數(shù)字視頻監(jiān)控技術在人防自動化系統(tǒng)中的應用

李紹甫

（中國電子科技集團第38 研究所 安徽省合肥市 230088）

所謂數(shù)字視頻監(jiān)控技術主要是憑借數(shù)字視頻技術利用攝像機進行圖像獲取，結(jié)合聲音監(jiān)聽設備對需要監(jiān)控的區(qū)域進行探測，其具備安全防范作用，屬于自動化監(jiān)控系統(tǒng)范疇，是人防自動化系統(tǒng)的重要組成部分。作為新型智能監(jiān)控系統(tǒng)，其能夠配合人防自動化系統(tǒng)的其他功能，為人防指揮提供更加安全可靠的信息，并且實現(xiàn)多媒體通信功能，呈現(xiàn)出的高效傳播信息的狀態(tài)。如今，該技術已經(jīng)在人防自動化系統(tǒng)當中占據(jù)越來越重要的地位，下文將具體討論數(shù)字視頻監(jiān)控技術在人防自動化系統(tǒng)中的應用方案。

1 人防自動化發(fā)展現(xiàn)狀

我國人防行業(yè)具備較長的發(fā)展歷史，早在20 世紀60 年代默契，城鎮(zhèn)就已經(jīng)開始“深挖洞”的群眾運動，各個單位以及街道的居民共同在地下挖洞，經(jīng)過相互連通以后，組成了地道網(wǎng)，這就是早期的人防網(wǎng)絡。隨著時代的變遷，我國不斷建設更多質(zhì)量較高且更加科學的人防工程，人防工程已經(jīng)不僅僅的停留在戰(zhàn)時防空需求層面，而是根據(jù)人民生活需求，逐漸演化成多功能作用的人防系統(tǒng)。自動化技術水平不斷提升以后，人們將其運用到人防工程當中，并且逐漸衍生出了自動化人防行業(yè)，其專門生產(chǎn)人防自動化設備，為人防自動化系統(tǒng)提供設備輔助。人防自動化在每個階段的發(fā)展都需要更新核心監(jiān)控技術，其在算法和芯片等方面都處于不斷創(chuàng)新的狀態(tài)，而人防產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)處于不斷優(yōu)化的狀態(tài)，不斷的更新?lián)Q代促使人防監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加齊全，且其應用范圍也越來越廣泛。人防自動化系統(tǒng)是智能監(jiān)控時代的產(chǎn)物，其通過對數(shù)字視頻監(jiān)控技術、光電傳感技術、人工智能技術等多種新型技術融合，從而達到人防自動化指揮的目的。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院在2019 年的調(diào)查結(jié)果顯示，如今數(shù)字視頻監(jiān)控技術已經(jīng)被運用到多個領域，在智慧樓宇方面的應用占比為16.00%，在智慧交通方面的應用占比是18.00%，在平安城市方面的應用占比是24.00%等。

2 數(shù)字視頻監(jiān)控技術在人防自動化系統(tǒng)中的應用必要性

人防自動化系統(tǒng)是防護人民群眾生命及財產(chǎn)安全的重要系統(tǒng)，其所具備的監(jiān)控功能能夠滿足對監(jiān)控現(xiàn)場進行監(jiān)督管理的需求。但目前人防自動化系統(tǒng)雖然注重自動化程度提升，其所安裝的設備監(jiān)控系統(tǒng)卻呈現(xiàn)出功能不完善的問題，當前監(jiān)控系統(tǒng)在運作過程中會因為其數(shù)字相機所具備的自檢功能不穩(wěn)定而出現(xiàn)故障，當數(shù)字相機接收到錯誤指令，相機出現(xiàn)自檢情況，此時其將自動故障指令推送到人防自動化系統(tǒng)的控制端當中，而監(jiān)控設備則會因此而出現(xiàn)連鎖控制問題，對整個監(jiān)控系統(tǒng)造成影響。且現(xiàn)有的人防自動化工程中的監(jiān)控系統(tǒng)布線比較復雜，設備本身不具備防水或者是防潮的功能，比較容易受到電磁信號干擾，且設備價格也非常昂貴。

