基于智能分析技術(shù)的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

何珊珊

關(guān)鍵詞：智能分析技術(shù)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況不斷改變，在對(duì)高質(zhì)量生活進(jìn)行追求的過(guò)程中，人們對(duì)安全防護(hù)的要求也在不斷提升。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，為引進(jìn)和推廣高清的視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了有利條件。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有視頻系統(tǒng)的使用情況進(jìn)行分析表明，服務(wù)和被動(dòng)監(jiān)視的成本很高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用非常有限。因此，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行智能化分析的階段，完善智能控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法可以有效提升視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化，以此創(chuàng)建清晰的圖像，為現(xiàn)代化的智能視頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供更加有利的條件[1]。

2高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)述

2.1概念

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)與SD視頻監(jiān)控系統(tǒng)的輸出類(lèi)似，可分為前置控制、處理中心和后置控制三個(gè)部分。前置顯示器是指攝像機(jī)、控制器和轉(zhuǎn)換器，其負(fù)責(zé)記錄、編碼和預(yù)處理受監(jiān)測(cè)圖像中的信息。處理中心包括存儲(chǔ)器和交換矩陣，視頻服務(wù)器的某些部分是處理中心控制的一部分，處理中心負(fù)責(zé)記錄、排序、二次代碼、備份等視頻數(shù)據(jù)傳輸操作，也是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中比較核心的環(huán)節(jié)。

2.2高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要性

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有精度高、傳輸速度快的優(yōu)點(diǎn)。另外，與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)不同，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，可以在許多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有極高的分辨率、數(shù)據(jù)處理速度非常快、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍非常廣。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用，可以有效提升生產(chǎn)效率;在交通領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用，能夠讓交通規(guī)劃更加靈活[2]。

2.3高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在交通規(guī)劃、工業(yè)生產(chǎn)、公安控制等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)有助于企業(yè)管理者更好地對(duì)車(chē)間的生產(chǎn)情況進(jìn)行了解，確保企業(yè)安全生產(chǎn)。同時(shí)，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)與復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)化能夠進(jìn)行有效連接，能夠極大提升工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，為高效、安全的生產(chǎn)提供有利條件。利用高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能夠極大提升視頻數(shù)據(jù)采集效率，確保監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的高清晰度以及高質(zhì)量，同時(shí)把監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳動(dòng)到監(jiān)控中心。

2.4高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

第一，獲得高清視頻信息。使用高清攝像機(jī)拍攝的照片具有非常高的分辨率。在同樣的條件下，能夠提供更加清晰的圖像，并對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行快速捕捉，從而呈現(xiàn)清晰可識(shí)別的目標(biāo);第二，視頻覆蓋范圍廣。在同一監(jiān)控位置點(diǎn)，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可在廣角、機(jī)場(chǎng)、交通管制點(diǎn)等大型密集監(jiān)控場(chǎng)所替代原有的4臺(tái)或更多SD攝像機(jī);第三，高清視頻也為進(jìn)行智能監(jiān)控提供了有利的條件。高清視頻能夠提供更加清晰的內(nèi)容，確保圖像的質(zhì)量，為智能化監(jiān)控的運(yùn)用提供更加有利的條件。

3基于智能分析技術(shù)的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)分析

3.1Android平臺(tái)設(shè)計(jì)

在分析智能系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，Android平臺(tái)是現(xiàn)階段比較常用的移動(dòng)操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是由應(yīng)用層、框架層以及中間層所組成，能夠更好地滿(mǎn)足智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行要求?？傮w而言，Android平臺(tái)開(kāi)發(fā)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：一是應(yīng)用層主要為用戶(hù)服務(wù)，便于開(kāi)發(fā)相關(guān)程序的數(shù)據(jù)資源，進(jìn)而為開(kāi)發(fā)人員分析高水平智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)服務(wù)并收集信息;二是中間層工程，其主要包含兩部分。程序庫(kù)主要運(yùn)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層為開(kāi)發(fā)人員提供相應(yīng)的服務(wù)。系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行語(yǔ)言編程的過(guò)程中，主要是運(yùn)用Java編程為語(yǔ)言提供相應(yīng)的支持。通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)，能夠極大地提升Android平臺(tái)的工作效率。

