流媒體技術(shù)在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

張紅軍 魏紅娟

摘要針對(duì)目前遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控簪統(tǒng)中視頻信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸所面臨的問題和存在的不足，計(jì)論了基于流媒體技木的新型遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控手統(tǒng)的應(yīng)用萬案，提出了如何利用，氚媒體技木跨越地域限制買現(xiàn)速程視頻傳輸?shù)娜f擊。

關(guān)鍵詞贏媒體，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，視頻傳輸；數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù)

中圖分類號(hào)TP301文獻(xiàn)標(biāo)志碼A文章編號(hào)1006-8228(2012)01-19-02

0引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、視頻以及圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)破廣泛應(yīng)用于教育、醫(yī)療、金融、電力、電信、公安等多個(gè)行業(yè)。

要實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程監(jiān)看現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像，仍然存在很多問題，主要瓶頸在于網(wǎng)絡(luò)帶寬。但是，隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及圖像壓縮處理技術(shù)的快速發(fā)展，在IP及寬帶技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)相互融合促進(jìn)的發(fā)展背景下，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸異地遠(yuǎn)程視頻圖像已成為可能。

1現(xiàn)有視頻系統(tǒng)傳輸方式及不足

現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)雖然也是采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)視頻的采集與處理，即現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)+數(shù)字主機(jī)的方式，但是以實(shí)現(xiàn)本地音視頻信號(hào)的瀏覽與記錄為主要目的，視頻信號(hào)的采集點(diǎn)到監(jiān)控中心的傳輸方式使用有線和無線兩種。有線方式一般近距離采取敷設(shè)專用視頻線纜，距離超過1000m時(shí)采取架設(shè)光纜傳輸信號(hào)，或采用其他的如共纜調(diào)制，但都需要單獨(dú)布線。無線微波方式信號(hào)的傳輸受地理環(huán)境限制較多，如發(fā)射與接收端需要可視，信號(hào)無法跨越建筑物或山體等障礙，只能在一定的環(huán)境中方可使用，在城幣中實(shí)現(xiàn)就有諸多困難，再有，微波傳輸容量有限，無法實(shí)現(xiàn)大容量的信號(hào)傳輸，而且一般民用微波頻段受到的干擾多。

結(jié)合流媒體技術(shù)，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于流媒體技術(shù)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)。

2視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境

開發(fā)平臺(tái)使用Mmrosott Windows XP，軟件開發(fā)工具為Visual C++60。運(yùn)行環(huán)境要求CPU主頻在300 GHz以上、內(nèi)存512MB以上、顯卡支持DrectShow、顯存256MB以上、服務(wù)器端硬盤800 GB以上。

2.2系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要分為視頻服務(wù)器、中心監(jiān)控主機(jī)和視頻客戶端三部分。視頻服務(wù)器的主要功能分為三類第一類是將現(xiàn)場(chǎng)采集回來的模擬視頻量化再進(jìn)行壓縮編碼生成適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字視頻，并進(jìn)行管理，第二類是響應(yīng)客戶端的視頻請(qǐng)求，第三類是根據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)的指示，對(duì)云臺(tái)、鏡頭、電話及多媒體報(bào)警器等外圍設(shè)備進(jìn)行操作。中心監(jiān)控主機(jī)主要功能是接收客戶端的請(qǐng)求，然后再與視頻服務(wù)器取得聯(lián)系。中心監(jiān)控主機(jī)的另一個(gè)任務(wù)是將視頻流文件拆分成單幀圖像文件，通過數(shù)字圖像識(shí)別算法進(jìn)行分析，判斷各個(gè)通道是否有異常情況發(fā)生。客戶端主要是提供給上層用戶的一個(gè)瀏覽查詢操作的平臺(tái)。該視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

2.3系統(tǒng)開發(fā)所需關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1流媒體技術(shù)

