多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

賈曉婷+邢潔清

摘 要： 由于多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的不斷更新，多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控水平、處理能力等方面無法得到合理提升。因此，設(shè)計多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的監(jiān)控模塊進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的采集工作，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息。處理模塊利用基于達(dá)芬奇技術(shù)的TM320DM368處理器對數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行處理，所生成的監(jiān)控結(jié)果將被反饋到監(jiān)控模塊。用戶經(jīng)由監(jiān)控模塊提供的客戶端，對系統(tǒng)的處理流程和監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行查詢。系統(tǒng)為多媒體網(wǎng)絡(luò)信息提供了多種處理算法，主要包括幀間差分算法和背景減值算法。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的系統(tǒng)監(jiān)控成功率高，處理能力強，能夠快速且準(zhǔn)確地顯示用戶所需內(nèi)容。

關(guān)鍵詞： 多媒體網(wǎng)絡(luò)； 監(jiān)控系統(tǒng)； 達(dá)芬奇技術(shù)； TM320DM368

中圖分類號： TN711?34； TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）04?0057?04

Design and implementation of information monitoring and processing system for multimedia network

JIA Xiaoting， XING Jieqing

（Qiongtai Normal University， Haikou 571127， China）

Abstract： As the multimedia network information is updated increasingly and the existing multimedia network information monitoring system cannot get promoted reasonably in monitoring level and processing power， a multimedia network information monitoring and processing system is put forward to solve the problem. The system is composed of monitoring module and processing module. The monitoring module is used to cololect the multimedia network information， and convert it into digital multimedia network information. The processing module is adopted to process the digital multimedia network information through TM320DM368 processor based on the technology of Leonardo Da Vinci. The generated monitoring result feeds back to the monitoring module. The users query the treatment process and monitoring results of system through the client provided by the monitoring module. The system provides a variety of processing algorithms for multimedia network information， mainly including the frame difference algorithm and background decrease value algorithm. The experimental results show the system has hifg monitoring success rate and strong processing ability， and can quickly and accurately display the content that the users require.

Keywords： multimedia network； monitoring system； Leonardo Da Vinci technology； TM320DM368

0 引 言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展壯大，多媒體網(wǎng)絡(luò)信息以其便捷性、完整性和通俗性，在各行業(yè)的安保領(lǐng)域中被大量使用[1?3]。由于多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的不斷更新，多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控水平、處理能力等方面無法得到合理提升，因而被逐漸淘汰，取而代之的是多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)。這種新型系統(tǒng)在傳統(tǒng)系統(tǒng)的監(jiān)控基礎(chǔ)上，更加側(cè)重于對不斷更新的多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的有效處理，以更好地對用戶需求進(jìn)行響應(yīng)[4?6]。

由于我國科研組織對多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)研發(fā)正處于初級階段，因此，曾塑造出的系統(tǒng)均存在一些弊端。如文獻(xiàn)[7]塑造遠(yuǎn)程控制多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)，其利用多功能監(jiān)控機對多媒體網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行監(jiān)控，并通過無線網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)控信息進(jìn)行處理和控制。該系統(tǒng)的集成度較高且安裝較為方便，有效節(jié)約了人力和財力。但其處理能力過于依靠系統(tǒng)硬件實現(xiàn)，一旦硬件出現(xiàn)問題，其監(jiān)控成功率和處理能力都將大幅度降低。文獻(xiàn)[8]塑造嵌入式控制多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將PC機作為多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的處理平臺，并通過其內(nèi)置的多媒體切換功能，實現(xiàn)多方監(jiān)控信息的高效率查詢。該系統(tǒng)的性能雖高，但其硬件的成本過高，市場競爭能力較弱；文獻(xiàn)[9]塑造信號模擬多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用“信號模擬”這一相對完善且成本低廉的技術(shù)，將多媒體網(wǎng)絡(luò)信息存儲為畫質(zhì)更清晰且更易管控的模擬信號，全面提升系統(tǒng)的監(jiān)控水平和處理能力。但其功能過于簡單，信息查詢操作復(fù)雜，僅適合進(jìn)行小型多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的監(jiān)控與處理；文獻(xiàn)[10]塑造數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的數(shù)字化程度較高，處理能力強，且使用更為方便，能夠?qū)崿F(xiàn)多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的準(zhǔn)確監(jiān)控。但該系統(tǒng)太過受限于網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，且其傳輸安全性能不夠好。