3.2H.264編解碼技術(shù)

H.264解碼技術(shù)提供了比同一計(jì)算機(jī)環(huán)境中類(lèi)似的視頻壓縮方法更清晰的視頻圖像。因此，采用H.264解碼技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，具有高度的網(wǎng)絡(luò)兼容性。H.264解碼技術(shù)對(duì)視頻文件而言具有很高的壓縮比，可以在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行傳輸;其次，H.264解碼技術(shù)對(duì)失敗有很大的容忍度。在一些網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境中，當(dāng)視頻包丟失時(shí)，可以建立缺陷修復(fù)機(jī)制，保證傳輸視頻的質(zhì)量;最后，數(shù)據(jù)壓縮率較高。研究發(fā)現(xiàn)，采用H.264編碼技術(shù)對(duì)視頻進(jìn)行壓縮，可選用多種MPEG壓縮方法，從而有效節(jié)省了存儲(chǔ)空間，實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化建設(shè)。

3.3流媒體傳輸技術(shù)

在智能化視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，通過(guò)構(gòu)建媒體傳輸協(xié)議，能夠有效提升控制系統(tǒng)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)智能控制創(chuàng)新。從廣義上講，媒體傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)姆绞街饕琑TP以及RTCP。首先，RTP屬于高速多媒體數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，其主要運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)而完成，通過(guò)相應(yīng)的協(xié)議，視頻包傳輸?shù)囊恢滦院涂煽啃詿o(wú)法保證，導(dǎo)致部分視頻傳輸受阻，這是一個(gè)智能視頻監(jiān)控項(xiàng)目;其次，RTCP主要進(jìn)行流量、負(fù)載以及傳輸質(zhì)量的有效控制，通過(guò)這些控制系統(tǒng)的配置，能夠更好地對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理，推動(dòng)監(jiān)控行業(yè)的健康發(fā)展。

4基于智能分析技術(shù)的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1監(jiān)控系統(tǒng)視頻控制

運(yùn)用分析客戶(hù)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行客戶(hù)開(kāi)發(fā)工作。在平臺(tái)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)能夠在用戶(hù)與中心服務(wù)之間搭建更加通暢的通信平臺(tái)，從而讓用戶(hù)與中心服務(wù)進(jìn)行有效交互。

集成并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析，可以更好地提升視頻信息的處理速度[3]。在對(duì)客戶(hù)進(jìn)行分析時(shí)，可以運(yùn)用DirectShow技術(shù)格式和RTP系統(tǒng)對(duì)視頻信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。在該視頻處理方法中，需要使用反向回放以及包解碼的方式。而在啟動(dòng)客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器時(shí)，需要運(yùn)用服務(wù)器管理命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而有效實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警，進(jìn)而對(duì)智能信息進(jìn)行分析。

