張悅

摘要：在城市的建設(shè)中，綜合安防系統(tǒng)的建設(shè)中要具備前瞻性，要能夠做好提前規(guī)劃，做好城市建設(shè)過程中的綜合監(jiān)控安全管理，系統(tǒng)對城市建設(shè)規(guī)劃過程中的每一個細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的考慮，對系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行整體性的分析，深度集成安防系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，保證建設(shè)的安防系統(tǒng)能夠發(fā)揮最佳的作用，來提高城市建設(shè)過程中的安全保衛(wèi)工作。通過對視頻安防系統(tǒng)的分析，提出了一種智能視頻分析技術(shù)的解決方案。

關(guān)鍵詞：視頻分析技術(shù)；智能分析；安防系統(tǒng)在信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)不斷的發(fā)展情況下，平安城市和數(shù)字化城市的建設(shè)不斷的加快，數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)得到了不斷的快速的發(fā)展，如何有效的建設(shè)基于視頻分析技術(shù)的城市安防保衛(wèi)系統(tǒng)，成為城市建設(shè)過程中，重點(diǎn)考慮的問題之一。通過對現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行分析，提供一種新的視頻監(jiān)控分析來滿足城市建設(shè)的需要。

1視頻分析技術(shù)

目前，一般的視頻分析技術(shù)采用的是前端分析技術(shù)，主要是通過模擬攝像機(jī)對圖像進(jìn)行采集和分析，將視頻流進(jìn)行回傳處理，并發(fā)送到服務(wù)器短，利用模擬信息轉(zhuǎn)換裝置，將采集到的視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在經(jīng)過壓縮處理之后，保存到系統(tǒng)的磁盤陣列中，保證在需要時進(jìn)行查看。對現(xiàn)有的視頻分析技術(shù)中主要采用的關(guān)鍵技術(shù)有：視頻移動探測技術(shù)、壓縮編碼技術(shù)、視頻傳輸協(xié)議、視頻轉(zhuǎn)換技術(shù)、背景差法運(yùn)動目標(biāo)檢測等技術(shù)。一般的視頻檢測系統(tǒng)如下圖1所示：

采用這種系統(tǒng)進(jìn)行安防管理的過程中，主要存在如下確定：

⑴網(wǎng)上信號的數(shù)據(jù)量比較大，攝像頭采用的圖像數(shù)據(jù)直接回傳到系統(tǒng)的服務(wù)器上，由服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣就會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的傳輸數(shù)據(jù)壓力比較大。

⑵視頻圖像在傳輸?shù)倪^程中，需要經(jīng)過模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變，在數(shù)據(jù)處理的過程中，容易丟失數(shù)據(jù)，這樣就會造成圖像的失真，導(dǎo)致圖像不夠清晰，而且采用VMD技術(shù)對相鄰的幀圖像進(jìn)行處理，具有一定的局限性，它不適合在多種環(huán)境中進(jìn)行處理圖像，容易產(chǎn)生誤報(bào)的情況，對于一些動態(tài)的圖像的處理比較敏感，容易產(chǎn)生誤報(bào)的現(xiàn)象，因此它不適合外部的環(huán)境監(jiān)控。

⑶采用MPEG-4編碼技術(shù)還具有一定的局限性，采用的有損壓縮的方式，在數(shù)據(jù)圖像壓縮的過程中，容易使得圖像變形。

⑷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不能夠進(jìn)行及時處理預(yù)警信息，系統(tǒng)的報(bào)警處理方式不夠及時，只有在用戶調(diào)看相關(guān)的數(shù)據(jù)圖像時，才能夠發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的畫面，缺乏智能分析與報(bào)警處理機(jī)制，不能夠進(jìn)行及時的處理。

2新型智能視頻分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于傳統(tǒng)的視頻技術(shù)分析系統(tǒng)存在的諸多問題，需要采用新的技術(shù)和方式，提高視頻的安防管理措施，根據(jù)現(xiàn)代城市發(fā)展的要求，采用智能視頻分析技術(shù)是現(xiàn)代“平安城市”建設(shè)的理想需求。

