敏感度较低, 但对丢包率有要求。

④数据管理服务器DM与IP-SAN之间的信令交互

DM与IP-SAN之间的信令交互用于对IP-SAN存储空间寻址、管理等工作。该信令基于UDP的私有协议, 流量小, 对延迟、抖动敏感度较低, 但对丢包率有要求。

(2) 实时图像显示业务产生的流量

实时图像显示业务需要将摄像机/编码器组EC产生的实时图像传送到解码器DC/Web客户端, 由此产生以下流量:

①实况流

如图3所示, 由于忡恺总部大厦IP视频监控系统中存在MS设备, 实况流必须通过MS复制转发 (即使实况流只有一个接收者时也如此) 。而由于MS存在性能规格限制, 当入向流数目或总带宽达到MS性能规格上限 (入向流数目上限缺省为256路, 带宽上限为128Mbps) 时, 将无法新建实况流, 但可对已进入MS的实况流进行复制。

经MS转发的实况流如下:

◆EC向MS发送的单向实况流, 基于UDP及TS协议 (TS即Transport Stream, “传输流”;PS即Program Stream, 意为“节目流”。PS用来传输和保存一道节目的编码数据或其他数据, 组成单位是PES分组。TS用来传输和保存多道节目的编码数据或其他数据, 组成单位是节目。PS适用于不易发生错误的环境, 以及涉及到软件处理的应用, 典型应用如DVD光盘的文件存储。TS适用于易发生错误的环境, 典型应用就是数字电视信号的传输。MPEG2-PS主要应用于存储具有固定时长的节目, 如DVD电影。如果将DVD上VOB文件的前面一截剪掉就会导致整个文件无法解码。而MPEG-TS主要应用于实时传送的节目, 从其视频流的任一片段开始都可以独立解码) , 对延迟、抖动及丢包率敏感, 需重点保障;单路标清实况流带宽为2Mbps, 单路高清实况流带宽为10Mbps;

◆MS向DC/客户端发送的复制后的实况流, 基于UDP及TS协议, 对延迟、抖动及丢包率敏感, 需保障。流量特征与源实况流无差别。

当MS入向流达到54路标清、2路高清时, MS承受的入向带宽压力为:

此时MS的入口带宽 (128Mbps) 已全部被占满。忡恺总部大厦IP视频监控系统共有34个标清解码器、2个高清解码器、8台标清客户端, 2台高清客户端、故MS出向流共有34路标清DC流、64路标清客户端流、2路高清DC流和2路高清客户端流 (标清DC、标清客户端浏览内容部分重复, 高清DC、高清客户端浏览内容重复) , 出口带宽实际最大值为:

②视频管理服务器VM与编码器EC之间的信令交互

VM与EC之间的信令交互是用以启动、维护及停止实况流的。其信令基于UDP及SIP协议, 单路信令流量较小, 对延迟、抖动不敏感, 但对丢包率敏感。忡恺总部大厦IP视频监控系统中共涉及346个EC。

③视频管理服务器VM与解码器DC/Web客户端之间的信令交互

为建立起有效的实况流, VM与DC、客户端之间存在多种报文:

◆客户端登录VM, 请求实况流的交互报文, 基于TCP及HTTP协议, 对延迟、抖动及丢包率敏感度较低, 但信令流量突发较大;

◆DC/客户端建立、维护、拆除实况流的交互报文, 基于UDP及SIP协议, 对延迟、抖动及丢包率敏感度较低, 且流量小;

◆客户端定期向VM上报的保活报文, 基于TCP私有协议, 流量小, 对延迟、抖动敏感度较低, 但对丢包率有要求。

④视频管理服务器VM与流媒体服务器MS之间的信令交互

为使MS能正常转发实况流, VM与MS之间需进行信令交互。该信令基于UDP及SIP协议和TCP私有协议, 流量小, 对延迟、抖动敏感度较低, 但对丢包率较敏感。

(3) 历史图像调用业务产生的流量

历史图像调用业务需要将IP-SAN存储的历史图像调到数据管理服务器DM, 由DM转换后在Web客户端上显示, 由此产生以下流量:

①回放流

如图4所示, 回放流是以IP-SAN为起点, 经过DM转换, 到客户端终结的视频流。回放流以DM为中心点, 分为前后两段。前后两段使用的协议不同, 分别列举如下:

