智能視頻監(jiān)控提醒器

前視頻監(jiān)控的發(fā)展動(dòng)向

根據(jù)知名分析機(jī)構(gòu)DATAMONITO啪報(bào)告，在安防產(chǎn)業(yè)中，數(shù)字視頻監(jiān)控是成長(zhǎng)速度最快的項(xiàng)目之一，其市場(chǎng)總值已由2003年的13億美元成長(zhǎng)到2007年的74億美元。

當(dāng)前中國(guó)的視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，從政府的平安城市。到各行業(yè)及企業(yè)的集中監(jiān)控，乃至中國(guó)電信的全球眼。視頻監(jiān)控的應(yīng)用無處不在。

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須在控制中心配置大型監(jiān)控畫面，并以緊盯屏幕的方式來進(jìn)行影像監(jiān)控，在攝影機(jī)布建數(shù)目大幅增加的情況下，也對(duì)后端監(jiān)控人員造成極大的負(fù)擔(dān)。另一方面，目前的視頻安全監(jiān)控大多屬于被動(dòng)式的錄像方式，只能在事后提供查證，已無法滿足大多數(shù)使用者期待通過安全系統(tǒng)提升到“事發(fā)”當(dāng)下實(shí)時(shí)告警，或滿足“事前預(yù)警”的需求。智能視頻監(jiān)控就是在不需要人為干預(yù)的情況下，系統(tǒng)能夠24小時(shí)保持清醒地運(yùn)行，有效地控制著監(jiān)控范圍內(nèi)的所有動(dòng)靜，將監(jiān)控人員從監(jiān)視器前解放出來?？梢灶A(yù)先發(fā)現(xiàn)一些潛在的安全事項(xiàng)。這項(xiàng)技術(shù)還省去了回看錄像帶的過程，假警報(bào)的數(shù)量也最大限度地減小，同時(shí)節(jié)省了人力資源的支出。

在監(jiān)控領(lǐng)域增加圖像智能識(shí)別是發(fā)展的趨勢(shì)，因?yàn)檫@樣可以給人們帶來更多方便。如走廊里面有時(shí)候沒有人，這時(shí)監(jiān)控?cái)z像頭仍然會(huì)不斷地存儲(chǔ)視頻到硬盤中，而且監(jiān)控人員在監(jiān)控中心也要不斷地去查看是否有人，這些是完全沒有必要的。耍宴現(xiàn)智能監(jiān)控，只要有物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)候才會(huì)把視頻存儲(chǔ)到硬盤中，并且立刻發(fā)送提示信息給監(jiān)控人員，可根據(jù)不同的場(chǎng)合由用戶自行調(diào)節(jié)靈敏度。

用戶通過手機(jī)設(shè)置家里的監(jiān)控提醒器處于布防狀態(tài)。那么當(dāng)檢測(cè)有物體移動(dòng)時(shí)。通過GSM向用戶手機(jī)上報(bào)異常狀態(tài)的信息。同時(shí)進(jìn)行錄像。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能視頻監(jiān)控提醒器，包括攝像、圖像移動(dòng)檢測(cè)、錄像和短信處理四部分。

其主要功能有：

·實(shí)時(shí)視頻編碼，圖像分辨率35Z×288、30幀／秒(MPEG4編碼)；

·局域網(wǎng)TCP／IP通信：

·運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)并存儲(chǔ)視頻：

·短信提示。

i.MX21多媒體處理芯片

i.MX21(MC9328MX21)是Freescale公司針對(duì)便攜式市場(chǎng)所設(shè)計(jì)的一款微處理器。其內(nèi)部為ARM926CPU，工作頻率一般是266MHz和350MHz，內(nèi)部集成了便攜式手持設(shè)備所需要的大部分模塊：視頻加速器、LCD控制模塊、USB接口、CMOs攝像頭接口等豐富的接口和模塊，如圖1所示。和其它類似的ARM9系列芯片相比，LMX21的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于多了eMMA(Enhanced Multimedia Accelerator，增強(qiáng)型多媒體加速器)，可實(shí)現(xiàn)CIP分辨率(3S2×288)的H.263和MPEG－4編碼和解碼。