本文設(shè)計了一種監(jiān)控水平高、處理能力強的多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)，解決以上系統(tǒng)弊端。該系統(tǒng)由處理模塊和監(jiān)控模塊組成。實驗結(jié)果表明，所塑造的系統(tǒng)監(jiān)控成功率高，處理能力強，能夠快速且準(zhǔn)確地顯示用戶所需內(nèi)容。

1 多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)設(shè)計

多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)包括監(jiān)控模塊和處理模塊兩部分。監(jiān)控模塊進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的采集和實時監(jiān)控工作，處理模塊對數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行處理。系統(tǒng)的處理流程和監(jiān)控結(jié)果將實時反饋給用戶，便于用戶掌握多媒體網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

1.1 監(jiān)控模塊設(shè)計

多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)利用監(jiān)控模塊進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的采集工作，并對其進(jìn)行實時監(jiān)控。監(jiān)控模塊主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機、云鏡解碼器、服務(wù)器和客戶端組成，如圖1所示。

由圖1可知，監(jiān)控模塊經(jīng)由WiFi技術(shù)實現(xiàn)多媒體網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控信息的傳遞工作，WiFi技術(shù)的使用不限制終端，使用戶能夠隨時隨地獲取多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)的監(jiān)控信息。網(wǎng)絡(luò)攝像機進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的采集工作，即將多媒體網(wǎng)絡(luò)信息傳送到多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)中，以對其進(jìn)行處理。系統(tǒng)選用的網(wǎng)絡(luò)攝像機是SCZ?2250PD網(wǎng)絡(luò)攝像機，該網(wǎng)絡(luò)攝像機可在[-20 ℃，40 ℃]的溫度范圍內(nèi)正常工作，并具有25倍光學(xué)變焦能力，其內(nèi)置的日夜轉(zhuǎn)換功能可提升系統(tǒng)對監(jiān)控信息的采集能力和處理能力。

SCZ?2250PD網(wǎng)絡(luò)攝像頭將采集到的多媒體網(wǎng)絡(luò)信息傳送到服務(wù)器中，由于監(jiān)控模塊中的信息傳輸主要通過WiFi技術(shù)，在服務(wù)器的選擇上，應(yīng)重點考慮服務(wù)器的安全性能和傳輸效率，并兼顧其購買成本和運行成本。為此，多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)選用我國某公司生產(chǎn)的ME5000多媒體服務(wù)器。ME5000多媒體服務(wù)器的價格較比國外同功能產(chǎn)品更低，且運行安全穩(wěn)定、傳輸效率高。其支持標(biāo)準(zhǔn)多媒體編碼協(xié)議，與用戶終端兼容性較高。ME5000多媒體服務(wù)器通過分析多媒體網(wǎng)絡(luò)信息參數(shù)，對多媒體網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行編碼，并將編碼后的信息傳送到云鏡解碼器和客戶端中。客戶端的位置位于用戶終端中，用戶可經(jīng)由客戶端實時查詢多媒體網(wǎng)絡(luò)信息，以及系統(tǒng)對信息的處理流程和監(jiān)控結(jié)果。用戶也可通過客戶端進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的處理，其處理工作較為復(fù)雜，應(yīng)經(jīng)由專業(yè)人員獲取到處理許可，方能實現(xiàn)多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的自主處理。

云鏡解碼器主要進(jìn)行已編碼信息的解碼工作，并將解碼后的多媒體網(wǎng)絡(luò)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字信號中包括多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的地址和相對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)攝像機的地址。多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控和處理系統(tǒng)能夠通過數(shù)字信號操縱網(wǎng)絡(luò)攝像機行為，同時，數(shù)字信號也將被傳輸?shù)教幚砟K，進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的處理工作。