一般來(lái)說(shuō)，在對(duì)客戶(hù)端模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，智能信息處理方法主要包含以下幾點(diǎn)：一是對(duì)客戶(hù)端模塊的配置系統(tǒng)進(jìn)行分析。在進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)時(shí)，任何模塊出現(xiàn)故障都會(huì)極大地降低控制系統(tǒng)的智能水平。例如，在對(duì)照相機(jī)進(jìn)行安裝的過(guò)程中，如未進(jìn)行有效分析，那么掃描設(shè)備很難對(duì)圖像序列中的圖像信息進(jìn)行分析;二是在設(shè)計(jì)分析模塊時(shí)，數(shù)據(jù)信息必須按照目標(biāo)設(shè)定、報(bào)警設(shè)定等方式傳遞給分析設(shè)備，通過(guò)對(duì)目標(biāo)行為參數(shù)的分析和數(shù)據(jù)庫(kù)處理，從而逐步形成配置參數(shù)。該文件支持在智能監(jiān)控系統(tǒng)中執(zhí)行任務(wù)。例如，當(dāng)智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先基于視頻文件收集當(dāng)前圖像，再根據(jù)檢測(cè)算法和報(bào)警識(shí)別程序傳輸?shù)较嚓P(guān)系統(tǒng)。基本上，在設(shè)計(jì)相機(jī)時(shí)要呈現(xiàn)多個(gè)分析電路，通過(guò)情景分析和修改監(jiān)控目標(biāo)改變內(nèi)容，做出理性選擇;三是為使模塊播放器實(shí)時(shí)播放與工作同時(shí)進(jìn)行，除了需要分析視頻內(nèi)容并設(shè)置過(guò)濾時(shí)間表，還需要通過(guò)系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)視頻傳播，以有效控制視頻播放。

4.2中央服務(wù)器

中央服務(wù)器是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的橋梁，其主要負(fù)責(zé)客戶(hù)之間的信息交換工作。通過(guò)對(duì)這些模塊進(jìn)行相應(yīng)的配置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)模塊的視頻采集分析、多攝像機(jī)處理和對(duì)其他分析模塊相關(guān)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)義。通過(guò)對(duì)高清監(jiān)控系統(tǒng)的有效運(yùn)用，能夠提升中央服務(wù)器的價(jià)值，更好地對(duì)來(lái)自分析設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和處理，突出智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的價(jià)值，從而形成RTP格式視頻流。同時(shí)，通過(guò)視頻緩存的方式，在服務(wù)器中可以對(duì)視頻監(jiān)控進(jìn)行有效保存。

4.3分析設(shè)備

分析設(shè)備是智能監(jiān)控系統(tǒng)較為關(guān)鍵的組成部分，其與視頻采集質(zhì)量的聯(lián)系非常緊密。視頻分析主要包含以下幾點(diǎn)：一是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。在這一過(guò)程中，主要對(duì)目標(biāo)在不同位置以及紋理中的運(yùn)動(dòng)輪廓和特征進(jìn)行跟蹤，并建立運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與跟蹤技術(shù)，通常采用模型跟蹤方法以及三維跟蹤方法;二是客觀(guān)檢驗(yàn)。在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別的過(guò)程中，主要運(yùn)用攝像機(jī)對(duì)所需圖像進(jìn)行獲取，并通過(guò)目標(biāo)識(shí)別獲取額外圖像。但在具體研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在目標(biāo)確定的過(guò)程中，目標(biāo)劃分影響目標(biāo)分類(lèi)和結(jié)果控制。由于智能控制系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像具有動(dòng)態(tài)特性，在實(shí)踐中，受到時(shí)間和溫度的影響，智能檢測(cè)系統(tǒng)很難確定目標(biāo);三是目標(biāo)是保密的。在目標(biāo)分類(lèi)系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)捕獲運(yùn)行中的主要目標(biāo)[4]，然后計(jì)算目標(biāo)邊界、運(yùn)動(dòng)和形狀的特點(diǎn)，據(jù)此能很快區(qū)分人、車(chē)和摩托車(chē)等，并確定真正的目標(biāo);四是行為分析。在分析動(dòng)作時(shí)，首先需要收集圖像序列，然后分析并確定與目標(biāo)和狀態(tài)相關(guān)的具體信息，再分析和處理相關(guān)配置文件，最后形成報(bào)警參數(shù)信息。而在信息處理的過(guò)程中，需要通過(guò)定義默認(rèn)動(dòng)作對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)作進(jìn)行分類(lèi)，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行姆?wù)器，最后傳輸?shù)接脩?hù)終端顯示智能控制系統(tǒng)中，以此保證圖像檢測(cè)效果。此外，無(wú)人背景圖像和背景分割技術(shù)在特定走廊視頻監(jiān)控中的應(yīng)用，需要結(jié)合實(shí)際情況分析系統(tǒng)的信息資源，以實(shí)現(xiàn)智能圖像的有效監(jiān)控。