◆从IP-SAN到DM的回放流基于TCP协议及i SCSI协议, 对抖动不敏感但对延迟和丢包敏感;标清回放流带宽为2Mbps, 高清回放流带宽10Mbps;

◆从DM到客户端的回放流基于UDP协议及TS协议, 对抖动、延迟和丢包敏感;标清回放流带宽为2Mbps, 高清回放流带宽10Mbps。

忡恺总部大厦IP视频监控系统中共有八台标清客户端和两台高清客户端, 标清客户端可同时访问四路标清回放流, 高清客户端只能访问一路高清回放流, 极端情况下对DM入口和出口造成的压力均为:

②视频管理服务器VM与Web客户端之间的信令交互

为建立回放流, VM与客户端之间存在多种报文:

◆客户端登录VM, 请求回放流的交互报文, 基于TCP协议及HTTP协议, 对延迟、抖动及丢包率敏感度较低, 但信令流量突发较大;

◆客户端建立、维护、拆除回放流的交互报文, 基于UDP协议及SIP协议, 对延迟、抖动及丢包率敏感度较低, 且流量小;

◆客户端定期向VM上报的保活报文, 基于TCP私有协议, 流量小, 对延迟、抖动敏感度较低, 但对丢包率有要求。

③视频管理服务器VM与数据管理服务器DM之间的信令交互

VM与DM之间的信令交互用于通过DM完成对IP-SAN存储空间的寻址、管理等工作。其信令基于TCP私有协议和UDP协议及SIP协议, 流量小, 对延迟、抖动敏感度较低, 但对丢包率有要求。

④数据管理服务器DM与IP-SAN之间的信令交互

DM与IP-SAN之间的信令交互用于对IP-SAN存储空间寻址、管理等工作。其信令基于UDP私有协议, 流量小, 对延迟、抖动敏感度较低, 但对丢包率有要求。

(4) 前端设备控制业务产生的流量

前端设备控制业务发生在Web客户端对摄像机云台进行姿态调整的时候, 产生的流量如下:

①视频管理服务器VM与Web客户端之间的信令交互

为完成Web客户端对摄像机云台的姿态调整, 客户端需登录VM进行认证并发送请求进行摄像机云台姿态调整的交互报文。其信令基于TCP协议及HTTP协议, 对抖动敏感度低, 但对延迟及丢包率较敏感, 且信令流量突发较大。

②视频管理服务器VM与编码器EC之间的信令交互

VM与EC之间的信令交互用于调整云台姿态, 其信令基于UDP协议及SIP协议, 单路信令流量较小, 对抖动不敏感, 但对延迟、丢包率较敏感。忡恺总部大厦IP视频监控系统中共涉及八个EC。

(5) 设备维护管理业务产生的流量

设备维护管理业务通常指管理服务器对前台、后台设备的保活轮询等操作, 主要产生如下流量:

①编码器EC主动上传视频管理服务器VM的保活报文, 基于UDP协议及SIP协议, 流量小, 对延迟、抖动不敏感, 但对丢包率有要求。

②数据管理服务器DM主动上送视频管理服务器VM的保活报文, 基于UDP协议及SIP协议, 流量小, 对延迟、抖动不敏感, 但对丢包率有要求。

③流媒体服务器MS主动上送视频管理服务器VM的保活报文, 基于UDP协议及SIP协议, 流量小, 对延迟、抖动不敏感, 但对丢包率有要求。

④解码器DC主动上送视频管理服务器VM的保活报文, 基于UDP协议及SIP协议, 流量小, 对延迟、抖动不敏感, 但对丢包率有要求。

⑤客户端主动上送视频管理服务器VM的保活报文, 基于TCP的私有协议 (端口号8800) , 流量小, 对延迟、抖动不敏感, 但对丢包率有要求。

5 业务流量总结及其对承载网络的要求

忡恺总部大厦IP视频监控系统共包含344路标清摄像机、2路高清摄像机, 24小时提供实时监控图像的存储业务;实时监控画面通过34个标清DC和2个高清DC上电视墙, 以轮切的方式显示;8台标清客户端及2台高清客户端既可实时调用实况监控画面, 也可查看历史画面。系统中存在的主要业务流量如表6所示。

