網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司 黃志通 李 浩

引言

在當(dāng)前快速發(fā)展的社會當(dāng)中，為保證信息安全以及社會穩(wěn)定視頻監(jiān)控系統(tǒng)的作用逐漸展現(xiàn)出來，目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)被應(yīng)用于各個行業(yè)當(dāng)中，小到家庭，大到社會和企業(yè)，均在安全防御方面起到了很好的作用。視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)主要是借助圖像采集系統(tǒng)來進(jìn)行信息采集，并且將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化怒未數(shù)字信號進(jìn)行傳輸，最終傳遞給客戶端用于指揮、調(diào)度以及控制。隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展建設(shè)，其功能與應(yīng)用也呈現(xiàn)出多元化趨勢，開始應(yīng)用于門禁系統(tǒng)、巡更系統(tǒng)等。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)也是在視頻監(jiān)控基礎(chǔ)發(fā)展起來的，作為一種新型數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，綜合利用了計算機技術(shù)、視頻數(shù)據(jù)實時傳輸技術(shù)以及圖像視頻壓縮技術(shù)，具有造價低、附屬設(shè)備少并且維護(hù)方便的優(yōu)良特性。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)也將成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，在信息產(chǎn)業(yè)中也受到眾多關(guān)注。

1.設(shè)計目的

網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)設(shè)計的主要目標(biāo)是利用當(dāng)前已有的計算機視覺技術(shù)等來實現(xiàn)實時信息的采集，在采集的基礎(chǔ)上進(jìn)行實時分析，并能夠直接利用智能計算機技術(shù)來對圖像序列進(jìn)行自動分析，實現(xiàn)對監(jiān)控對象的定位、識別以及跟蹤等功能。保證各項日常管理工作的正常進(jìn)行，同時通過網(wǎng)絡(luò)智能監(jiān)控技術(shù)還能夠及時發(fā)現(xiàn)異常情況，并對異常情況及時做出應(yīng)對措施。網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控平臺還是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的，能夠充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)勢，尤其是對于學(xué)校、小區(qū)等公共場所而言，可以充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)資源共享和權(quán)限管理的同時，來實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。

2.網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)概述

網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)一共分為三個部門，包括分析單元、客戶端以及中心服務(wù)器。

其中分析單元的主要目的是對采集到的原始圖像進(jìn)行初步的分析處理，其中原始圖像數(shù)據(jù)的采集是通過視頻采集卡獲得。中心服務(wù)器主要是起到網(wǎng)絡(luò)紐帶的作用，將分析單元和客戶端連接在一起?？蛻舳藢嵲诜治鰡卧约爸行姆?wù)器的基礎(chǔ)上將實時視頻信息以流媒體的形式展示給用戶，同時通過客戶端還能夠?qū)崿F(xiàn)對監(jiān)控對象的控制和設(shè)置等。

因此，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)的設(shè)計中，主要是針對分析單元、客戶端以及中心服務(wù)器分別進(jìn)行設(shè)計。

3.網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)設(shè)計

3.1 客戶端設(shè)計

客戶端作為人機交互平臺，直接決定著用戶體驗，作為直接使用者，在進(jìn)行客戶端設(shè)計的時候必須要充分考慮用戶感受以及人機交互，在此基礎(chǔ)上獲得遠(yuǎn)程分析單元處理之后的實時監(jiān)控視頻信息。

在客戶端的設(shè)計中采用DirectShow技術(shù)來進(jìn)行設(shè)計，將中心服務(wù)器中獲得存儲的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為實時視頻流，最終在客戶端還需要引入組包解碼技術(shù)，在解碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行視頻播放。在客戶端中還需要引入TCP協(xié)議，來實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的控制命令?？蛻舳嗽O(shè)計中充分考慮三大模塊：分析設(shè)置模塊、監(jiān)控計劃模塊以及實時視頻播放模塊。

3.1.1 分析設(shè)置模塊

作為網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)的重要組成部分，分析設(shè)置模塊直接決定了整個系統(tǒng)的智能化情況。只有在其中引入分析設(shè)置模塊，才能夠保證攝像頭采集到的信息準(zhǔn)確有效的呈現(xiàn)給用戶，不采用分析設(shè)置模塊就不能夠?qū)σ曨l采集卡采集到的圖像序列進(jìn)行分析處理，尤其是存在問題的時候更不能夠給出警告和提示。一般分析設(shè)置模塊由三部分構(gòu)成：定標(biāo)、告警設(shè)置以及目標(biāo)行為分析參數(shù)設(shè)置。通過分析設(shè)置模塊能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理并在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行保存，最終通過TCP協(xié)議將各項參數(shù)和數(shù)據(jù)傳遞給中心服務(wù)器，并形成分析單元參數(shù)配置文件。