圖1：人防自動化監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖2：人防自動化監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設計

數(shù)字視頻監(jiān)控技術是目前人防自動化系統(tǒng)未來發(fā)展過程中的主流技術，主要是利用數(shù)字視頻監(jiān)控技術當中所具備的圖像傳輸以及視頻存儲功能來輔助人防自動化系統(tǒng)進行圖像分析，其促使人防自動化系統(tǒng)的智能程度提升。將數(shù)字視頻技術運用到人防自動化系統(tǒng)以后，能夠有助于計算機對視頻信息進行處理。在對視頻影像進行數(shù)字化處理以后，計算機對影響信息的壓縮更加方便快捷，其在進行信息存儲的時候也能夠減少內(nèi)存占有量。在數(shù)字技術的作用下，計算機對視頻圖像展開分析，能夠快速發(fā)現(xiàn)監(jiān)控影像的異常情況，并且即可聯(lián)動報警。該種功能能夠?qū)崿F(xiàn)人防自動化系統(tǒng)的無人值守目的，只需要數(shù)字視頻遠程監(jiān)控，就能夠達到實時監(jiān)控的目的。數(shù)字視頻監(jiān)控技術被運用到人防自動化系統(tǒng)當中以后能夠達到視頻信息遠程傳輸?shù)哪康?。以往的視頻監(jiān)控技術在傳輸信息過程中，傳輸信號很容易受到干擾，導致視頻畫面不夠清晰。而數(shù)字視頻監(jiān)控技術排除信號干擾問題，其不會出現(xiàn)信號衰減的情況，且在傳輸過程中可以對視頻圖像進行加密處理，即便是監(jiān)控站點在術前公里之外，也能夠做到實時監(jiān)控。如今我國很多地區(qū)的環(huán)境都比較惡劣，并不適合直接派遣工作人員進行現(xiàn)場監(jiān)督管理，將數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)運用到人防自動化系統(tǒng)以后，不需要親臨現(xiàn)場也能夠觀察到現(xiàn)場的圖像情況，起到臨場監(jiān)控的效果，避免現(xiàn)場因為無人監(jiān)督管理而出現(xiàn)被破壞的情況，且能夠?qū)F(xiàn)場畫面真實記錄下來。數(shù)字視頻監(jiān)控方式能夠方便查找。利用數(shù)字監(jiān)控技術時，計算機當中會建立對應的數(shù)據(jù)庫，所監(jiān)控到的視頻畫面會被實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫當中存儲起來。如果要觀看現(xiàn)場畫面，只需要通過計算機數(shù)據(jù)庫的檢索，就可以在幾分鐘之內(nèi)找到對應的畫面視頻，從而了解到現(xiàn)場發(fā)生狀況。

3 數(shù)字視頻監(jiān)控技術在人防自動化系統(tǒng)中的應用方案

3.1 人防自動化系統(tǒng)當中的數(shù)字視頻監(jiān)控方案設計

當前所構(gòu)建的人防自動化系統(tǒng)主要是通過組播技術的方式將MPEG-4 格式進行編解碼處理，此時系統(tǒng)將由客戶端、監(jiān)控服務器以及視頻采集端等方面構(gòu)成，達到視頻圖像采集、視頻存儲、視頻回放、遠程檢索、報警等多種功能。此時視頻采集端將受到監(jiān)控服務器的輔助，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與壓縮，并且完成視頻存儲和報警檢測。而客戶端則在經(jīng)過身份驗證以后，監(jiān)控人員能夠?qū)ΡO(jiān)控服務器進行訪問，從而查詢到以往的監(jiān)控視頻資源，客戶端可以隨時加入或者是推出系統(tǒng)，系統(tǒng)的整體規(guī)模能夠進行動態(tài)變化，具備較強適應性。為了提升數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的職能化水平，進而提升人防自動化系統(tǒng)的程度，在方案設計過程中還需要針對前方數(shù)字相機的自檢系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，保證自檢系統(tǒng)的穩(wěn)定性，利用軟件模塊設計來實現(xiàn)自動報警，在發(fā)現(xiàn)指令錯誤的情況下，將故障信息先推送到控制端，而控制端則展開設備運作信息分析，并且進行故障自檢和評估，而控制端也將對軟件報警模塊進行檢測，確定故障的準確性，然后再對前端數(shù)字相機設備發(fā)送自檢指令。該種設計方式能夠有效避免前端設備因為故障警報而出現(xiàn)聯(lián)動指令紊亂情況，故障分析完成后所發(fā)送的指令信息只對數(shù)字相機起到指令效果，不會對其他的前端設備造成影響。