(1) 存储流

存储流由摄像机主动生成, 用于监控图像的存储。标清摄像机产生D1分辨率的存储流, 共计344路, 每路存储流修正后的带宽为2.2Mbps。高清摄像机产生高清分辨率的存储流, 共计两路, 每路存储流修正后的带宽为11Mbps。存储流为单向流量, 方向为从EC到IP-SAN, 基于TCP协议及i SCSI协议, 对延迟、抖动及丢包率敏感度低, 所需带宽共计778.8Mbps。

(2) 实况流

实况流因响应DC和客户端的实时监控请求而产生。34个标清DC与八台标清客户端共产生98路D1分辨率标清实况流的需求, 每路标清实况流修正后的带宽为2.2Mbps。两个高清DC与两台高清客户端共产生四路高清实况流需求, 每路高清实况流修正后的带宽为11Mbps。实况流由EC经MS复制向DC/客户端发送, 基于UDP协议及TS协议, 对延迟、抖动及丢包率较敏感, 需重点保障, 从EC到MS的实际流量为140.8Mbps, 从MS到DC/客户端的实际流量为259.6Mbps。

(3) 回放流

回放流因响应客户端的历史图像调用请求而产生。标清回放流修正后的带宽为2.2Mbps, 高清回放流修正后的带宽为11Mbps。八台客户端每台同时访问四路标清回放流, 两台高清客户端每台访问一路高清回放流, 流量带宽共计92.4Mbps。

网络智能视频监控系统 篇10

陆伟芃:安讯士 (Axis) 是一家为专业的安装提供网络视频解决方案的IT公司。它是网络视频方面的全球市场领先者, 力推从模拟向数字视频监控的转换。安讯士的产品和解决方案基于开放的创新技术平台, 致力用于安全监视和远程监控的专业的网络视频解决方案。此外, 安讯士在打印服务器方面也处于领先地位。

我们的产品包括网络摄像机、视频编码器、视频管理软件和一整套附件, 主要用于安全系统和远程监控的网络应用中。这些网络产品可使解决方案更有效, 成本更低, 灵活性和性能更高, 从而使客户价值最大化。目前, 其解决方案系列由广泛的视频解决方案组成, 网络摄像机和视频服务器可用于从入门级到专业级的安装中。

电视技术:视频监控产品涉及领域非常广, 哪些是公司的主攻领域?在激烈的市场竞争中, 安讯士的产品有哪些优势?

陆伟芃:目前, 我们关注的重点行业, 除了铁路、机场、轨道交通, 还有海港、能源、电力, 当然, 金融也是我们的重点行业。今年我们将更好地发展合作伙伴关系, 深入各个行业。更好地发展与集成商的关系, 发展与软件开发商的关系, 打造更优良的方案。

我们去年推出了第三代的芯片。今年是推出的第二年了, 安讯士会用这个芯片的平台跟进推出更多的产品。今年大概会有25~30款新产品出场。我们的产品主要有以下几个优势:

第一是支持H.264标准。我们今年所有的新产品都可以支持H.264标准, 无论是编码器, 还是网络摄像机, 都可以支持H.264。

第二是高清。视频监控已经从单纯的百万像素提升到了高清数字视频的平台。在市场上已经有了一款Q1305, 它是全球第一款高清网络摄像机。

第三是高品质的编码器。中国市场对于编码器的需求是很高的, 很多客户有数量较多的已经不再使用的模拟摄像机, 但他们不想浪费现有的投资, 所以需要有一个过渡的方法, 这就可以使用我们的编码器。今年会有很多支持H.264的编码器新产品问世, 也会提供给比较高端的客户, 比如刀片服务器的用户等。电视技术:请您分析一下, 目前视频监控市场的发展方向是什么?

陆伟芃:视频监控的数字化必然是未来的发展方向。目前来看, 数字化技术的惊人发展, 让网络监控呈现出惊人的魅力。

第一个是在压缩技术。我们做网络视频, 需要将传送和存储进行数字化。对于特大型的网络监控, 如果压缩比例做得不够, 对带宽、存储和成本的要求就会很高。对中国客户来说, 成本也是他们的顾虑。所以, 安讯士推出的第三代芯片是完全可以适应H.264的压缩技术的。我们相信通过新产品的发展来支持H.264, 会给用户带来更多的方便与好处, 而且可以拉低成本。

第二个非常重要的是网络视频监控图像像质量。网络视频可以提供百万像素的功能, 这是模拟视频做不到的, 模拟是没有百万像素的。百万像素是非常重要的趋势, 而且现在我们也看到了新的趋势———高清。高清的要求比百万像素会再高一点。