1.2 處理模塊設(shè)計

多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)選用達(dá)芬奇技術(shù)作為處理模塊的核心技術(shù)。達(dá)芬奇技術(shù)是為數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息量身定制的處理方案，其能夠在保證處理能力的基礎(chǔ)上，對處理流程進(jìn)行簡化，并為數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息提供多種硬件和軟件的技術(shù)支持，以提高系統(tǒng)處理效率。達(dá)芬奇技術(shù)不僅擁有超強的控制能力，其對大型多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的處理同樣具有優(yōu)良的表現(xiàn)能力。達(dá)芬奇技術(shù)在對多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)進(jìn)行實時控制的同時，也為用戶提供了自主編程接口。其配備的各種內(nèi)置算法知識庫，增強了系統(tǒng)的靈活性，為系統(tǒng)后期整改工作提供了便利。監(jiān)控模塊基于達(dá)芬奇技術(shù)，選擇了TM320DM368處理器進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的處理工作。TM320DM368處理器的處理頻率高達(dá)432 MHz，且ARM性能較為強勁。圖2是TM320DM368處理器的工作原理圖。由圖2可知，TM320DM368處理器先后根據(jù)用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議和實時傳輸協(xié)議，解析監(jiān)控模塊的工作流程并生成服務(wù)質(zhì)量控制反饋，對數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行解碼和顯示等預(yù)處理。解碼后的信息會傳輸?shù)絋M320DM368處理器內(nèi)置的子處理器進(jìn)行處理，圖3是TM320DM368處理器中子處理器工作原理。

由圖3可知，子處理器將首先進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)的環(huán)境解析工作，為數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息選取最優(yōu)處理方案。當(dāng)多媒體網(wǎng)絡(luò)信息輸入到子處理器，計時器便開始對處理工作進(jìn)行計時。子處理器在達(dá)芬奇技術(shù)的控制下，將已處理的多媒體網(wǎng)絡(luò)信息生成監(jiān)控結(jié)果，并對其進(jìn)行加密和信號增強，以保證監(jiān)控模塊對信息進(jìn)行安全接收，并提高網(wǎng)絡(luò)攝像機的顯示效果。

2 多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)實現(xiàn)

多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)為多媒體網(wǎng)絡(luò)信息提供了多種處理算法，主要包括幀間差分算法和背景減值算法。系統(tǒng)能夠為多媒體網(wǎng)絡(luò)中的不同信息自動匹配適合的算法。幀間差分算法通過分析多媒體網(wǎng)絡(luò)信息中相互臨近的幀差數(shù)值，確定出其中待處理信息。圖4是幀間差分算法處理流程圖。根據(jù)圖4分析幀間差分算法的處理流程：將圖4中的幀數(shù)設(shè)為，用代表多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的幀值，代表信息坐標(biāo)點，代表相互臨近的幀差數(shù)值，對多媒體網(wǎng)絡(luò)信息二值化，則其二值化表達(dá)式為：

（1）

（2）

式中，代表標(biāo)準(zhǔn)閾值。多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)利用幀間差分算法，將閾值小于幀差的多媒體網(wǎng)絡(luò)信息設(shè)置成輔助信息，這樣便能夠準(zhǔn)確地將目標(biāo)信息提取出來。經(jīng)由二值化處理后的多媒體網(wǎng)絡(luò)信息，將依次進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波排除干擾，以及拓?fù)溥B通性測試，保證系統(tǒng)能夠?qū)τ脩羲鑳?nèi)容進(jìn)行快速顯示。同時，幀間差分算法為多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)提供了中斷控制，以應(yīng)對黑客入侵、系統(tǒng)信息泄露等突發(fā)狀況。

背景減值算法同幀間差分算法的處理流程較為相似，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

（3）

（4）

式中，代表多媒體網(wǎng)絡(luò)信息中的輔助信息幀值。背景減值算法將多媒體網(wǎng)絡(luò)信息中某一幀值與輔助信息幀值做差，構(gòu)建輔助信息幀值模型。該模型的優(yōu)點在于其能夠進(jìn)行實時更新，更適用于處理動態(tài)類型的多媒體網(wǎng)絡(luò)信息。

由于動態(tài)信息中的影響因素較多，背景減值算法需要對其進(jìn)行算法消除，提取出影響因素中的輔助信息。背景減值算法主要通過與平均分配算法或自適應(yīng)算法相結(jié)合的方式，對影響因素中的輔助信息進(jìn)行提取。

