基于3G的手機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究.pdf

1、視頻監(jiān)控是通過視頻對(duì)某一場(chǎng)所進(jìn)行監(jiān)控,它是公共安全防范系統(tǒng)的重要組成部分,是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控以其直觀、準(zhǔn)確、及時(shí)和信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)合。視頻監(jiān)控在日常生活中的各個(gè)領(lǐng)域提供了一個(gè)基于物理和邏輯安全的基礎(chǔ),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,視頻監(jiān)控越來越依賴于信息與通信新技術(shù)。在二十世紀(jì)七十年代,視頻監(jiān)控開始于英格蘭,目的是防止恐怖分子襲擊。此舉取得了巨大的成功,并逐漸開始發(fā)展。安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)的動(dòng)機(jī)是多種多樣的,然而,最

2、主要的目的是保證公共或私人的安全以及保護(hù)個(gè)人財(cái)產(chǎn)和不動(dòng)產(chǎn)。
　　 經(jīng)過多年的發(fā)展,視頻監(jiān)控技術(shù)已由早期模擬設(shè)備為主的第一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展到目前的數(shù)字智能視頻監(jiān)控。隨著3G技術(shù)難點(diǎn)的突破以及3G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,無線視頻監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)成為了可能。
　　 視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像、傳輸、控制、顯示、注冊(cè)登記五大部分組成。首先由攝像機(jī)通過同軸視頻電纜或網(wǎng)線將視頻圖像傳輸?shù)娇刂浦鳈C(jī),控制主機(jī)再將視頻信號(hào)分配到各監(jiān)視器及錄像設(shè)備,同時(shí)可將需要傳

3、輸?shù)恼Z音信號(hào)同步存儲(chǔ)。通過控制主機(jī),操作人員可發(fā)出指令,對(duì)云臺(tái)的上、下、左、右的動(dòng)作進(jìn)行控制及對(duì)鏡頭進(jìn)行調(diào)焦變倍的操作,并可通過控制主機(jī)實(shí)現(xiàn)在多路攝像機(jī)及云臺(tái)之間的切換。利用特殊的錄像處理模式,可對(duì)圖像進(jìn)行錄入、回放、處理等操作,使錄像效果達(dá)到最佳。
　　 3G是一項(xiàng)結(jié)合無線通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)等多媒體技術(shù)的新技術(shù),它在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上有很大的提升,并能夠在全球范圍內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)無線漫游,而且能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體

4、形式,提供包括網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。
　　 為了確保用戶可以從任何地方訪問并監(jiān)測(cè)系統(tǒng),本文提出了基于3G的視頻監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)使用3G手機(jī)、相機(jī)、攝像頭、互聯(lián)網(wǎng)(ADSL)或3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行本地或異地視頻監(jiān)控以及入侵者報(bào)警。本研究的目的是基于以下三個(gè)問題:(1)如何使用戶系統(tǒng)在任何地方獲得實(shí)時(shí)的訪問?(2)用戶如何獲得圖像序列并通過什么樣的資源傳送?(3)如何在系統(tǒng)中執(zhí)行入侵過程的檢測(cè)?為了回答這些研究問題,本

5、文首先對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行綜述,進(jìn)而設(shè)計(jì)了基于3G的視頻監(jiān)控系統(tǒng),并給出了入侵檢測(cè)算法,最后實(shí)現(xiàn)了基于3G的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要工作如下:
　　 1)對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行綜述
　　 視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端音視頻數(shù)據(jù)采集設(shè)備、傳送介質(zhì)、終端監(jiān)看/監(jiān)聽設(shè)備和控制設(shè)備等四部分組成。視頻監(jiān)控運(yùn)用傳感技術(shù)、監(jiān)控?cái)z像技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等組成一個(gè)多功能智能化處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過了模擬監(jiān)控系統(tǒng)、硬盤錄像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)、智能監(jiān)

6、控系統(tǒng)四代的發(fā)展歷程,分別說明:
　　 (1)模擬監(jiān)控系統(tǒng):全系統(tǒng)采用模擬信號(hào),各個(gè)系統(tǒng)之間獨(dú)立;存儲(chǔ)介質(zhì)為錄像磁帶,使用和保存成本高,特別不適宜全時(shí)段錄像:從錄像存儲(chǔ)的磁帶中檢索歷史圖像資料難度大、成本高;圖像清晰度受限制;功能單一。
　　 (2)硬盤錄像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng):應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),降低了存儲(chǔ)和歷史圖像檢索的成本,但仍未解決連點(diǎn)成片的網(wǎng)絡(luò)問題,管理性和資源共享性差。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng):采用IP化全數(shù)字新技術(shù)構(gòu)網(wǎng),系統(tǒng)克服了前