第三个是大家都在讲智能化。简单来讲, 智能会使监控具备一些主动的功能, 比如说精测移动、追踪等, 随着应用的成熟, 这些都将会得到更好的发展。

电视技术:您认为在视频监控行业的发展道路上, 是否存在着阻碍其发展的因素?例如行业标准的制定, 智能化程度不高等等。

陆伟芃:数字化网络视频监控在各个方面的优势都是很明显的, 无论是图像质量、管理水平上, 还是在总体拥有成本方面。看一下欧美的市场, 现在网络视频监控的比例大概在20%~30%之间。而中国市场目前还没有达到这个水平。

对于中国国内的情况, 我觉得其中最主要的一个因素就是市场培育不够。比如说, 大家对网络本身还是有些不真实的传统看法, 比如网络连接不稳定、网络的安全性不够高等等。对厂商来说, 一个重要任务就是怎样让大家绕过这种传统的偏见, 了解真实的情况。

目前安讯士已经在国内展开了一系列的工作, 以便更好地将网络监控介绍给广大的中国合作伙伴及客户。包括:

1) 安讯士公司一年之内在中国的员工增加了3倍, 这样我们就有更多的人员来对国内市场进行宣传和培训。

2) 在中国, 我们注重友好的伙伴关系。因为我们一直坚信, 要做自己最擅长做的事情, 做最好的网络视频的摄像机, 通过与合作伙伴的沟通交流, 不断打造性能更佳的解决方案。今后, 我们还要进一步加大工作力度, 把网络视频的好处通过我们的伙伴介绍给用户。

3) 花费很多时间开展了渠道培训。2008年, 我们成立了安讯士学院, 目前已经有700多名工程师经过认证。我们在其他国家也有这样的培训项目, 在美国的培训从2005年就开始了。我想, 在中国来说, 更大的问题就是怎样坚持将培训这件事做下去。

4) 对于市场的培育来说, 最好的办法就是给用户提供相关的案例。可喜的是, 我们在中国已经有很多非常出色的案例可以跟行业来分享。

5) 安讯士也在发展统一的开放性的平台, 以促进整个网络摄像机行业的发展。安讯士、博世安防系统以及Sony公司宣布合作建立了面向全球的开放网络视频接口论坛 (Open Network Video Interface Forum, ONVIF) , 旨在开发网络视频产品的接口标准。ONVIF接口将使不同生产厂商的网络视频产品具有互通性, 能使终端用户、集成商、顾问和生产厂商能够轻松地从中获益, 并获得更高性价比、更灵活的解决方案, 市场扩张的机会以及更低的风险。

电视技术:您认为视频监控的网络化应用相对于模拟监控有哪些优势?网络化仍需多长时间能够普及?

陆伟芃:实际上网络摄像机的优势在各个方面都是十分明显的, 安讯士也曾经总结了“选择网络摄像机的十大理由”, 得到了业界的关注。综合来讲, 网络摄像机的核心优势有:

1) 完美出色的画面质量

网络摄像机在H.264技术的带动下, 已经实现了非常出色的画面质量。H.264技术对文件进行大比例压缩所带来的直接好处是能够显著减少存储和带宽需求。对于相同的视频数据量来说, 在保持相同图像质量的情况下, 与采用传统的压缩技术相比, 支持H.264压缩标准的视频监控系统至少可以将存储成本和带宽占用量减少50%。

2) 数字化, 具有灵活性、拓展性

在网络摄像机中, 图像在经过数字化之后将一直保持数字化的状态, 无需进行多次数/模或模/数转化, 从而避免了图像质量下降的现象发生。

模拟视频信号通常通过昂贵的同轴电缆、私有光纤或者无线技术进行传输, 无论采用何种传输技术, 图像质量都会受到传输距离的影响。除此之外, 为摄像机进行电源布线、添加报警输入输出以及音频布线等项目将使安装部署工作变得复杂。而基于IP的数字化系统则能够以相当低的成本克服这些难点。