平均分配算法對影響因素中的輔助信息的提取原理，主要是對影響因素信息進(jìn)行復(fù)制，通過對所復(fù)制信息的總閾值進(jìn)行平均分配，將影響因素覆蓋掉，求得輔助信息閾值。平均分配算法的用法較為簡單，效果較為理想，但不能用其進(jìn)行過于細(xì)致的影響因素的消除工作。假設(shè)多媒體網(wǎng)絡(luò)信息中影響因素信息的長度為，則有：

（5）

式中：

（6）

自適應(yīng)算法對影響因素中的輔助信息的提取流程為：首先假設(shè)某幀為輔助信息，將多媒體網(wǎng)絡(luò)信息中的其他幀與其進(jìn)行對比，并對不同幀的輔助信息進(jìn)行排查和整改，進(jìn)而得到真實輔助信息。假設(shè)為輔助信息響應(yīng)速度，則自適應(yīng)算法的目標(biāo)函數(shù)為：

（7）

3 實驗分析

本文所設(shè)計的系統(tǒng)所需達(dá)成的目標(biāo)是：塑造一種監(jiān)控成功率高、處理能力強的多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)，實現(xiàn)用戶所需內(nèi)容的快速、準(zhǔn)確顯示。

由于環(huán)境溫度的改變會對多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)的硬件性能造成影響，導(dǎo)致系統(tǒng)性能變化。因此，實驗在溫度為20 ℃，40 ℃和-20 ℃的環(huán)境下，分別對本文系統(tǒng)的監(jiān)控成功率和處理能力進(jìn)行驗證。實驗還選取數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)與本文系統(tǒng)進(jìn)行對比，以便能夠更加直觀地了解本文系統(tǒng)性能。圖5、圖6是三種溫度下兩系統(tǒng)監(jiān)控成功率變化圖，圖7、圖8是三種溫度下兩系統(tǒng)處理能力變化圖。兩種系統(tǒng)的處理用時統(tǒng)計表如表1所示。

從圖5中可看出，數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)在溫度為20 ℃，40 ℃和-20 ℃的環(huán)境下監(jiān)控成功率變化較大，表現(xiàn)在成功率數(shù)值的波動和下降幅度明顯增大，其在20 ℃，40 ℃和-20 ℃溫度下的監(jiān)控成功率平均值分別為97%，90%，88%。

從圖6中可看出，本文系統(tǒng)在溫度為20 ℃，40 ℃和-20 ℃的環(huán)境下的監(jiān)控成功率平均值分別為100%，98%和95%，即本文系統(tǒng)實現(xiàn)了常溫下對多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的完美監(jiān)控，其在高溫和低溫環(huán)境下的監(jiān)控成功率，高出數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)8%和7%，且監(jiān)控成功率非常穩(wěn)定。驗證了本文系統(tǒng)具有較高的監(jiān)控成功率。

由圖7、圖8以及表1可知，本文系統(tǒng)的處理能力變化幾乎不受溫度影響，其處理時間一直在[3.8 ms，6.0 ms]范圍內(nèi)變化。而數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)在常溫20 ℃下的處理能力較高，但在高溫和低溫環(huán)境下處理時間明顯增大，系統(tǒng)整體的處理能力較弱。經(jīng)由對以上結(jié)果的對比分析，驗證了本文系統(tǒng)具有較強的處理能力。

4 結(jié) 論

由于多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的不斷更新，多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控水平、處理能力等方面無法得到合理提升。因此，本文塑造的多媒體網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控與處理系統(tǒng)，由監(jiān)控模塊和處理模塊組成。監(jiān)控模塊進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)信息的采集工作，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息。處理模塊利用基于達(dá)芬奇技術(shù)的TM320DM368處理器，對數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行處理，所生成的監(jiān)控結(jié)果將反饋到監(jiān)控模塊。用戶經(jīng)由監(jiān)控模塊提供的客戶端，對系統(tǒng)的處理流程和監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行查詢。系統(tǒng)為多媒體網(wǎng)絡(luò)信息提供了多種處理算法，主要包括幀間差分算法和背景減值算法。由實驗結(jié)果可知，所塑造的系統(tǒng)監(jiān)控成功率高，處理能力強，能夠快速且準(zhǔn)確地顯示用戶所需內(nèi)容。

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