数字视频局域网监控系统的设计与实现(1).pdf

中国有线电视)2 0 0 8(0 4)C H I N AD I G I A LC A B L ET V摄编制播中图分类号：T N 9 4 8 4文献标识码：B文章编号：1 0 f t 一7 0 2 2(2 0 0 8)0 4-0 3 9 4 0 2数字视频局域网监控系统的设计与实现口杨建平(兰州工业高等专科学校，甘肃兰州7 3 0 0 5 0)摘要：随着监控技术的发展，传统的监控系统暴露出一些局限性，根据目前视频技术、计算机技术、通信技术的发展，提出一种简单而实用的数字视频网络监控系统的设计与实现方法。关键词：视频；监控；网络D e s i g na n dI m p l e m e n to fM o n i t o rS y s t e mf o rD i g i t a lV i d e oL A N口Y A N GJ i a n-p i n g(L a l l Z h O UP o l y t e c h n i c a lC o l l e g e，G a n s uL s l l g h o u7 3 0 0 5 0，C h i n a)A b s t r a c t：W i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o n i t o rt e c h n o l o g y，t r a d i t i o n a lm o n i t o rs y s t e m8 b o w si t sl i m i t a t i o n T h i sp a p e rp u t sf o r w a r das i m p l ea n dp r a c t i c a lm e t h o dt od e s i g na n di m p l e m e n tam o n i t o rs y s t e mf o rd i g i t a lv i d e on e t w o r kb a s e do nt h ed e v e l o p m e n to ft h en l o d e mv i d e ot e c h n o l o g y，c o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y K e yw o r d s：v i d e o；m o n i t o r；n e t w o r k1 概述近年来监控系统发展迅速，但随着技术的进步，传统的模拟闭路电视监控系统逐渐显现出不可避免的局限性，如传输距离短、无法远程监视、布线工程量大等，无法适应数字化的发展趋势，基于此设计了下面介绍的计算机数字监控系统，这种监控系统只包括视频而不含音频，它结合了传统的模拟图像监控系统与现代计算机信息技术，集中了数字图像处理及局域网传输视频技术，使局域网中的各个站点都能接收到实时图像，并能根据所授权限及优先级别进行控制，它既有模拟部分又有数字部分，因而实用性与可靠性良好。2 系统设计方案2 1 视频模拟处理部分视频模拟处理部分包括摄像机、镜头、云台、解码器、画面分割器、视频切换矩阵、键盘、监视器、长延时录像机等传统的闭路电视监控设备。视频镜头包括带云台控制的镜头和不带云台的固定镜头，镜头的伸缩、拉长和云台的移动由解码器控制。画面分割器主要起视频转换作用，它可以对多个摄像机送来的视频信号进行特定形式的组合，重新形成一路视频信号送出去，当然也可以回放录像机的视频信号。视频切换矩阵主要实现视频的分配与全矩阵切换，采用差分放大使得视频干扰降低到最小程度，此外它还通过键盘实现对云台和镜头的控制，也可以直接通过计算机串口进行控制，其控制速度可达到毫秒级。切换板提供1 6 5 视频切换矩阵和扩展的接口，通过切换板的简单并联就可以方便地扩展输入输出路数，且扩展后不影响开关的控制速度。切换矩阵的输入与摄像机的输出直接相连。