5基于智能分析技術(shù)的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

5.1存儲(chǔ)容量大，傳輸速率高

應(yīng)用以智能分析為基礎(chǔ)的先進(jìn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以為人們的日常生活帶來(lái)極大便利。不過(guò)，該系統(tǒng)記錄的視頻格式普遍較高———720p和1080p主要用于流編碼，但這兩種視頻文件的位格式是360pvideoSD的10～30倍，這給存儲(chǔ)環(huán)境帶來(lái)很大壓力。此外，高清視頻信號(hào)流非常大———720p視頻傳輸碼為1.2～1.6mbit/s，1080p視頻傳輸碼為4.1～6.3mbit/s，這對(duì)傳輸和視頻媒體有更高的要求。此外，一個(gè)完整的高質(zhì)量視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常需要同時(shí)錄制和傳輸30～80個(gè)視頻通道，如果現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)顯示系統(tǒng)仍然使用舊硬盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，則非常不利，因?yàn)樾枰s短視頻文件的存儲(chǔ)周期。

5.2應(yīng)用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅具有良好的數(shù)據(jù)采集和記錄能力，還具有數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)共享能力。數(shù)據(jù)分析與共享受監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的影響較大，運(yùn)用多播視頻網(wǎng)絡(luò)能夠在同一處理器中心中，同時(shí)對(duì)不同區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的采集工作，并通過(guò)統(tǒng)一的視頻監(jiān)控運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行相應(yīng)的處理。同時(shí)，數(shù)據(jù)處理效率的提升改變了“完全處理”的數(shù)據(jù)處理方式。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不僅能夠提升視頻數(shù)據(jù)的處理效率，還提升了響應(yīng)效率，減少了控制系統(tǒng)的響應(yīng)周期。此外，基于智能分析技術(shù)的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模式可以讓不同指揮中心的調(diào)度員同時(shí)了解突發(fā)事件，提高了處理突發(fā)事件的效率。

5.3應(yīng)用領(lǐng)域正在擴(kuò)大

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效解決SD視頻監(jiān)控系統(tǒng)分辨率低、數(shù)據(jù)級(jí)別低等問(wèn)題[5]，擁有良好的擴(kuò)展空間，可以滿(mǎn)足人們的實(shí)際需求?，F(xiàn)階段，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在公安、道路建設(shè)以及航空航天等領(lǐng)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用。比如，在公安系統(tǒng)中，高科技視頻網(wǎng)絡(luò)能夠幫助公安系統(tǒng)進(jìn)行全天候、全方位監(jiān)控，解決“高回報(bào)、低利用”的視頻監(jiān)控問(wèn)題。此外，通過(guò)對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)功能的有效運(yùn)用，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，并在公安機(jī)關(guān)內(nèi)部進(jìn)行共享，以協(xié)助其他部門(mén)盡快發(fā)現(xiàn)突發(fā)事件，有效提升控制效率。

6結(jié)語(yǔ)

以智能分析技術(shù)為基礎(chǔ)的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)（OSD監(jiān)控系統(tǒng)）與SD控制系統(tǒng)不同，其不僅分辨率高，而且擴(kuò)展程度非常高，人們可以用其滿(mǎn)足實(shí)際需求。但高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)材料的要求較高，因此高存儲(chǔ)容量以及高傳輸速度也是未來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的主流?；谥悄芊治黾夹g(shù)的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效地提升視頻監(jiān)控系統(tǒng)的使用效率，人們通過(guò)使用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)功能從同一處理器中心的不同信道對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，能夠有效提升數(shù)據(jù)處理的整體效率。