2.1 智能視頻技術(shù)的選擇

⑴嵌入式硬件集成前端圖像采集分析單元。對于該功能的設(shè)計(jì)就是將圖1所示的視頻分析結(jié)構(gòu)體系中，把其中的模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備、編碼壓縮功能模塊、圖像分析處理單元進(jìn)行技術(shù)處理，將他們的功能深度集成到高清攝像機(jī)的數(shù)據(jù)前端分析單元上，由于采用智能視頻分析主要采用的是計(jì)算機(jī)視覺信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息傳輸技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對視頻圖像的畫面進(jìn)行分析、處理、編碼等過程，相關(guān)的過程如下：

第一、圖像背景學(xué)習(xí)過程：系統(tǒng)自動的學(xué)習(xí)并處理監(jiān)視場景的情況，并作為參照背景。

第二、圖像分析的加載預(yù)處理過程：根據(jù)用戶的定義，對圖像的處理進(jìn)行預(yù)定義規(guī)程。

第三、目標(biāo)提取跟蹤過程：依據(jù)定義的背景圖像，對相應(yīng)的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，自動的提取視頻前景的變化目標(biāo)，檢測視頻目標(biāo)的活動。

第四、視頻圖像的分析判斷過程：根據(jù)定義的背景，對視頻的追蹤目標(biāo)進(jìn)行分析與判斷，以確定視頻目標(biāo)是否違反了預(yù)定義的圖像視頻規(guī)則。

第五、觸發(fā)報(bào)警過程：在對追蹤的視頻目標(biāo)進(jìn)行分析之后，根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行報(bào)警處理，并將預(yù)定義的信息報(bào)警到制定的用戶。

3智能視頻分析技術(shù)的安防系統(tǒng)的組成

⑴嵌入式硬件集成前端圖像采集分析單元。主要功能是實(shí)現(xiàn)對視頻圖像的采集、判別、規(guī)則演算的過程，在智能視頻分析系統(tǒng)中，每一路需要分析的視頻都需要一個采集分析單元，對視頻圖像進(jìn)行分析處理，這樣可以減小圖像分析的誤報(bào)現(xiàn)象發(fā)生，可以有效的減輕網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膲毫Α?/p>

⑵服務(wù)器。它的基本功能是對報(bào)警信息進(jìn)行管理，一般采用PC作為服務(wù)器，在PC機(jī)上需要運(yùn)行一個系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，對前端分析單元傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并對每一條數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識、報(bào)警時間、違反規(guī)則的詳細(xì)信息進(jìn)行登記，并對報(bào)警觸發(fā)前一瞬間和觸發(fā)后一瞬間的兩張現(xiàn)場快照進(jìn)行保存，方便用戶進(jìn)行調(diào)取觀看。

⑶管理設(shè)置工具。主要功能是用戶通過界面，對攝像機(jī)上的場景進(jìn)行設(shè)置和規(guī)劃，并制定相應(yīng)的規(guī)則，當(dāng)系統(tǒng)的規(guī)則生成之后，管理工具就可以與前端分析單元通過服務(wù)器進(jìn)行交互，在前端分析單元發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的信息發(fā)送變化時，可以自動的進(jìn)行報(bào)警聯(lián)動反應(yīng)等。

⑷報(bào)警管理工具。主要功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警信息的管理和查看，能夠?qū)v史報(bào)警信息進(jìn)行查看和分析。

4基于視頻分析技術(shù)的安防系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程

通過分析可以看出：基于視頻分析技術(shù)的安防系統(tǒng)是基于嵌入式硬件前端分析單元上實(shí)現(xiàn)，對于所有的圖像分析功能都在分布式的集成單元上實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)利用前端的視分器接入智能圖像分析單元，可以對視頻的原始圖像進(jìn)行分析；整個圖像分析的過程中，嵌入式硬件前端分析單元先對采集的視頻流進(jìn)行編碼壓縮處理，形成數(shù)據(jù)流，在經(jīng)過視頻數(shù)據(jù)處理之后，形成有用的關(guān)鍵視頻數(shù)據(jù)流，在圖像出現(xiàn)異常時，能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警。

⑴背景學(xué)習(xí)階段。智能視頻分析階段，首先要進(jìn)行背景學(xué)習(xí)，以取得報(bào)警的參考，在學(xué)習(xí)期間系統(tǒng)能夠自動的建模，背景的建模是背景減除法的技術(shù)關(guān)鍵，智能前端主要采用的是系統(tǒng)設(shè)置的自適應(yīng)學(xué)習(xí)時間來進(jìn)行建模的，它主要根據(jù)背景的實(shí)際“熱鬧程度”選取一段學(xué)習(xí)時間，并建立學(xué)習(xí)背景的參考，完成系統(tǒng)的建模過程。