切换板的输出与监视器直接相连，视频信号不经调制，直接进行切换，使得工程安作者简介：杨建平(1 9 6 5 一)，男，副教授，主要从事自动化技术与通信工程方面的教学与科研开发工作，E m a i l：y j p 3 7 2 1 1 6 3 o o m。3 9 4 万方数据装更加方便快捷，视频切换矩阵采用可以进行二次开发的矩阵。2 2 通信部分L模拟部分提供R S 一4 8 5 的通信接口，这是与解码器的连接口，具有通信速度高、抗干扰能力强的特点。通信板上设有硬件发送和接收缓冲区以保证通信线路数据的可靠性，不会因为拥挤而丢失数据。高速的通信、合理的缓冲区结构及高效率的编码方式使得单一一条总线上可以并人多个系统，而不致使通信线路过分拥挤。总线上只限于控制指令的传输，对线路的要求不高，因此采用这种简便易行的串行总线结构是最可行的方法。视频切换矩阵内带一个转换卡，它将R S一4 8 5 转换为R S 一2 3 2，从而为计算机通过切换矩阵控制解码器创造条件。2 3 视频数字处理部分2 3 1 运行平台(1)硬件主控计算机(兼服务器)为P 1G 以上C P U、5 1 2M 以上内存、6 4M 以上显存、8 0G 以上硬盘。(2)软件操作系统软件：主控计算机为W i n d o w s2 0 0 0S e r v 烈，接收工作站为W i n d o w s2 0 0 0P r o。数字视频软件：视频监控软件(包括图像切换、云台镜头控制)、视频服务和接收软件(包括视频控制和局域网传输)。2 3 2 视频采集压缩卡利用视频采集压缩卡完成视频的实时采集、A D 转换、压缩存储，然后由计算机直接处理，这样通过软件就可以实现视频的分屏显示、动态储存、实时捕捉、资料查询等功能。本系统数字化处理单元的视频压缩等交由视频采集压缩卡处理，即由硬件处理，我们采用适合网络传输且性能价格比较高的A V 一8M P E G 一1 实时采集压缩卡，它是基于功能强大的V i d e o F L O W 技术，以高性能的图像压缩处理器(I C C)和运动补偿处理器(M E C)作为核心部件，压缩处理高达每秒7 0 亿次操作，即使对快速运动的画面也能达到理想的效果，更重要的是这种卡提供了相应的A P I 函数，为二次开发提供了方便，数字视频局域网监控系统的结构如图1 所示。图1 中的l、2、3 为带云台的镜头，其他为固定镜头，在实际系统中可以自行增减个数，但要注意相应的画面分割器、交换矩阵和解码器的匹配。3 系统的实现系统中的摄像机和镜头、云台、防护罩、监视器等传统产品可以任选，但应选用性价比较高的产品。系统中的画面分割器选用高清晰度彩色1 6 画面分割器，自动图像切换，切换时间可选，具有图像冻结云台镜头q 解码器I 一控制信i网络n 丽r传_ 分控1 解码器峰输哑视与解码器蝉。耄矩-t 监视器l I频阵信1日控号1一制和主-t 监视器2 l控J削畲机制1器主控信雨J”o计算机号J 分控多西面v i d e o 流兼服务器计算机下s 2 3 2 信dI L|艮NR S-2 3 2 信号静端设备；录像。回翮录像机控制室局域网一网络传输信号一控制信号视频信号图l 数字视频局域网监控系统结构图功能。视频切换矩阵采用耶1 6 视频切换矩阵，它有1 6路输入5 路输出，具有中文字符、时钟叠加、系统开机时间查询、内置汉字库等强大功能，关键是它提供相关协议以供二次开发。系统软件部分主要是利用视频采集卡提供的A P I函数和视频交换矩阵提供的通信协议编制出服务软件和接收软件，其中视频信号是单向而控制信号是双向，即通过局域网可以发布控制命令。4 本系统的特点(1)系统不是纯粹采用数字视频，而是模拟与数字相结合，因而具有高稳定性和可靠性。(2)便于实现整个系统的模块化管理，将视频模块、云台镜头控制模块、局域网传输模块等通过计算机集中管理，大大减少了工作难度。(3)基于局域网的监控系统以计算机为控制中心，通过系统软件实现控制界面的可视化及控制环境的数字视频化，可以方便地实现灵活机动的智能化控制。