7、兩代的缺點(diǎn),顯現(xiàn)出如下的優(yōu)勢(shì):組網(wǎng)和應(yīng)用不受地域限制、管理性強(qiáng)、圖像清晰度高、存儲(chǔ)成本降低、可實(shí)現(xiàn)的功能強(qiáng)、平臺(tái)開放等。
　　 (3)智能視頻監(jiān)控:智能視頻監(jiān)控是利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理、分析和理解,在不需要人為干預(yù)的情況下,通過對(duì)序列圖像自動(dòng)分析對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景中的變化進(jìn)行定位、識(shí)別和跟蹤,并在此基礎(chǔ)上分析和判斷目標(biāo)的行為,能在異常情況發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)或提供有用信息,有效地協(xié)助安全人員處理危機(jī),并最大限度地降低誤報(bào)和漏

8、報(bào)現(xiàn)象。其中,運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)是指在序列圖像中檢測(cè)出變化區(qū)域并將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)從背景圖像中提取出來。目標(biāo)分類、跟蹤和行為理解等后處理過程僅僅考慮圖像中對(duì)應(yīng)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的像素區(qū)域。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的正確檢測(cè)與分割對(duì)于后期處理非常重要。場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)變化,如天氣、光照、陰影和雜亂背景的干擾,使得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和分割變得相當(dāng)困難。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)常用的方法有以下三種:①光流法:主要任務(wù)是計(jì)算光流場(chǎng),即在適當(dāng)?shù)钠交约s束條件下,根據(jù)圖像序列

9、的時(shí)空梯度估算運(yùn)動(dòng)場(chǎng),通過分析運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的變化對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和場(chǎng)景進(jìn)行檢測(cè)與分割。②幀差法:基本原理是在圖像序列相鄰的兩幀或者三幀采用基于像素的時(shí)間差分通過閾值化來提取圖像中的運(yùn)動(dòng)區(qū)域。③特征點(diǎn)檢測(cè)法:其基本思想是計(jì)算兩幅圖像的特征點(diǎn),將兩幅圖像的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配,如果匹配不上,說明相對(duì)位置發(fā)生變化,因而可以提取運(yùn)動(dòng)區(qū)域。
　　 總的來說,隨著通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展潮流,視頻監(jiān)控系統(tǒng)正朝著寬帶化、IP化、移動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。

10、
　　 2)設(shè)計(jì)了基于3G的視頻監(jiān)控系統(tǒng)
　　 本文設(shè)計(jì)的基于3G的移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能、模塊以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)流圖描述分別如下:
　　 (1)系統(tǒng)的主要功能包括:
　　 ①系統(tǒng)應(yīng)該能夠輕松而有效地與所有外設(shè)進(jìn)行能夠自動(dòng)進(jìn)行通訊。
　　 ②實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)的流暢顯示,用戶的請(qǐng)求通過其3G手機(jī)接入系統(tǒng)后,用戶必須能夠?qū)崟r(shí)查看視頻序列。
　　 ③能夠?qū)o止監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行入侵者檢測(cè),并自動(dòng)報(bào)警。
　　

11、 (2)為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的功能,系統(tǒng)由五個(gè)模塊組成,各模塊功能分別為:
　　 ①管理模塊
　　 管理模塊的功能是對(duì)于入侵檢測(cè)的提醒功能設(shè)置參數(shù),并設(shè)置圖像的大小和格式以適應(yīng)圖像的傳輸。
　　 ②輸入和輸出模塊
　　 輸入和輸出模塊功能是視頻采集、視頻編碼、調(diào)用入侵檢測(cè)模塊進(jìn)行入侵檢
　　 測(cè)以及調(diào)用通訊模塊進(jìn)行視頻傳輸。該模塊由音視頻采集設(shè)備(攝像機(jī)或網(wǎng)絡(luò)攝像頭、拾音器)、云臺(tái)、視頻編碼卡以及相關(guān)軟

12、件組成。
　　 ③編碼和壓縮模塊
　　 編碼和壓縮模塊功能是,將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流進(jìn)行壓縮,以便于數(shù)據(jù)傳輸。
　　 ④通訊模塊
　　 通訊模塊的功能由以下三部分組成:用戶在有監(jiān)控申請(qǐng)時(shí),通過3G網(wǎng)絡(luò)傳送給視頻采集端;采集端將得到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行壓縮,傳輸給用戶;當(dāng)出現(xiàn)入侵檢測(cè)時(shí),采集端將報(bào)警信號(hào)傳輸給用戶。
　　 ⑤數(shù)據(jù)庫(kù)模塊
　　 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊的功能是將檢測(cè)到的入侵信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ),方便用戶調(diào)用。