⑵目標(biāo)提取與跟蹤階段。在系統(tǒng)背景學(xué)習(xí)完成建模后，視頻分析系統(tǒng)會根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行視頻圖像提取并跟蹤，其中的關(guān)鍵技術(shù)采用背景減除法的技術(shù)，將追蹤的畫面的隨時間變化的前景圖、背景減除方法的當(dāng)前圖像與背景圖像的差分，進(jìn)行檢測運(yùn)動區(qū)域的的方法。因此，前景圖的選取是視頻分析技術(shù)的關(guān)鍵部分；這樣就需要對前景圖進(jìn)行進(jìn)行去躁處理，得到一個比較固定的前景圖；然后是目標(biāo)的識別，根據(jù)系統(tǒng)提取的追蹤圖像與前景圖進(jìn)行對比，并進(jìn)行識別和辨識。如果要完成圖像的識別，需要對視頻系統(tǒng)進(jìn)行模型培訓(xùn)，就是利用已知的目標(biāo)特征的具體特點(diǎn)，對系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，系統(tǒng)將對目標(biāo)的具體特征和大量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行添加，學(xué)習(xí)不同目標(biāo)的所有特征，這樣，在系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一個目標(biāo)時，就會根據(jù)學(xué)習(xí)的背景進(jìn)行標(biāo)識、匹配特性，并對目標(biāo)進(jìn)行分析和歸納。例如，在對指定的檢測區(qū)應(yīng)用偵測人在全景畫面出現(xiàn)的規(guī)則，同時結(jié)合時間計(jì)劃，這樣系統(tǒng)就會在特定的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)有人進(jìn)入監(jiān)控場景并自動報(bào)警。下圖1為現(xiàn)場抓拍的情況：

⑶視頻圖像的智能分析過程。在系統(tǒng)分析的過程中，有了之前的背景學(xué)習(xí)、目標(biāo)跟蹤與培訓(xùn)、識別分類與標(biāo)識等過程，為后期的視頻分析提供了基礎(chǔ)，它就是利用上述的過程對目標(biāo)出現(xiàn)的時間、位置、速度、大小進(jìn)行判斷，并結(jié)合之前設(shè)置好的行為規(guī)則，對采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，如人員入侵、不明丟棄物、異常信息等等突發(fā)的情況，對這些情況進(jìn)行比對分析。下圖2是抓拍到的不明丟棄物，是智能圖像的分析結(jié)果。

⑷觸發(fā)報(bào)警過程。在對視頻圖像進(jìn)行智能分析之后，系統(tǒng)會根據(jù)預(yù)先確定的目標(biāo)活動的違反規(guī)則，與圖像進(jìn)行匹配，如果發(fā)現(xiàn)圖像出現(xiàn)異?；顒?，就會根據(jù)預(yù)定義的結(jié)果進(jìn)行傳輸報(bào)警到制定的用戶，這樣在經(jīng)過一系列的處理之后，能夠有效的減輕傳輸網(wǎng)絡(luò)的壓力，提高了系統(tǒng)的工作效率。跟蹤報(bào)警模塊采用的是基于Meanshift算法的團(tuán)塊跟蹤，系統(tǒng)會為每個目標(biāo)賦以ID號，并記錄各口標(biāo)質(zhì)心軌跡，實(shí)現(xiàn)了對多目標(biāo)的跟蹤。Meanshift利用目標(biāo)的顏色直力一圖模型將圖像轉(zhuǎn)換為顏色概率分布圖，初始化一個搜索窗的大小和位置，并根據(jù)上一幀得到的結(jié)果自適應(yīng)調(diào)整搜索窗口的位置和大小，從而定位出當(dāng)前圖像中目標(biāo)的中心位置。

5小結(jié)

在前端分析單元產(chǎn)生的報(bào)警信息與系統(tǒng)服務(wù)上數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行比對之后才能發(fā)出報(bào)警信息，在信息傳輸?shù)倪^程中，前端分析單元會對相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳播中，將報(bào)警信息將被轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻監(jiān)控軟件規(guī)定的事件格式，在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲，后以消息傳遞的方式推送給監(jiān)控端，監(jiān)控端根據(jù)圖像信息的差異并實(shí)時給出報(bào)警信號，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)了整個系統(tǒng)的自動報(bào)警過程。

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