由于网络摄像机的部署特色, 在拓展系统时更加轻松灵活, 同时软件系统更加强大。网络摄像机及其数字化的综合解决方案, 是发展的必然趋势。

3) 更低的总体拥有成本

由于网络视频系统后端的应用和存储功能可以使用那些业内通用的、基于开放标准的服务器硬件, 而不必像模拟系统一定要使用专用的硬件平台 (如DVR) , 因此在很多系统配置中, 基于网络摄像机的视频监视系统的前端设备成本甚至显得更低。这一点对于一些大型系统尤其显得重要, 因为存储和服务器硬件通常会占到总体成本的很大一部分, 而使用网络摄像机则可以大大降低设备管理和购置方面的成本。成本的节约还来自于网络摄像机所使用的基础设施。除了承载视频监控业务之外, Internet, LAN以及无线网络等各种基于IP的网络同样可以承载企业内其他类型的应用, 与传统的同轴电缆和光纤相比, 这些网络的建设成本显得非常低廉。

电视技术:目前市场上的监控设备仍以模拟居多, 您对智能化视频监控系统的市场前景有何看法?

陆伟芃:智能化的视频是未来必然的发展趋势, 安讯士非常重视这方面的发展。有一些比较高端的智能化应用, 我们会跟合作伙伴一起来提供, 比如智能化的应用管理软件。我们自己提供的系统, 本身也提供一些常用的智能化功能。从监控的角度来看, 集中在服务器端来实现是复杂的, 就目前来看, 这一趋势还是在网络边缘来实现智能化。究竟该如何布局, 还是要根据具体的情况, 取决于系统集成商的设计与部署。

安讯士公司在智能化领域也取得了非常好的成绩。

首先是智能化产品的发展。安讯士产品已经具备了智能分析的大部分功能, 我们有很多的客户已经在用智能分析了, 比如说移动检测, 也是智能分析的其中一种。还有一个是报警系统, 如果有智能分析的联动, 就可以把消息通知给信息处理中心管理。所以, 对于比较基本的智能分析功能, 我们都可以放到产品中提供出来。再有就是智能化能力的提升。安讯士第三代芯片将处理平台的CPU功能提升了3倍。为什么要这样做呢?主要的原因是, 智能分析需要摄像机具备强大的数据处理能力, 提供在前端的智能分析。应用第三代芯片, 新一代的网络摄像机已经完全可以支持前端的智能分析了。

电视技术:视频监控的应用领域包括公共安防, 同时也涉及个人安防, 您认为国内个人视频监控产品的应用前景如何?陆伟芃:随着技术的发展, 视频监控无疑将有更广阔的应用。这里举个例子, 在香港或者是在欧洲, 我们已经有客户用3G手机做远程监控。比如一个老板在香港用3G手机对其公司进行视频监控, 可以随时了解到公司的情况。安讯士也有一个重要的技术, 可以把之前比较独立的安防视频监控开放出来, 它的兼容度比较高, 可使用手机或是家里的高清电视收看监控。我们相信, 随着中国3G的不断发展, 网络视频的个人化应用将得到更大的推广。

电视技术:安讯士和中国客户的合作对于中国视频监控产品市场的良性发展会起到怎样的作用?

陆伟芃:安讯士作为一家全球领先的网络监控领域的公司, 安讯士着眼于同国内的同行们合作, 实现共赢。安讯士的商业模式是以忠实的、长期的合作伙伴关系为基础的。我们所拥有的高水平的产品和专注于合作的伙伴计划将带来无可比拟的竞争优势。

1) 渠道合作伙伴计划旨在帮助合作伙伴充分利用安讯士的产品, 在快速发展的网络视频市场中处于领先地位。

2) 应用开发计划 (ADP) 通过提供技术信息、开发支持和应用组件, 帮助合作伙伴将安讯士网络视频产品与最终用户解决方案全面集成。

3) 安讯士架构和工程计划为网络设计师、工程师和顾问提供一套优秀的支持工具, 帮助他们对基于IP的安全系统进行设计和说明。

网络智能视频监控系统 篇11

关键词：视频监控重点区域；智能分析报警系统；运动目标跟踪；Kalman滤波；多线程技术 文献标识码：A

中图分类号：TP311 文章编号：1009-2374（2015）16-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.009

计算机视觉领域在近几年来的一个新兴的研究方向就是智能化视频监控系统，这一技术包括了行为理解及描述、目标分类、运动目标跟踪以及运动目标检测等各方面的内容，因此其极具挑战性。现在视觉监视系统的技术水平变得越来越高，而且硬件设备成本开始不断的下降，因此现在的监控系统开始变得越来越普及，在车站、机场、超级市场、宾馆以及银行等各个公众场所得到了广泛的应用，并且有效地保障了公共领域的安全性。