流媒體是指在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上按時(shí)間先后次序傳輸和播放的連續(xù)視音頻數(shù)據(jù)流。說得簡(jiǎn)單一點(diǎn)，流媒體就是通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞并能被用戶一邊下載一邊觀看的活動(dòng)媒體信息。一般來說，流媒體技術(shù)有三個(gè)要素，即編碼器(編碼技術(shù))、播放器(播放支持)和流服務(wù)器，三者缺一不可，而僅僅具有其中一到兩個(gè)要素是不能被稱為流媒體技術(shù)的。顯然，流媒體實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)就是流式傳輸。流式傳輸方式是將動(dòng)畫、視音頻等多媒體文件經(jīng)過特殊的壓縮方式分成一個(gè)個(gè)壓縮包，由視頻服務(wù)器連接用戶計(jì)算機(jī)連續(xù)并實(shí)時(shí)傳送。

2.3.2流媒體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要緩存。因?yàn)閷?duì)一個(gè)實(shí)時(shí)A/V源或存儲(chǔ)的A/V文件，在傳輸中要被分解為許多包，由于網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)變化的，各個(gè)包選擇的路由可能不盡相同，故到達(dá)客戶端的時(shí)間延遲也就不等，甚至先發(fā)的包還有可能后到，因此，要使用緩存系統(tǒng)來彌補(bǔ)延遲和抖動(dòng)的影響，并保證數(shù)據(jù)包的正確順序，使數(shù)據(jù)能夠連續(xù)地輸出。通常，緩存所需的容量并不大，因?yàn)榫彺婵梢酝ㄟ^環(huán)形鏈表結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù).通過丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容，可以重新利用空出的緩存空間來緩存后續(xù)未播放的內(nèi)容。本系統(tǒng)中由于客戶端和中心監(jiān)控主機(jī)不僅需要回放視頻服務(wù)器端的歷史數(shù)據(jù)，而且還經(jīng)常需要實(shí)時(shí)地瀏覽現(xiàn)場(chǎng)狀況，所以我們采用流媒體思想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。我們?cè)诜?wù)器、中心監(jiān)控主機(jī)以及客戶端之間利用Socket實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于RTP/`RTCP會(huì)話的視頻流的實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)。這里我們把中心監(jiān)控主機(jī)和客戶端都看作堤視頻服務(wù)器的客戶端％

2.3.3數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù)

一個(gè)完整的數(shù)字圖像模式識(shí)別系統(tǒng)需要融合圖像處理技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)。圖像識(shí)別的過程包括圖像預(yù)處理、圖像分割、特征提取和圖像區(qū)別分類幾部分，如圖2所示。

2.3.4囤像識(shí)別技術(shù)在本系統(tǒng)中的應(yīng)用

系統(tǒng)中數(shù)字圖像識(shí)別功能采用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的思想來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。它主要可分為兩個(gè)部分一是根據(jù)各個(gè)坐標(biāo)處像素值在整個(gè)序列中的統(tǒng)計(jì)信息對(duì)背景進(jìn)行恢復(fù)，然后再提取異常情況；二是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法判斷出異常情況的類別。數(shù)字圖像識(shí)別功能主要運(yùn)用幀間變化檢測(cè)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，其基本流程為

(1)預(yù)處理。目的是去除噪聲的影響。

圖像增強(qiáng)技術(shù)有空間域處理法和頻率域處理法兩種。空間域處理法主要是在空間域中對(duì)圖像像素灰度值直接進(jìn)行運(yùn)算處理?？臻g域法的圖像增強(qiáng)技術(shù)可用下式來描述

G(x，y)=F(x，y)·H(x，y)式中F(x，y)為處理前的圖像，G(x，y)為處理后的圖像，H(x，y)為空間運(yùn)算函數(shù)。

圖像增強(qiáng)的頻率域處理法是，在圖像的某種變換域中(通常是頻率域中)對(duì)圖像的變換值進(jìn)行某種運(yùn)算處理，然后變換回空間域。其過程可用圖3來描述。

(2)背景恢復(fù)及異常提取。根據(jù)各個(gè)坐標(biāo)處像素值在整個(gè)序列中的統(tǒng)計(jì)信息對(duì)背景進(jìn)行恢復(fù)，再利用當(dāng)前幀與恢復(fù)的背景相減，分割出發(fā)生異常情況的區(qū)域。

