淺議視頻異常診斷技術(shù)在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

　　[摘要]本文在典型監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)在的視頻診斷技術(shù)和實(shí)際情況，提出了一種分布式的視頻異常診斷系統(tǒng)模型，依此模型設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能解決監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)維中碰到的實(shí)際問題。
　　[關(guān)鍵詞]視頻監(jiān)控、分布式、視頻異常診斷、模塊化
　　中圖分類號(hào): TN91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2011)03(a)-0000-00
　　1背景
　　目前，隨平安城市視頻監(jiān)控項(xiàng)目的推進(jìn)，無數(shù)的攝像頭遍布在城市的角落，晝夜不停的監(jiān)視和錄像，為改善社會(huì)治安作出了突出的貢獻(xiàn)，但是由于一些外界的原因，比如供電故障、網(wǎng)絡(luò)故障、惡劣天氣、設(shè)備故障等等，都會(huì)導(dǎo)致視頻無法正常使用，一旦在故障期出現(xiàn)案件，就無法提供關(guān)鍵視頻數(shù)據(jù)用于事后分析和判斷。
　　傳統(tǒng)的做法是使用人工巡檢，安排一定數(shù)量的人員每固定周期巡檢各個(gè)設(shè)備，這種方法不僅效率低，而且及時(shí)性差。
　　根據(jù)目前監(jiān)控行業(yè)運(yùn)營(yíng)的現(xiàn)狀，我們提出了一種智能化的視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)，它按照診斷預(yù)案自動(dòng)對(duì)攝像頭進(jìn)行檢測(cè)，使用智能算法，對(duì)視頻進(jìn)行分析，記錄所有的檢測(cè)結(jié)果并產(chǎn)生預(yù)警。
　　利用這套系統(tǒng)，用戶能夠有效預(yù)防因視頻采集設(shè)備、視頻傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)導(dǎo)致的圖像質(zhì)量問題及所帶來的損失，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)破壞監(jiān)控系統(tǒng)的不法行為。在設(shè)備、傳輸發(fā)生問題后，可以迅速進(jìn)行處理，保障監(jiān)控系統(tǒng)有效運(yùn)行，輕松維護(hù)大型監(jiān)控安防系統(tǒng)。常見圖像異常問題
　　2常見問題及關(guān)鍵技術(shù)
　　常見的視頻異常類型有視頻清晰度異常、視頻亮度異常、視頻噪聲異常、視頻偏色、視頻抖動(dòng)以及其他視頻信號(hào)異常。
　　1，視頻清晰度異常檢測(cè)，檢測(cè)由于聚焦不當(dāng)、鏡頭損壞、異物遮擋或人為蒙蔽引起的視野主體部分圖像模糊/遮擋。
　　解決方法：
　　攝像機(jī)清晰度檢測(cè)，采用頻譜分析方法，通過圖像頻域各頻段的比例關(guān)系，得到圖像的清晰度指標(biāo)，當(dāng)視頻清晰度指標(biāo)低于設(shè)定閾值，啟動(dòng)報(bào)警程序。
　　2，視頻亮度異常檢測(cè)，檢測(cè)由于攝像頭故障、增益控制紊亂、照明條件異常或人為惡意遮擋等原因引起的畫面過暗、過亮等。
　　解決方法：
　　以視頻圖像的灰度直方圖為特征，采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，分別對(duì)畫面過暗和過曝兩類視頻圖像的直方圖進(jìn)行學(xué)習(xí)，得到亮度檢測(cè)分類器，對(duì)視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
　　3，視頻噪聲異常檢測(cè)，檢測(cè)由于線路老化、傳輸故障、接觸不良、電磁干擾等因素造成的視頻圖像疊加噪聲。
　　解決方法：
　　分析視頻中的高頻區(qū)域，與無噪聲視頻的經(jīng)驗(yàn)高頻區(qū)域進(jìn)行比較，進(jìn)行一次篩選。篩選后的視頻圖像，進(jìn)一步做噪聲位置分布統(tǒng)計(jì)，如果圖像中的高頻分量占比較大并且位置分布均勻，則判斷為噪聲異常。
　　4，視頻偏色檢測(cè)，檢測(cè)由于線路接觸不良、外部干擾或攝像頭故障等原因造成的視頻畫面偏色
　　解決方法：
　　將視頻圖像的顏色空間變換到HSV空間，并將視頻圖像分為m×n個(gè)區(qū)域，分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)域內(nèi)的圖像飽和度和色度，與在該場(chǎng)景下的正常視頻的飽和度和色度進(jìn)行比較，當(dāng)所有區(qū)域的飽和度和色度都與正常視頻出現(xiàn)差異且持續(xù)一段時(shí)間，則判定視頻偏色。
　　5，視頻抖動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)攝像機(jī)抖動(dòng)引起的畫面抖動(dòng)現(xiàn)象。
　　解決方法：
　　通過提取視頻中的特征點(diǎn)，并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，得到每個(gè)特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。綜合所有特征點(diǎn)的軌跡，得到畫面的整體移動(dòng)軌跡，當(dāng)絕大多數(shù)的特征點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡一致，并且軌跡呈往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則判定視頻出現(xiàn)抖動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振幅強(qiáng)度判斷視頻的抖動(dòng)程度，當(dāng)抖動(dòng)劇烈時(shí)及時(shí)報(bào)警。