5 结束语本系统适合在局域网(1 0 1 0 0M)上传输实时数字视频图像，是一种简单的多媒体监控系统(只包括视频部分)，随着各种通信技术的发展，网络监控技术的应用必然前景广阔。参考文献：1 杨磊闭路电视监控系统 M 北京：机械工业出版社。1 9 9 9 2 黎洪松数字视频技术及其应用 M 北京：清华大学出版社，1 9 9 7 收稿日期：2 0 0 8-0 1-2 4 3 9 5 万方数据数字视频局域网监控系统的设计与实现数字视频局域网监控系统的设计与实现作者：杨建平，YANG Jian-ping作者单位：兰州工业高等专科学校,甘肃,兰州,730050刊名：中国有线电视英文刊名：CHINA DIGITAL CABLE TV年，卷(期)：2008，(4)引用次数：0次 参考文献(2条)参考文献(2条)1.杨磊 闭路电视监控系统 19992.黎洪松 数字视频技术及其应用 1997 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 柳伟.代科学.卢鑫.郭森.Liu Wei.Dai Ke-xue.Lu Xin.Guo Sen 监控视频聚簇模式挖掘及其应用-数据采集与处理2008,23(4)在监控视频中,新输入的视频帧与可更新背景的差异可以实时反映监控场景中运动目标的大小和多少等信息.本文以此计算帧运动量,提出一种监控视频场景聚簇模式挖掘方法.先依据帧运动量的变化分割监控视频流,然后计算视频段的平均运动量,并对其进行K均值聚类分组,最后利用获得的聚簇知识,可以对监控视频实现多尺度摘要和相似视频检索.2.学位论文 陆云昆 基于内容的监控视频压缩研究与实现 2008 由于实际需求以及相关技术的发展，数字监控应用正在向各个行业渗透。随着监控点数量的增多，监控视频存储的时间越来越长，监控视频已经构成了极大的数据量。同时流媒体实时监控的需求也在不断增加，因此对监控视频的压缩研究显得格外重要。现今的数字监控压缩技术不区分监控场景中信息的重要性，对所有信息同等处理，造成存储空间和计算机资源的浪费。本文在应用传统视频压缩算法的同时结合监控视频的特点，利用轮廓检测以及运动检测等方法对监控视频进行内容分析。基于分析结果对监控视频进行分层次压缩，即区分监控场景中的有用信息与无用信息，对背景信息做高压缩比的有损压缩，对运动物体进行普通压缩比的有损压缩，而对人脸等重点监控区域进行无量化损失的低压缩比压缩，其压缩效果可以接近无损压缩，这样就可以保留重要信息。因此在降低监控视频码率的基础上还使一些关键区域清晰度比普通压缩视频更高。在算法研究的基础上，本文运用Microsoft DirectShow技术开发了较为完整的一套功能组件，其中包括中值滤波器组件，视频内容分析组件，视频编码器组件。这些组件都能被独立或者组合的运用到各类应用程序中，具有相当好的可扩展性以及学习性。接着又开发了监控视频压缩软件来调用这些组件进行基于内容的监控视频压缩。最后将压缩结果与普通的编码器进行比较，实验表明，基于内容的监控视频压缩方法大大降低了压缩后的监控视频码率，而且在含有人脸等重要信息的画面中，图像的要比普通编码器生成的图像更加清晰。3.期刊论文 陈惠东.杨树堂.陆松年.李建华.Chen Huidong.Yang Shutang.Lu Songnian.Li Jianhua 集成目标监控功能的视频内容过滤系统-计算机应用与软件2008,25(1)提出一种把远程目标监控功能集成到不良视频内容过滤的方法,并实现基于IP网络的多功能流媒体视频监控系统.该方案根据远程目标监控和不良视频内容监控之间存在较强的技术耦合,即两者共同包含的传输协议识别分析、视频文件组建、视频帧提取等关键技术,把两种功能集成到一起,实现一个统一的多功能监控平台,具有较高的实用价值.4.学位论文 赵薇 监控视频事件描述与识别技术研究 2006 视频监控在维护社会治安方面发挥着越来越重要的作用。我国正在逐步全面推行的“平安城市”建设中，布设大量视频监控点已成为必不可少的重要环节。