視頻序列幀間具有很強(qiáng)的相關(guān)性，僅僅利用單幀信鼠進(jìn)行處理容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，更好的方法是聯(lián)合多幀進(jìn)行分析。基于這一思想，可以根據(jù)各個(gè)坐標(biāo)處像素值在整個(gè)序列中的統(tǒng)計(jì)信息對(duì)背景進(jìn)行恢復(fù)。

下面是實(shí)現(xiàn)靜態(tài)背景恢復(fù)的主要步驟

①首先讀出相鄰兩幀數(shù)據(jù)并放入指定位置，

②對(duì)相鄰兩幀數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并求出它們的差值，將差值保存在指定位置，

③對(duì)兩幀圖像差進(jìn)行二值化處理，

④對(duì)二值化后的圖像在指定腐蝕窗口的條件下進(jìn)行腐蝕處理，

⑤計(jì)算腐蝕處理后的圖像的標(biāo)準(zhǔn)幀間偏移，并將偏移數(shù)據(jù)量獨(dú)立保存，

⑥重復(fù)步驟①-⑤，

⑦對(duì)每一個(gè)像素點(diǎn)跟蹤最大為0的長度，并將最大長度中的中間幀標(biāo)號(hào)記錄下來.

⑧遍歷序列，跟蹤并記錄單個(gè)點(diǎn)連續(xù)為O的最大長度，

⑨遍歷整幀圖像，設(shè)置背景數(shù)據(jù)，得到恢復(fù)后的靜態(tài)背景。

(3)圖像分類。利用當(dāng)前幀與恢復(fù)的靜態(tài)背景相減，分割出所有可能發(fā)生異常情況的區(qū)域。

當(dāng)從—個(gè)復(fù)雜的景物中分隔和抽取出目標(biāo)物體后，為了方便識(shí)別，需要對(duì)目標(biāo)物體的一些尺寸特征和形狀特征進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。這些特征相對(duì)于特定的物體具有一定的穩(wěn)定性。當(dāng)圖像發(fā)生旋轉(zhuǎn)、平移或光線發(fā)生變化時(shí)，物體的面積、周長不會(huì)發(fā)生變化，由于當(dāng)圖像發(fā)生旋轉(zhuǎn)、平移、甚至由于物體離攝像機(jī)距離的不同而攝入的圖像大小不同時(shí)，比例特征都不會(huì)發(fā)生改變，所以我們可以利用這些特征區(qū)別不同的物體，從而識(shí)別進(jìn)入場(chǎng)景的物體。在本系統(tǒng)中，對(duì)于運(yùn)動(dòng)對(duì)象的識(shí)別，只要確定目標(biāo)物體是否為人即可?？梢圆捎妹娣e和比例特征作為主要特征來區(qū)別運(yùn)動(dòng)對(duì)象。

本系統(tǒng)圖像分類采用最常用的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法。統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別是處理圖像的方法之一，它認(rèn)為圖像可能包含一個(gè)或多個(gè)物體，并且每個(gè)物體屬于若干事先定義的類型或范疇。統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法如圖4所示。

其中完成分類功能的器件即為分類器。分類器有許多類型，參數(shù)的和非參數(shù)的，線性的和非線性的。系統(tǒng)使用了應(yīng)用最廣泛的線性分類器，并利用最小距離分類法對(duì)物體進(jìn)行辨識(shí)分類。最小距離分類法是用輸入模式和特征空間作為模板的，以點(diǎn)之間的距離作為分類的依據(jù)。

3結(jié)束語

本系統(tǒng)采用實(shí)用的圖形圖像處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，在圖形圖像識(shí)別的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控目標(biāo)的高效識(shí)別。隨著用戶對(duì)流媒體需求的增加和流媒體技術(shù)的日益成熟，該系統(tǒng)的圖形圖像識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)進(jìn)一步得到完善。