1 智能分析报警系统的设计思路研究

监测并且跟踪在视频监控中重点区域中活动的各种运动目标，同时还要采用自动行为分析的方式对其产生的事件进行分析，这就是智能分析报警系统的主要功能。

1.1 硬件结构的设计

智能分析报警系统一共包括了三个部分，即显控设备、传输设备以及监控设备等。其中可见光CCD摄像机组成了监控设备；以现场不同的情况为根据，可以将传输设备划分为双绞线以及光纤两种传输方式；显控设备一共包括两个部分，也就是计算机以及监视器。智能分析报警系统可以划分为两个部分，即线控设备和监控设备，而所谓的前端主要指的是监控设备，所谓的后端主要指的是线控设备。图1是整个智能分析报警系统的结构框架图：

1.2 系统功能模块的功能分析

1.2.1 目标检测模块的功能分析：分析在视频监控画面当中运动的各种物体，将背景分离，同时进行有效的检测，并且采用黄色矩形框的方式将运动物体标出来。上述是目标检测模块的主要功能。

1.2.2 目标跟踪模块的功能：对在视频监控当中出现的各种运动物体进行有效以及准确的跟踪是目标跟踪模块的主要功能。

1.2.3 警戒区域、警戒线规则设置模块的功能：能够将警戒区以及警戒线设置在视频监控重点区域当中是警戒区域、警戒线规则设置模块的主要功能。

1.2.4 界线检测及报警模块：检测监控画面重点区域中警戒线触发到的各种运动目标是界线检测及报警模块的主要功能，同时将触发报警规则时的报警原因以及序列号及时地显示在界面当中，而且还能够对文件名等信息参数进行保存。

1.2.5 警帧反馈模块的功能：警帧反馈模块的主要功能为让用户利用对界面列表中相应记录的点击，从而能够对警报时的记录图像进行查看。

1.2.6 区域检测及报警模块的功能：检测各种运动目标是区域检测及报警模块的主要功能，同时将触发报警规则时的报警原因以及序列号及时地显示在界面当中，并且对文件名等信息参数进行保存。

1.3 智能分析报警系统的工作流程设计

首先系统要检测和跟踪在视频中特定区域当中进入的各种运动目标，随后移动目标所产生的事件为根据，对其行为进行自动的分析，并且将报警信号产生，同时还可以将产生报警信号的时间保存在上位机当中。这样在事后就能够通过对存储报警事件的类型进行利用，对保存下来的各种报警图片以及事件等进行调用。

2 智能分析报警系统的技术研究

2.1 在Mean shift算法引入Kalman滤波器

Mean shift方法在对目标的特征进行描述的时候采用的和概率密度，随后通过对均值偏移方法的利用，就可以将目标的位置快速地定位出来。这种方法具有很高的抗干扰能力，而且能够与各种情况充分的相适应，同时还具有非常快的计算速度。现在Mean shift方法已经在很多实际的系统当中得到了广泛的应用，其具有很小的计算量以及非常快的计算速度，所以在具有较高实时性要求的系统当中具有很高的适应性。然而，Mean shift算法也具有一些不足，比如Mean shift算法很难随着目标大小的变化进行自适应调整，而且在对目标特征进行提取的过程中存在着较大的不足，并且很难与范围大的遮挡相适应。虽然面对部分遮挡和干扰Mean shift算法会表现出较差的敏感性，但是Mean shift算法会由于长时间的遮挡而在遮挡物周围收敛，最终会将跟踪的目标丢失，因此，需要在Mean shift算法中引入Kalman滤波器。

Kalman预测器可以在信号处理过程中保证时变估计的正常运用。因为对递归技术进行了使用，不需要存储所有过去的测量值，所以在计算机对信号进行实时处理时非常方便，这是Kalman预测器最为主要的特点。

2.2 多线程技术的应用

可以利用SetTimer函数在Windows中将一个计时器分配给应用程序，如果在这一个时间间隔进行指定之后，Windows系统就会将一条WM_TIMER消息每隔指定的时间发送给应用，这样就能够保证许多与时间相关的动作可以在应用程序中实现。

