淺談智能視頻分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐群+李家輝+劉子良

摘 要：科技不斷發(fā)展，智能視頻分析系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，但其整體不夠完善，由于檢測(cè)規(guī)則少，系統(tǒng)還存在著圖像易抖動(dòng)、漏報(bào)和誤報(bào)率高等問題。針對(duì)這些問題，本文提出了相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；智能視頻分析；視頻監(jiān)控

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.146

我國(guó)的嵌入式智能視頻分析技術(shù)尚且處于發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)大部分的廠家通過購(gòu)買國(guó)外技術(shù)來實(shí)現(xiàn)分析服務(wù)器量產(chǎn)上市。但在后續(xù)的發(fā)展中，由于缺少后端硬件，產(chǎn)品尺寸過大，再加上耗電量大，整個(gè)智能監(jiān)控產(chǎn)品悄然發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由原本的的PC的架構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)向嵌入式架構(gòu)。

1 智能視頻分析系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

當(dāng)前，智能視頻分析硬件一般都是采用 TI 公司芯片，本研究以達(dá)芬奇（Davinci）芯片為主。硬件系統(tǒng)主要采用的是模塊化設(shè)計(jì)，在該設(shè)計(jì)方法下，系統(tǒng)分成了多個(gè)模塊，各個(gè)模塊的功能不一。其中的實(shí)時(shí)視頻圖像是由圖像采集設(shè)備得到的，視頻信號(hào)收集后，通過視頻解碼芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字視頻信號(hào)，最終傳入DM6446的視頻處理前端（VFPE），此時(shí)還需要經(jīng)過VPSS 處理，完畢后方可存入DDR2SDRAM。或者還可以通過另外一種方法，就是由外部顯示設(shè)備輸出；將視頻圖像數(shù)據(jù)輸入到DSP子系統(tǒng)中，其后根據(jù)檢測(cè)規(guī)則，利用相關(guān)應(yīng)用程序進(jìn)行分析處理與檢測(cè)判斷，最后由ARM 子系統(tǒng)收錄檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)進(jìn)行外圍控制，如果發(fā)現(xiàn)有入侵視頻，需要將其存儲(chǔ)到 ATA 硬盤模塊中。

2 分析系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目所采用的智能視頻分析系統(tǒng)的原理如圖 1。

（1）視頻穩(wěn)定模塊。視頻穩(wěn)定模塊，就是對(duì)攝像機(jī)起到穩(wěn)定作用，減少抖動(dòng)所帶來的影響，以此來避免跟蹤結(jié)果的誤差。視頻穩(wěn)定的本義是篩選背景特征后，對(duì)其加以匹配，得出位移，位移方向或是水平或是垂直，這是對(duì)視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)捏w現(xiàn)。

（2）背景提取。智能視頻分析運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)檢測(cè)算法共有三種，分別是光流法、背景差分法和幀間差分法。 背景提取指的是在保證時(shí)間t不變的情況下，觀察固定像素，得出統(tǒng)計(jì)可能性，從而建立一個(gè)場(chǎng)景模型，且是基于像素點(diǎn)的。在本次研究中，我們主要采用了Stauffer 和 Grimson 的多高斯分布兩種背景提取方法。

（3）圖像形態(tài)學(xué)操作。在生成圖像差異后，還需要對(duì)其進(jìn)行二值化，得出大概的圖像前景輪廓圖。但輪廓圖需要經(jīng)過二次清理，例如將某些獨(dú)立的像素或噪聲移除、連接臨近的像素，通過圖像閉運(yùn)算操作便可以完成這些操作。

（4）連通區(qū)域。連通區(qū)域指的是連接所有相鄰的像素，并對(duì)它們進(jìn)行標(biāo)記后計(jì)算。標(biāo)記，位址，大小都屬于連通區(qū)域的范疇，這些因素傳至跟蹤算法后，再做進(jìn)一步處理。

（5）多假設(shè)跟蹤算法。多假設(shè)跟蹤的算法的目的在于將 t 時(shí)刻的二值化前景和t-1 時(shí) 刻的二值化前景建立起對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這屬于一個(gè)基本問題，涉及到數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，在本次研究中，我們就用到了其中的多種特征進(jìn)行關(guān)系建立。

（6）三維校正。由于多假設(shè)跟蹤算法是基于像素點(diǎn)的，該種算法的輸出都是虛設(shè)單位，如大小、速度、高度等。此時(shí)可以利用攝像機(jī)，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如視角、像機(jī)高度和傾斜角，從而建立起一個(gè)三維轉(zhuǎn)化關(guān)系，打破了二維的限制，通過這種方法將跟蹤算法的輸出轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)單位。

（7）物體分類。本研究采用的物體分類方法較為簡(jiǎn)單，也更加直觀。根據(jù)三維校正的輸出，我們得出了物體在現(xiàn)實(shí)世界中大概的大小，高度，速度，長(zhǎng)寬比等，并對(duì)其進(jìn)行常識(shí)分類。

（8）規(guī)則判定引擎。規(guī)則判定引擎的規(guī)則判定非常強(qiáng)大，且具有較強(qiáng)的靈活性，如果不滿意預(yù)設(shè)規(guī)則，用戶還可以根據(jù)自身需求，進(jìn)行自定義規(guī)則設(shè)置。

（9）XML 生成器。由于XML普及性較強(qiáng)，XML生成器的作用是將所有的智能視頻分析引擎的輸出，如大小、速度和高度等因素，將它們轉(zhuǎn)化成 XML 格式，其后進(jìn)行二次輸出。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）智能視頻分析實(shí)現(xiàn)。智能視頻分析具有兩個(gè)模塊，一是智能視頻分析，二是視頻編碼與發(fā)送。視頻分析模塊接收到原始視頻后，先對(duì)其進(jìn)行解復(fù)用，得出單路視頻標(biāo)記通道 ID，然后將空 buffer返到采集線程環(huán)節(jié)，根據(jù)通道 ID的不同，對(duì)視頻原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，此時(shí)注意不可一同處理，要按照智能分析算法和規(guī)則實(shí)行；視頻編碼與發(fā)送模塊是通過 DSP 進(jìn)行實(shí)時(shí)的H.264編碼， 然后形成NAUL 數(shù)據(jù)，此時(shí)要用到RTP 流媒體，對(duì)NAUL數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議封裝，從而建立起相應(yīng)的傳輸鏈路，其后要?jiǎng)?chuàng)建 socket，最后按照組播的方式，將RTP 數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。

（2）客戶端監(jiān)控實(shí)現(xiàn)。隨著Internet 技術(shù)的蓬勃發(fā)展，B/S 模式的視頻服務(wù)機(jī)制應(yīng)運(yùn)而生，它本質(zhì)上具有較強(qiáng)的先進(jìn)性，對(duì)C/S 服務(wù)機(jī)制起到良好的改進(jìn)作用。其利用了先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)，管理性優(yōu)越，維護(hù)起來也較為簡(jiǎn)單，因此在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文就 DM6446+Linux+Web Server 體系架構(gòu)進(jìn)行了深入探究，并結(jié)合先進(jìn)的智能分析算法，開展嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，這種方法能夠有效的降低系統(tǒng)漏報(bào)和誤報(bào)的幾率。系統(tǒng)中還采用了新型的IP 接入方式，用戶可以利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，使用瀏覽器下載 Active X 控件，其后就可以根據(jù)自身需求對(duì)客戶端進(jìn)行自定義設(shè)置，大大提高了系統(tǒng)的便利性與實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

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