随着视频监控点的逐渐增多，仅靠人眼观看监控视频，人工发现危害社会治安的事件，显然难以满足社会治安防控的需要。如何利用智能信息处理技术，自动识别出监控视频中发生的一些特定事件便成为国内外研究的热点问题。监控视频事件的描述与识别技术可以实现事件的自动识别，提高监控系统的智能处理能力，并最大限度地降低误报和漏报现象。本文研究监控视频事件描述与识别系统结构设计方法，以及监控视频事件的高层语义描述方法和监控视频事件识别技术。论文主要工作是：(1)设计了一种通用的可扩展的面向用户的监控视频事件描述与识别系统结构，由事件描述与事件识别两个子系统组成。(2)引入本体技术描述监控视频事件，实现了对监控视频事件结构的定义和监控视频事件概念的描述，并将复杂监控视频事件分解成其子事件的组合，构建了一种监控视频事件知识表示方法。(3)采用模糊Petri网对监控视频事件中的合成事件和原子事件分别进行建模，完成监控视频事件本体到监控视频事件模糊Petri网模型的转化，并提出了一种监控视频事件置信度设定方法，为事件识别子系统提供推理依据。(4)结合模糊Petri网模型的不确定推理算法，提出了一种监控视频事件识别方法，并计算监控视频事件的置信度，为定义视频事件告警级别提供可能。(5)结合以上方法，完成了对“公共场所盗包”事件的识别，并实现了多传感器的监控视频事件的协同检测，验证了监控视频事件描述与识别方法的有效性。5.会议论文 高美容.于明 一种监控视频分段的方法 2008 提出了一种针对监控视频序列的分段算法。算法计算输入视频帧与可更新背景帧的差异计算帧运动量,来实时更新背景,按当前帧与实时背景帧的差异进行聚类,然后按照每帧图像的类别对该视频序列进行分段,并提供了计算每帧图像时间的算法,从而可以确定各段视频的起止时间,该算法可以为后续的各种视频挖掘算法提供前期的视频数据处理,方便后续的视频数据分析。6.学位论文 秦莉娟 基于内容的自动视频监控研究 2006 越来越多的监控摄像头遍布在公共场所。这些摄像头产生的数量巨大的原始粗糙信息或者被储存或者用来接受专职人员的监控。人工处理这些视觉信息的工作是单调乏味的，同时，大部分时间的原始视频中并不包含我们所关注的目标事件。摄像头如何被用来有效的进行场景监测，并根据需要进行实时预警，这是视频监控领域的需求之一。另外，随着对视频内容理解技术的发展，允许监控人员可以同时地实时监控多个复杂场景。因此，监控系统中需要处理的视频数据量非常大，不仅需要对场景的实时处理，如何处理获取到的大量视频数据，也是一个困难的问题：需要生成一种自动处理工具，帮助操作人员通过对原始视频流的有效地检测标注和整理，形成基于内容的结构化视频序列，以满足工作中对监控视频数据的保存和查询需求。对视频监控场景的实时监控预警的需求和对监控视频流基于内容的结构化处理的需求，促使我们开展了基于内容的自动视频监控研究。本文通过对视频监控问题进行深入研究，提出了一个基于内容的自动视频监控研究框架。该框架有针对性的从目前视频监控存在的问题入手，在实现目标物的检测，跟踪的基础上，对监控场景的事件行为分析理解，并根据监控需要进行事件自动预警。另外，通过基于内容的视频镜头切分，将原始视频流整理为结构化的镜头序列，方便了进一步的数据信息查询。大量在该框架下进行的实验说明了该系统框架的鲁棒性，实用性和有效性。总体上说，本文贡献如下：我们提出基于码书模型的改进背景减除算法，用动态原始视频流作训练数据，鲁棒地处理了复合复杂监控场景的背景建模问题。我们提出基于内容的横向监控视频分层的概念。假设像素中存在协调一致的可统计计算的特征，通过足够的学习，产生一个包含可计算特征库的模型来系统的优化构建了视频层切分工具。我们基于隐马尔可夫模型对监控场景中的内容事件进行识别。通过最小化组成分布的熵，隐马尔可夫模型把观察到的活动组成成为高度可辨识的隐状态序列，从而，捕捉到训练集中的动态行为规律。我们提出基于内容的纵向监控视频切分概念。对视频监控系统采集到的原始视频流在内容理解的基础上进行镜头切分和标注，通过镜头的切分基于内容的结构化处理监控视频。