在这里必须要强调的是，WM_TIMER消息这种由系统发给应用程序的消息并不具备异步的特点，会在常规的消息队列中放置这条消息，同时还会与其他消息一起排序。这样，就算是在SetTimer（）进行调用时对1000ms的时间间隔进行了设定，然而却不会保证每隔1s应用程序就能够将一条WM_TIMER消息接收到。一旦另一个程序具有大于1s的忙碌时间，那么在这个时间段中应用程序就无法接收任何WM_TIMER消息。从这里我们可以发现，这种情况的存在会严重影响到一部分需要精确时间间隔的应用。所以采用多线程技术在软件设计方面能够实时检测与跟踪多个移动目标的速度得以加快，并且使系统的分析与识别效率得到极大的提升。

3 智能分析报警系统的实验结论

为了能够对算法的有效性进行更好的验证，在某房间内跟踪系统当中的运动目标，同时为了研究的方便，在本次研究中将指定的跟踪目标选定为笔筒。在实验的过程中，在遮挡住运动目标的情况下，目标也不会被系统丢失，因此其具有非常理想的跟踪效果。利用智能报警分析系统跟踪普通视频跟踪系统当中的运动的笔筒，从而对所用算法的时效性和准确性进行了有效的验证，证明智能分析报警系统的实用价值较强。

4 结语

本文对上位机软件跟踪运动目标的方案进行了设计，并且在Mean shift算法引入了Kalman滤波器，这样就能够在视频中跟踪任意的目标。现在在智能分析报警系统中已经成功地应用了该跟踪方案，而且在测试评比当中也能够与智能分析报警系统的跟踪目标相适应，同时能够有效地保证很多功能的实现，因此智能分析报警系统可以将大量的人员开支节省下来。本文使用的实现方案的通用性很强，能够使视频跟踪对算法的实时性以及有效性的需求得到充分的满足。

参考文献

[1] 张海峰.视频智能分析系统——智能交通必备的管理工具[J].智能建筑与城市信息，2012，（9）.

[2] 陈晓曼，刘桂雄，杨艳娟.全电动注塑机智能分析与控制平台的设计及实现[J].制造业自动化，2011，（15）.

[3] 印骏，吴文芳.大型人流通道高清图像监控和智能分析应用[J].低压电器，2012，（24）.

[4] 陈明，刘彦，刘福利，魏莉.平面组合机构智能分析软件的研究与开发[J].机械工程师，2013，（4）.

实验室智能视频监控系统开发 篇12

实验室是高等学校进行实验实训、科研创新的重要场所。实验室存放着大量的实验设备、精密的科研仪器、重要的科研成果、危险的化学药品等,一旦发生意外,可能会造成无法挽回的巨大损失。因此,实验室的安全管理引起了各高校高度重视。解决此类问题的途径之一就是实验室安装安防系统。但是,目前高校更多地将资金配置到能带来效益的科研领域,对实验室安全设施整体投入不足。在实验室安全问题变得日益重要的当下,应加大资金投入,安装安防监控设备[1]。常规的视频监控仅能提供视频的捕获、存储、回放等功能,很难起到预警和报警的作用[2]。通过工作人员的人眼来识别异常情况,需要投入大量的人力;或是在意外发生之后,通过调取视频监控录像来分析判断,时效性差[3]。本系统采用CMOS130摄像头来采集监控区域的视频图像,ARM11为控制芯片,内置运动目标识别程序,如有异常进入实验室的人员,系统自动识别,启动报警模块,通过移动网络以彩信的模式将图像传输至管理人员手机。

2 系统总体设计

2.1 系统总体架构

实验室智能视频监控系统的主要由三部分组成:摄像头,智能检测模块,移动通信模块。其中智能检测模块内置图像识别程序和人机界面,与存储系统相连进行大规模的视频数据的存储,移动通信模块将实验室的异常状况通过短信及时通知给管理人员,实现报警功能。

2.2 系统流程图

当管理人员离开实验室,需要进行智能视频监控时,开启监控系统,摄像头采集视频图像,并将实时视频图像传输给存储设备及监控终端,监控终端中的软件对图像进行识别,如有异常人员闯入实验室,则触发报警系统,通过移动通信模块将当前帧的图像和文字信息以彩信的方式发送至管理人员的手机上。系统流程图如1所示。