3.2 硬件結(jié)構(gòu)設計

人防自動化系統(tǒng)當中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以被劃分為前端子系統(tǒng)、后端子系統(tǒng)以及客戶端子系統(tǒng)三個主要部分。其中前端子系統(tǒng)主要包含了攝像頭、攝像機、云臺等。而后端的監(jiān)控系統(tǒng)則主要包含解碼器、服務器、存儲設備以及視頻綜合平臺與中心控制平臺?？蛻舳俗酉到y(tǒng)主要包含了監(jiān)控終端、終端顯示設備以及工作站。具體如圖1 所示。

如圖1 中所示信息可以了解到，前端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最為重要，其主要包含了主控制模塊、輔助控制模塊以及諸多核心設備。

主控制模塊主要的作用是對云臺的控制指令進行翻譯，從而控制攝像頭的方向，對攝像頭的監(jiān)控范圍進行調(diào)整，達到遙控攝像頭的效果。通常情況下，監(jiān)控人員采用云臺譯碼器對攝像頭進行調(diào)度，促使其保持周期循環(huán)堅實的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)控現(xiàn)場有異常情況，可以將攝像頭停留在該區(qū)域范圍內(nèi)進行長時間監(jiān)控，此時監(jiān)控系統(tǒng)終端能夠?qū)σ曨l監(jiān)控所在區(qū)域進行信號采集和分析，并且發(fā)出對應的處理指令。

前端系統(tǒng)當中的網(wǎng)絡傳輸設備主要用于對音視頻信號進行處理，還對監(jiān)控現(xiàn)場的溫度和濕度進行監(jiān)督，如果傳感器所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息已經(jīng)超過了限定值，此時傳感器將會發(fā)出聯(lián)動報警指令，而報警設備也會依據(jù)溫度和濕度的變化信號將指令傳輸?shù)奖O(jiān)控終端，并且轉(zhuǎn)化成為字幕來提醒監(jiān)控人員。

圖像采集模塊的主要功能是將攝像頭所獲取的音頻信號通過數(shù)字技術轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后將其壓縮成對應的編碼，在人防專網(wǎng)的作用下遠程傳輸?shù)娇刂平K端。

核心設備在人防自動化監(jiān)控系統(tǒng)當中屬于一款嵌入式工控機，其在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心位置，因為系統(tǒng)需要保持長時間運作狀態(tài)，且需要傳輸和分析的數(shù)據(jù)量比較大，因此監(jiān)控系統(tǒng)對核心設備的主機性能提出較高要求。核心設備保持較高的穩(wěn)定性，其運行速度也比較快，就能夠滿足人防自動化監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理需求，對于視頻圖像的存儲也更完善。