GSM模塊

TC35i新版西門子工業(yè)GSM模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊。工作在EGSM900和GSMl800雙頻段，電源范圍為直流3.3～4.8V，電流消耗一一休眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA(平均)，2.5A峰值；可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號(hào)，功耗在EGSM900(4類)和GSMl800(1類)分別為2w和1W，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM電壓為3V／1.8V，TC35i的數(shù)據(jù)接口(cMOS電平)通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為300bit／s～115kbit／s，自動(dòng)波特率為1.2kbit／s～115kbit／s。它支持Text和PDu格式的SMS(short Message Service，短消息服務(wù))，可通過AT命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。

嵌入式的視頻編碼

嵌入式系統(tǒng)作為一類特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般包括以下三個(gè)方面：硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。硬件設(shè)備包括嵌入式處理器和外圍設(shè)備。其中的嵌入式處理器(CPU)是嵌入式系統(tǒng)的核心部分，它與通用處理器最大的區(qū)別在于，嵌入式處理器大多工作在為特定用戶群所專門設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它將通過處理器中許多由板卡完成任務(wù)集成到芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)趨于小型化，同時(shí)還具有很高效率和可靠性。

本方案采用的是i.MX21平臺(tái)，該平臺(tái)系32hit ARM926EJ-S內(nèi)核，標(biāo)稱工作頻率系266MHz。通過各種接口實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的擴(kuò)展性。通過該處理器來完成視頻和語音信號(hào)的處理、編碼、解碼和再處理，它所支持的音視頻格式和功能包括H.263、MPEG4、JPEG、音頻編解碼、鏡像、縮放和旋轉(zhuǎn)等。由于視頻編解碼要處理大量數(shù)據(jù)特別是對(duì)于編碼，如一般的PC機(jī)對(duì)于ClP分辨率的MPEG4軟件編碼都難于滿足實(shí)時(shí)的要求，而i.MX21的優(yōu)勢(shì)是其內(nèi)部具有硬件的編解碼模塊，也就解決了這樣的難題。

芬蘭知名的移動(dòng)視頻廠商Hantro(編者注：已被On2 Technologles公司收購(gòu))提供智能型手機(jī)設(shè)計(jì)的多媒體引擎。包括MPEG-4／H.263視頻編譯碼器實(shí)現(xiàn)的軟硬件，以及H.264譯碼器，JPEG編譯碼器等。Freescale為其i.MX21處理器選擇7Hantro編澤碼器，就在于它具有處理MPEG－4全雙工CIF分辨率，30fps的能力。

基于視頻編碼的運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)

視頻圖像中運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)對(duì)視頻編碼的壓縮率有較大影響，特別是當(dāng)有新的物體進(jìn)入圖像中時(shí)。目前幾乎所有常用的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)在編碼后得到的數(shù)據(jù)當(dāng)中，占比例最大的是殘差和運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)，當(dāng)有新物體進(jìn)人視頻圖像中時(shí)，編碼后得出來的殘差數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)自然就更多，因?yàn)闅埐钍侵盖昂蟛煌曨l圖像中相匹配塊的像素差，然后經(jīng)過DCT和熵編碼后再傳輸?shù)臄?shù)據(jù)：而運(yùn)動(dòng)矢量反應(yīng)了視頻圖像中相匹配塊之間的距離關(guān)系。