3 硬件设计方案

本系统采用广州友善之臂公司生产的T i n y6410标准开发版,是一款以A R M11芯片(三星S3C6410)作为主处理器的嵌入式核心板,内部集成了强大的多媒体处理单元,支持的多种格式的视频文件的硬件编解码,支持S D卡启动,可直接在S D卡上运行目标文件。视频采集采用O V公司的O V9650芯片,自带130万像素的CMOS摄像头,与Tiny6410的CMOS Camera接口连接。彩信报警采用Quectel(移远通信)的GSM模块M10,该模块是四频段的GSM/GPRS模块,支持的工作频段为:850/900/1800/1900M H z,它使用工业标准接口,内嵌TCP/UDP、FTP、HTTP等数据传输协议及扩展的AT命令,支持MMS协议,可发送彩信,具有小尺寸、低功耗的特点[4]。M10模块与Tiny6410通过RS232连接,采用AT指令将报警文字和异常人员进入的图像通过移动通信网络传输至实验室负责人员的手机上。系统的硬件设计如图2所示。

4 核心程序运动目标的检测

本程序可以实现对异常进入实验室人员的检测,并将检测结果传输给报警模块。对运动目标的检测是实验室智能视频监控系统的核心程序。目标检测可以分为基于背景建模的运动目标检测方法和基于目标建模的检测方法,本系统采用固定摄像机拍摄场景,背景基本保持不变,进行运动目标的检测,因此采用背景建模的检测方法[2]。常用的背景建模的检测方法有:光流法、帧间差分法和背景减法[5]。帧间差分方法简单,检测速度快,不易受缓慢光照变化的影响;背景减法检测效率高[6]。本程序采用了帧间差分法和背景减法的结合。算法流程图如图3所示。

系统初始化时,选定起始背景,将采集到的视频的当前帧与背景进行差分运算,得到差分图像,用以下公式描述:

式中Ik(i,j)、Bk-1(i,j)及BDk(i,j)分别为当前帧图像、背景图像和前两者的差分图像。之后再通过选择合适的阈值对差分图像进行二值化处理[7,8]。如果差分图像像素点的灰度小于阈值,可能是由于光照变化,局部动态背景等外界因素引起的背景的变化,这时需要进行背景更新。如果灰度大于阈值,可能是有运动目标进入,此时再结合帧间差分进行综合判断。

帧间差分就是将当前帧和前一帧的图像进行差分,用以下公式描述:

式中Ik(i,j)、Ik-1(i,j)及FDk(i,j)分别为当前第k帧、前一帧第k-1帧及前两者差分图像,之后进行阈值化分割,差分图像的灰度如果小于阈值,则没有运动目标进入,若大于阈值,则可能有异常目标进入。

若背景差分和帧间差分进行与运算后,结果为真,则确定有运动目标进入,将启动报警模块。

5 结束语

实验室智能视频监控系统采用以ARM11微处理器为核心的S3C6410,使用CMOS130摄像头采集实验室监控区域的视频图像,通过帧间差分和背景差分相结合的运动目标识别的检测方法,判别出异常入侵者,并将入侵者的图像和报警文字通过无线传输模块M10发送至实验室管理人员的手机终端上。本系统解放了实验室管理人员的眼睛,当离开实验室仍能实时了解实验室的安全状况,系统可自动识别异常状况,具备一定的智能性,可以适用于仓库、超市等很多场景。

参考文献

[1]黄坤,李彦启.我国高校实验室安全管理现状分析与对策[J].实验室研究与探索,2015,(1):281-282.

[2]黄凯奇,陈晓棠,康运峰等.智能视频监控技术综述.计算机学报[J].2015,(6):1093-1096.

[3]胡静波,乐应英,李超等.基于ARM的嵌入式智能视频监控系统设计[J].信息技术,2013,(8):73-74.

[4]何清,苏娟,余向阳.基于MMA7455的施工升降机安全控制系统的设计[J].电子技术应用,2012,(5):132-135.

[5]成文会,张晶,樊养余等.一种基于背景减法和帧差的运动目标检测算法[J].电子设计工程,2013,21(3).

[6]高凯亮,覃团发,王逸之等.一种基于帧差法与背景减法的运动目标检测新方法[J].电讯技术,2011,51(10):86-91.

[7]黄铁军,郑锦,李波等.多媒体技术研究:2013—面向智能视频监控的视觉感知与处理[J].中国图象图形学报,2014,(11):1545-1547.