3.1.2 監(jiān)控計劃模塊

為保證監(jiān)控的準(zhǔn)確性以及有效性，在設(shè)計中往往采用多種視頻分析方案。因此在進(jìn)行設(shè)計中充分考慮場景監(jiān)控條件以及監(jiān)控目標(biāo)變化情況，根據(jù)不同情況以及不同條件來設(shè)置攝像頭監(jiān)控計劃與參數(shù)。在本文進(jìn)行設(shè)計的時候采用了3種不同的監(jiān)控選擇方案：周期計劃、一次性計劃以及默認(rèn)計劃。

3.1.3 實時視頻播放模塊

圖1 過濾器圖表結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)客戶端的實時監(jiān)控視頻的播放，需要在其中引入如圖2所示的過濾器結(jié)構(gòu)來進(jìn)行處理。通過3個過濾器來分別構(gòu)造Filer，并將構(gòu)造的Filer按序相連，最終構(gòu)成完成的過濾器圖表結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)中由應(yīng)用程序來發(fā)送相關(guān)命令，通過命令來控制實施監(jiān)控視頻流的播放。

客戶端的功能實際是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對用戶的透明，將采集到的信息進(jìn)行解壓、處理和播放呈現(xiàn)給用戶，實現(xiàn)視頻監(jiān)控可視化呈現(xiàn)。

3.2 中心服務(wù)器

中心服務(wù)器主要起到網(wǎng)絡(luò)紐帶的作用，將客戶端與分析單元連接在一起，在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中能夠?qū)Χ嗦窋z像肉同時進(jìn)行分析處理，主要是通過不同分析單元以及不同視頻采集卡實現(xiàn)這一功能的。在整個系統(tǒng)中不同的監(jiān)控區(qū)域設(shè)置不同的分析單元，而中心服務(wù)器能夠?qū)⑦@些分析單元進(jìn)行分析處理和壓縮處理之后傳遞到服務(wù)器的視頻流緩沖區(qū)，然后利用RTP等相關(guān)技術(shù)將視頻流轉(zhuǎn)入到同一個多播組的多個客戶端當(dāng)中，這一過程中還應(yīng)該包括告警信息等。最終將這些信息和數(shù)據(jù)保存到服務(wù)器當(dāng)中。

3.3 分析單元

圖2 分析單元圖像處理過程圖

作為網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，分析單元組成相對復(fù)雜，由多個部分構(gòu)成，包括目標(biāo)檢測單元、目標(biāo)跟蹤分類單元以及告警信息輸出單元等。其中運動目標(biāo)檢測單元主要是針對于監(jiān)控目標(biāo)而言，能夠通過這一模塊對檢測信息以及檢測場景進(jìn)行處理，將監(jiān)測目標(biāo)從監(jiān)控信息中提取分割處理。一般利用背景減除法、光流法以及時間差分法實現(xiàn)監(jiān)控目標(biāo)的分離。目標(biāo)跟蹤單元主要是對于檢測目標(biāo)進(jìn)行動態(tài)跟蹤和監(jiān)控，一般采用運動估計跟蹤以及特征跟蹤等方法實現(xiàn)。目標(biāo)分類以主要是對監(jiān)控中的運動目標(biāo)進(jìn)行分類，根據(jù)運動方式以及面積等特征來進(jìn)行分類和區(qū)分，方便監(jiān)控。行為分析是基于前面跟蹤以及分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，對于監(jiān)控目標(biāo)進(jìn)行行為分析，對于危險信息以及潛在威脅信息進(jìn)行告警和提示，以便及時進(jìn)行處理。

4.網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)發(fā)展趨勢與方向

隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)的發(fā)展與完善，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，開始在中小型企業(yè)中展露頭角。在未來發(fā)展中，將朝著移動視頻監(jiān)控的方向發(fā)展，和傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控相比其具有多元化功能，而且應(yīng)用前景也必將更加廣泛。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)還具有一定的局限性，尤其是對于遠(yuǎn)距離監(jiān)控以及偏僻地區(qū)的監(jiān)控而言，需要增加更多的人力、物力以及財力資源投入。面對這種情況，移動網(wǎng)絡(luò)具有顯著優(yōu)勢，可以充分利用移動數(shù)字的視頻監(jiān)控實現(xiàn)多角度傳輸，來保證監(jiān)控信號傳輸質(zhì)量，將監(jiān)控信息和視頻清晰的反饋給用戶，避免失真情況的出現(xiàn)。同時，網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)未來的發(fā)展中必然會進(jìn)一步優(yōu)化人機交互能力，為用戶提供更便捷的服務(wù)。

5.結(jié)論

在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展下，網(wǎng)絡(luò)智能視頻監(jiān)控分析系統(tǒng)與技術(shù)成為未來監(jiān)控發(fā)展的必然趨勢。雖然這一技術(shù)得到了發(fā)展，但是仍然需要進(jìn)一步的發(fā)展與優(yōu)化，不斷提高其質(zhì)量與水平，為用戶提供方便，加強管理。