　　6，其他視頻信號(hào)異常檢測(cè)，檢測(cè)因前端攝像機(jī)工作異常、損壞、人為惡意破壞或視頻傳輸環(huán)節(jié)故障而引起的間發(fā)性或持續(xù)性的視頻缺失、畫面凍結(jié)等現(xiàn)象。
　　解決方法：
　　攝像機(jī)運(yùn)行過程中，持續(xù)統(tǒng)計(jì)圖像的直方圖分布的信息量，視頻幀間差異等特征，如果發(fā)現(xiàn)直方圖分布信息量出現(xiàn)異常，或長(zhǎng)時(shí)間的無幀差現(xiàn)象，則輸出報(bào)警信號(hào)。
　　3系統(tǒng)特點(diǎn)
　　系統(tǒng)結(jié)合當(dāng)前視頻診斷的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和實(shí)際需求，是一套整體性價(jià)比極高的設(shè)計(jì)方案。
　　系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，從監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)獲取視頻信號(hào)后，利用視頻診斷服務(wù)器完成視頻診斷功能，視頻診斷服務(wù)器將診斷結(jié)果通過Web服務(wù)器發(fā)送給用戶，并在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中記錄有關(guān)信息，用戶可以通過Web頁面監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，進(jìn)行信息查詢、統(tǒng)計(jì)，設(shè)置診斷預(yù)案，維護(hù)設(shè)備信息，進(jìn)行系統(tǒng)管理等各種操作。利用Web服務(wù)器完成用戶交互，利用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲(chǔ)診斷結(jié)果和系統(tǒng)配置。
　　依據(jù)用戶網(wǎng)絡(luò)狀況和部署規(guī)模、需求，上述各個(gè)服務(wù)可以采用一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，可以集中部署在監(jiān)控中心，或分布在各個(gè)分中心。
　　界面友好
　　系統(tǒng)功能強(qiáng)大，界面友好，軟件設(shè)計(jì)人性化，易于被普通用戶掌握、操作和使用
　　算法優(yōu)異
　　采用領(lǐng)先的視頻圖像處理算法，能夠檢測(cè)幾乎常規(guī)使用狀況下的所有視頻異常情況。
　　運(yùn)行安全
　　作為已有監(jiān)控系統(tǒng)功能的完善和擴(kuò)充，質(zhì)量診斷系統(tǒng)只需要從原有監(jiān)控系統(tǒng)中獲取視頻數(shù)據(jù)即可，不會(huì)對(duì)已有系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響。
　　系統(tǒng)具有多級(jí)安全級(jí)別控制、操作人員權(quán)限控制、數(shù)據(jù)傳輸安全控制等，保障操作的安全和數(shù)據(jù)的安全。
　　易于擴(kuò)展
　　系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展非常容易。隨著診斷路數(shù)、診斷任務(wù)的變化，只需要調(diào)節(jié)業(yè)務(wù)處理服務(wù)的數(shù)量即可。每個(gè)業(yè)務(wù)處理服務(wù)支持的診斷數(shù)量根據(jù)并發(fā)診斷數(shù)量和服務(wù)器硬件配置而不同。在通常的業(yè)務(wù)模式和正常網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，采用一臺(tái)高性能服務(wù)器，一個(gè)業(yè)務(wù)處理服務(wù)可支持超過2400路/小時(shí)的視頻診斷任務(wù)。
　　系統(tǒng)所采用的技術(shù)手段遵循業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，特別是提供了標(biāo)準(zhǔn)接口，使系統(tǒng)具有良好的兼容性，能夠與其它系統(tǒng)連接，同時(shí)可適應(yīng)今后的升級(jí)或擴(kuò)展。
　　維護(hù)簡(jiǎn)單
　　系統(tǒng)具有完備的功能，易于升級(jí)擴(kuò)展，具有較長(zhǎng)的使用周期，能夠在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)滿足應(yīng)用需求
　　4總結(jié)
　　本文給出了一種應(yīng)用于大型監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)的系統(tǒng)模型和解決方案，并對(duì)其主要功能進(jìn)行了介紹。
　　該系統(tǒng)投入之前，每一個(gè)巡檢人員每天約能巡查2000個(gè)設(shè)備，例如某地區(qū)總共在線16000個(gè)設(shè)備，需要2個(gè)巡檢人員，每個(gè)設(shè)備需要一個(gè)星期才能巡檢一次。投入之后，每6個(gè)小時(shí)就可以自動(dòng)巡檢一次，只需要一個(gè)巡檢人員，就可以做到設(shè)備的每天巡檢。