13、r>　　 ⑥入侵檢測(cè)模塊
　　 入侵檢測(cè)模塊的功能是確定檢測(cè)區(qū)域中要檢測(cè)的區(qū)域或運(yùn)動(dòng)物體,并將分析得到的運(yùn)動(dòng)軌跡傳輸給通訊模塊。
　　 (3)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程
　　 基于3G的視頻監(jiān)控首先要將監(jiān)控系統(tǒng)和用戶使用的移動(dòng)手機(jī)連接到3G網(wǎng)絡(luò),并通過管理模塊設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)。當(dāng)用戶端發(fā)送監(jiān)控申請(qǐng)時(shí),通訊模塊通過3G網(wǎng)絡(luò)將信息傳送給視頻采集端,視頻采集端利用輸入和輸出模塊的網(wǎng)絡(luò)攝像頭,采集視頻信息,由通訊模塊傳輸給用戶;當(dāng)目標(biāo)

14、入侵時(shí),入侵檢測(cè)模塊將報(bào)警信息傳送給通訊模塊,通訊模塊通過3G網(wǎng)絡(luò)將信息傳送給視頻采集端。
　　 3)給出了入侵檢測(cè)算法
　　 視頻圖像的入侵物體檢測(cè)算法分五個(gè)步驟來進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)。第一步是背景初始化以及前景檢測(cè)。本文采用了自適應(yīng)在線高斯混合模型來建立背景模板。通過使用背景模板和當(dāng)前視頻圖像來檢測(cè)前景像素。該檢測(cè)過程依賴于使用的背景模板,且能更新背景模版,以適應(yīng)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景變化。第二步,由于照相機(jī)噪聲和環(huán)境影響使得檢測(cè)到的前景

15、圖像含有噪聲。本文采用膨脹、腐蝕等圖像后處理操作來消除噪聲,得到過濾后的前景圖像。第三步,通過連通區(qū)域標(biāo)記法找到各候選目標(biāo)區(qū)域,計(jì)算邊界矩形。第四步,通過相關(guān)規(guī)則,去掉殘留的小區(qū)域。最后,提取出目標(biāo)的質(zhì)心等特征。各步驟詳細(xì)描述如下:
　　 (1)背景初始化以及前景檢測(cè)
　　 本文使用背景模版和圖像后處理技術(shù)相結(jié)合的方法建立前景圖像且提取每幀圖像的物體特征。背景模板通常包含兩個(gè)階段:初始化和更新。本文主要使用自適應(yīng)在線高斯

16、混合模型來進(jìn)行前景檢測(cè),基本算法如下:
　　 每一個(gè)像素在RGB色彩空間由它的強(qiáng)度表征,當(dāng)前觀測(cè)到的可能的像素值,由下式表示:P(Xt)=K∑i=1-ωi,iη(Xt,μi,t,∑I,t(1)
　　 其中,K表示高斯模型的個(gè)數(shù),ω和時(shí)間t時(shí)第I個(gè)高斯模型有關(guān)的加權(quán),μi,t表示均值,∑i,t表示方差,η表示高斯概率密度函數(shù)。
　　 所以,每一個(gè)像素值由K個(gè)混合高斯模型進(jìn)行表征,一旦背景模型固定了,混合模型的不同參

17、數(shù)也要初始化。
　　 K決定了背景的多峰性,一般K為3到5的數(shù)字,均值和方差的初始化利用EM算法求得。
　　 一旦初始參數(shù)設(shè)置完成,第一幅圖像的背景構(gòu)建就可以完成,然后更新參數(shù),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)γj=ωj/δj,排列K個(gè)高斯模型的順序,當(dāng)方差較小時(shí),加權(quán)值要大,因?yàn)楸尘皥D像比運(yùn)動(dòng)物體存在的更久,而且它的像素值幾乎不變。
　　 3G時(shí)代的到來開啟了視頻監(jiān)控的新時(shí)代,隨著3G網(wǎng)絡(luò)的不斷建設(shè)和完善,網(wǎng)絡(luò)帶寬和無線傳輸質(zhì)量得到提

18、高,從而使得視頻監(jiān)控達(dá)到更好的效果,更大的滿足用戶需求、提升用戶感受。
　　 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于3G的視頻監(jiān)控系統(tǒng),通過利用自適應(yīng)在線高斯混合模型,給出了入侵檢測(cè)算法,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法以及系統(tǒng)的可行性。然而由于物力和財(cái)力的限制,本文設(shè)計(jì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于單個(gè)圖像采集源,不能同時(shí)觀看多個(gè)采集源的視頻信息,因而監(jiān)控區(qū)域有限,不能實(shí)現(xiàn)無死角監(jiān)控。因此我們未來的研究是基于開發(fā)一個(gè)移動(dòng)視頻監(jiān)控應(yīng)用程序,它可以處理多個(gè)圖像采集源,該