在对视频监控问题进行综述介绍后，本文第二章描述基于码书的改进背景减除算法；第三章提出横向切分视频层的概念，基于分层建模对监控视频进行分层处理；第四章是基于隐马尔可夫模型的监控场景事件识别；第五章在监控视频镜头纵向切分概念的基础上，通过对监控视频流进行镜头的检测和切分，对原始视频流进行了基于自然特征和基于内容特征的结构化处理；第六章在搭建逻辑架构的基础上，用ROC曲线评估方法，对性能进行评估。最后，总结全文，并对将来的研究方向进行讨论。7.会议论文 李国辉.代科学 一种基于运动量的监控视频事件挖掘方法 2005 本文提出了一种针对监控视频数据的挖掘算法.算法根据输入视频帧与可更新背景帧的差异计算帧运动量,按照运动量特征分割视频段,提取视频段运动特征进行视频数据挖掘.通过对大楼走廊的监控视频进行运动量挖掘,能对可能的异常事件给予告警,发现一天各时段走廊的拥挤程度和模式.实验结果表明该挖掘算法对于室内走廊监控视频是有效的,可在一定程度上提高监控视频的智能应用.8.学位论文 马立强 视频联网监控平台调度与管理机制研究 2008 随着国民经济的篷勃发展，公路担负着国民经济大动脉的重任，而高速公路以“高速”的突出优势成为公路运输的主要交通设施。作为高速公路使用者和管理者，对高速公路的基本要求就是安全、通畅、舒适。采用视频监控对高速公路运行状态及其交通设施和交通环境的监视与控制，是实现高速公路运行管理，保障行车安全和道路通畅的重要手段。本文以江苏省高速公路系统的实际需求为背景，依托在交通系统专网上的应用，基于视频联网监控平台(Video Networked MonitoringPlatform，简称VNMP)之上，并结合几种常见监控系统模式的优缺点及平台建设的需求特点，研究并提出了平台上的调度与管理机制。项目以“监控管理域”的划分与赋权为基本管理思想，实现了视频资源的共享及有效利用。在拓扑结构设计中，VNMP采用分布式C/S(客户端/服务器)构架；在系统组织中，按照功能将VNMP划分成授权服务器，流媒体服务器和调用服务器三部分，分别负责系统的维护、视频媒体流的获取和转发以及视频图像在客户机上的软件解码播放；在工作模式上，各个VNMP之间可以进行多级视频转发，对不同辖区内的视频资源进行共享。论文主要研究分析了平台的管理模式及视频资源的调度过程。其中主要包括：平台的总体架构、监控域及管理层次的划分、平台工作模式、数据的管理与维护、视频资源调度算法及命令协议的设计等。同时，针对系统中涉及的数字视频，视频压缩编码，硬件解码和软件解码，流媒体，网络通信等方面的技术进行了理论分析和应用设计。经过实验室环境及现场实地环境的多次测试与调试，本研究完成了系统的开发及调度与管理策略的实施，并根据VNMP在两种环境中的运行状况，给出了测试结果和性能评价。最终本系统在江苏省高速公路网的实际工程环境中投入实用。9.期刊论文 代科学.李国辉.武德峰.DAI Ke-xue.LI Guo-hui.WU De-feng 聚类挖掘在监控视频中的应用-测控技术2006,25(10)提出了一种针对监控视频数据的挖掘算法.算法根据输入视频帧与可更新背景帧的差异计算帧运动量,按运动量所属类型分割视频段,然后根据视频段的平均运动量采用K均值算法进行聚类分组.通过对大楼走廊的监控视频进行运动量挖掘,能对可能的异常事件给予告警,发现一天中各时段走廊的拥挤程度和模式.实验结果表明该挖掘算法对于室内走廊监控视频是有效的和鲁棒的,可以在一定程度上提高监控视频的智能应用.10.期刊论文 孙秀芳.刘泽.王雯.SUN Xiu Fang.LIU Ze.WANG Wen 应用于工业监控的视频增强处理算法的FPGA实现-电子技术应用2008,34(9)应用VerilogHDL在FPGA中实现了视频增强算法,设计了视频增强算法所需的辅助功能,包括视频编解码控制、SRAM访问仲裁控制及色度空间变换控制,用Matlab进行了视频增强的仿真,优化了视频增强算法的参数.本文链接：http:/