當(dāng)有新物體進(jìn)入畫面中時(shí)，編碼器把整幅圖像分塊后，以塊為單位在前后緩存的圖像中搜索出最佳匹配塊后進(jìn)行相減，得到殘差和運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)，并經(jīng)DCT、量化和熵編碼后得到編碼的數(shù)據(jù)。這是編碼過程中最常用也是最有效的一種編碼方式，即運(yùn)動(dòng)估計(jì)。圖2所示為時(shí)間域鄰近參考幀預(yù)測(cè)模式，如果圖像運(yùn)動(dòng)變化太大，使得許多塊在前后緩存圖像中都找不到相匹配的塊，那么編碼器一般會(huì)把這一幅圖像以I幀的形式進(jìn)行編碼。這一特征也可以作為判斷運(yùn)動(dòng)物體的依據(jù)，不僅是因?yàn)橥ǔ幀編碼后的數(shù)據(jù)大了許多，而且也是因?yàn)檫@一突然出現(xiàn)的I幀圖像打破了I幀出現(xiàn)的均勻性，這是由于平肘視頻圖像編碼器都會(huì)以一定間隔的時(shí)間出現(xiàn)一I幀。

GSM通訊和短信提醒

GSM模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊，工作在EGSM900和GSMl800雙頻段。

1 把模式調(diào)為PDU模式發(fā)送信息

方法：輸入指令A(yù)T+CMGF=0(0為PDU模式，1為TEXT模式。我們這里采用PDU模式)。由于發(fā)送模式為HEx模式，所以必須將其轉(zhuǎn)換為415428434D47463D30。在實(shí)際操作時(shí)要加上0d作為結(jié)束符。 實(shí)際輸入為：415428434D47463D300d

2 信息發(fā)送：

例：我們發(fā)送“火警警報(bào)”到13723727001電話：

先輸入指令：AT+CMGS=22，該指令的ASCII值為：415428434D47533D3232。在實(shí)際操作時(shí)要加上0d作為結(jié)束符。

實(shí)際輸入為：415428434D47533D32320d

然后等待響應(yīng)：AT+CMGS

有響應(yīng)后我們迅速輸入以下數(shù)據(jù)(ASCII)：

303031313030304238313331323737333732303046313030303841393038373036423842363638423636363241351A

然后等待響應(yīng)，如果響應(yīng)為：error，則發(fā)送失敗，檢查是否輸入正確的數(shù)據(jù)。如果響應(yīng)為：00110008813127737200F10008A90870688866886662AS+CMGS：43 OK，則表明發(fā)送成功。

結(jié)論

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種新型的智能視頻監(jiān)控提醒器。用戶通過手機(jī)設(shè)置家里的提醒器處于布防狀態(tài)，那么當(dāng)檢測(cè)有物體移動(dòng)時(shí)，通過GSM向用戶手機(jī)上報(bào)異常狀態(tài)的信息，同時(shí)進(jìn)行錄像。

提出和實(shí)現(xiàn)了基于視頻圖像編碼后，以數(shù)據(jù)量大小來判斷運(yùn)動(dòng)物體的新方法。它利用了視頻圖像編碼后數(shù)據(jù)量大小受圖像中運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)影響這一特征，其不同于傳統(tǒng)方法。例如圖像差分法是根據(jù)原始前后兩幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相差后再判斷。和傳統(tǒng)方法相比，其最大優(yōu)勢(shì)是運(yùn)算量更少，因?yàn)橹恍鑼?duì)前后幀的數(shù)據(jù)量大小進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較，這對(duì)于資源有限的系統(tǒng)特別是非PC主機(jī)的系統(tǒng)來說是非常重要的。

圖像差分法是較以往其它算法中最簡(jiǎn)單、運(yùn)算最少的方法。但是本設(shè)計(jì)中提出的基于視頻壓縮的方法會(huì)更加簡(jiǎn)單、運(yùn)算量也將更少。這是因?yàn)椴罘址ㄐ鑼?duì)兩幅圖像的每個(gè)像素進(jìn)行差分運(yùn)算，而基于視頻壓縮后圖像數(shù)據(jù)量大小的方法只需要統(tǒng)計(jì)出最近幾幅圖像的數(shù)據(jù)量大小即可。