3.3 軟件結(jié)構(gòu)設計

除了硬件系統(tǒng)的設置需要達到人防自動化控制系統(tǒng)的要求，在進行數(shù)字視頻監(jiān)控技術應用過程中，也需要保證軟件結(jié)構(gòu)設計的合理性。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)當中，軟件結(jié)構(gòu)主要被劃分為服務器和客戶端兩個部分，服務器主要是包含了視頻處理模塊、發(fā)送模塊、控制模塊，而客戶端則主要包含了播放模塊、控制模塊等。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行視頻流發(fā)送過程中，服務器將會在視頻數(shù)據(jù)的傳輸環(huán)節(jié)接受播放模塊運行，此時客戶端將接受視頻流并且將其實時播放出來。此時數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的服務器和客戶端都將和人防控制系統(tǒng)的專網(wǎng)聯(lián)系在一起，從而實現(xiàn)專網(wǎng)及政府網(wǎng)之間的無延時通信。具體結(jié)構(gòu)設計如圖2 所示。

在軟件結(jié)構(gòu)設計中能夠了解到整個軟件結(jié)構(gòu)包含了諸多模塊，其中能夠發(fā)揮出主要作用的模塊有視頻數(shù)據(jù)處理模塊、視頻數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、視頻數(shù)據(jù)接受播放模塊以及云臺鏡頭控制模塊等。

軟件當中的視頻數(shù)據(jù)處理模塊主要被劃分為視頻圖像的采集與存儲和播放與控制兩個部分。在對視頻圖像進行播放過程中可以實時完成圖像的捕捉和存儲。該模塊在開發(fā)設計的時候附帶了二次開發(fā)包，并且通過Microsoft Direct Media SDK 來實現(xiàn)視頻采集和壓縮功能。

數(shù)據(jù)發(fā)送模塊則是由四層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，第一層是物理網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，之后則是數(shù)據(jù)傳送，再之后是網(wǎng)絡層，最后則是應用層。在C/S 體系當中采用WinSock 技術，從而將客戶機和服務器聯(lián)系在一起，實現(xiàn)實時通信作用，并且應用層當中安裝對應的通信程序。

數(shù)據(jù)接收播放模塊的設計中，主要是構(gòu)建兩種通訊通道，一個通訊通道用于視頻接受和播放控制，而另外一個通道則用于數(shù)據(jù)傳輸?？刂仆ǖ缹⒖蛻舳撕头掌髀?lián)系在一起，達成通話功能，能夠發(fā)送對應的數(shù)據(jù)請求信息和控制確認信息，該通道將會采納TCP技術，該種技術的可靠性比較高。而數(shù)據(jù)通道主要同于完成數(shù)據(jù)圖像信息的傳輸，主要利用UDP 技術。本次模塊設計過程中利用了Windoes 多線程技術，其能夠接受到前端多種路徑的視頻圖像播放，并且每個線程都能夠創(chuàng)建截面窗口，完成視頻的接受和播放，做好視頻流的解碼。

云臺鏡頭控制模塊在設計的時候主要是安裝了解碼器，該解碼器將會通過RS-232 和監(jiān)控主機聯(lián)系在一起，從而對云臺及攝像頭進行控制。模塊將會依據(jù)監(jiān)控現(xiàn)場的實際情況，對處于現(xiàn)場的設備進行控制，先從客戶端發(fā)送對應的控制指令，而現(xiàn)場主機設備將該指令接收，經(jīng)過解碼器的處理，最終該控制指令將會被傳達給攝像頭或者是云臺，從而達到操作攝像頭范圍和云臺范圍的目的。而此時對控制信號進行傳輸主要是利用了TCP 技術。

4 結(jié)束語

數(shù)字監(jiān)控技術被運用到人防自動化系統(tǒng)當中，其能夠強化人防內(nèi)部專網(wǎng)建設，并且有效達成數(shù)據(jù)處理與存儲功能，輔助人防自動化系統(tǒng)的完善，實現(xiàn)該系統(tǒng)智能化程度提升。在數(shù)字監(jiān)控技術的作用下，人防自動化系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)控區(qū)域加強控制，收集并分析視頻信息，方便做好自動化指揮和決策。在數(shù)字監(jiān)控技術被運用到人防自動化系統(tǒng)中以后，該系統(tǒng)的應用范圍更加廣泛，其能夠作用于應急警員智慧或者是日常辦公處理等多種領域。