張悅

摘要：在城市的建設中，綜合安防系統(tǒng)的建設中要具備前瞻性，要能夠做好提前規(guī)劃，做好城市建設過程中的綜合監(jiān)控安全管理，系統(tǒng)對城市建設規(guī)劃過程中的每一個細節(jié)進行詳細的考慮，對系統(tǒng)建設進行整體性的分析，深度集成安防系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，保證建設的安防系統(tǒng)能夠發(fā)揮最佳的作用，來提高城市建設過程中的安全保衛(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的解決方案。

關鍵詞：視頻分析技術；智能分析；安防系統(tǒng)在信息技術網(wǎng)絡不斷的發(fā)展情況下，平安城市和數(shù)字化城市的建設不斷的加快，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，如何有效的建設基于視頻分析技術的城市安防保衛(wèi)系統(tǒng)，成為城市建設過程中，重點考慮的問題之一。通過對現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題進行分析，提供一種新的視頻監(jiān)控分析來滿足城市建設的需要。

1視頻分析技術

目前，一般的視頻分析技術采用的是前端分析技術，主要是通過模擬攝像機對圖像進行采集和分析，將視頻流進行回傳處理，并發(fā)送到服務器短，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，保證在需要時進行查看。對現(xiàn)有的視頻分析技術中主要采用的關鍵技術有：視頻移動探測技術、壓縮編碼技術、視頻傳輸協(xié)議、視頻轉(zhuǎn)換技術、背景差法運動目標檢測等技術。一般的視頻檢測系統(tǒng)如下圖1所示：

采用這種系統(tǒng)進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)的服務器上，由服務器對數(shù)據(jù)進行處理，這樣就會導致網(wǎng)絡的傳輸數(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，導致圖像不夠清晰，而且采用VMD技術對相鄰的幀圖像進行處理，具有一定的局限性，它不適合在多種環(huán)境中進行處理圖像，容易產(chǎn)生誤報的情況，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)構比較復雜，不能夠進行及時處理預警信息，系統(tǒng)的報警處理方式不夠及時，只有在用戶調(diào)看相關的數(shù)據(jù)圖像時，才能夠發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的畫面，缺乏智能分析與報警處理機制，不能夠進行及時的處理。

2新型智能視頻分析系統(tǒng)設計

由于傳統(tǒng)的視頻技術分析系統(tǒng)存在的諸多問題，需要采用新的技術和方式，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是現(xiàn)代“平安城市”建設的理想需求。

2.1 智能視頻技術的選擇

⑴嵌入式硬件集成前端圖像采集分析單元。對于該功能的設計就是將圖1所示的視頻分析結(jié)構體系中，把其中的模數(shù)轉(zhuǎn)換設備、編碼壓縮功能模塊、圖像分析處理單元進行技術處理，將他們的功能深度集成到高清攝像機的數(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算機視覺信息處理技術和網(wǎng)絡信息傳輸技術，來實現(xiàn)對視頻圖像的畫面進行分析、處理、編碼等過程，相關的過程如下：

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

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

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

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

第五、觸發(fā)報警過程：在對追蹤的視頻目標進行分析之后，根據(jù)實際的情況進行報警處理，并將預定義的信息報警到制定的用戶。

3智能視頻分析技術的安防系統(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，對視頻圖像進行分析處理，這樣可以減小圖像分析的誤報現(xiàn)象發(fā)生，可以有效的減輕網(wǎng)絡傳輸?shù)膲毫Α?/p>

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

⑶管理設置工具。主要功能是用戶通過界面，對攝像機上的場景進行設置和規(guī)劃，并制定相應的規(guī)則，當系統(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器進行交互，在前端分析單元發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的信息發(fā)送變化時，可以自動的進行報警聯(lián)動反應等。

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

4基于視頻分析技術的安防系統(tǒng)的實現(xiàn)過程

通過分析可以看出：基于視頻分析技術的安防系統(tǒng)是基于嵌入式硬件前端分析單元上實現(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，形成有用的關鍵視頻數(shù)據(jù)流，在圖像出現(xiàn)異常時，能夠?qū)崿F(xiàn)報警。

⑴背景學習階段。智能視頻分析階段，首先要進行背景學習，以取得報警的參考，在學習期間系統(tǒng)能夠自動的建模，背景的建模是背景減除法的技術關鍵，智能前端主要采用的是系統(tǒng)設置的自適應學習時間來進行建模的，它主要根據(jù)背景的實際“熱鬧程度”選取一段學習時間，并建立學習背景的參考，完成系統(tǒng)的建模過程。

⑵目標提取與跟蹤階段。在系統(tǒng)背景學習完成建模后，視頻分析系統(tǒng)會根據(jù)目標進行視頻圖像提取并跟蹤，其中的關鍵技術采用背景減除法的技術，將追蹤的畫面的隨時間變化的前景圖、背景減除方法的當前圖像與背景圖像的差分，進行檢測運動區(qū)域的的方法。因此，前景圖的選取是視頻分析技術的關鍵部分；這樣就需要對前景圖進行進行去躁處理，得到一個比較固定的前景圖；然后是目標的識別，根據(jù)系統(tǒng)提取的追蹤圖像與前景圖進行對比，并進行識別和辨識。如果要完成圖像的識別，需要對視頻系統(tǒng)進行模型培訓，就是利用已知的目標特征的具體特點，對系統(tǒng)進行訓練，系統(tǒng)將對目標的具體特征和大量的數(shù)據(jù)信息進行添加，學習不同目標的所有特征，這樣，在系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一個目標時，就會根據(jù)學習的背景進行標識、匹配特性，并對目標進行分析和歸納。例如，在對指定的檢測區(qū)應用偵測人在全景畫面出現(xiàn)的規(guī)則，同時結(jié)合時間計劃，這樣系統(tǒng)就會在特定的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)有人進入監(jiān)控場景并自動報警。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，有了之前的背景學習、目標跟蹤與培訓、識別分類與標識等過程，為后期的視頻分析提供了基礎，它就是利用上述的過程對目標出現(xiàn)的時間、位置、速度、大小進行判斷，并結(jié)合之前設置好的行為規(guī)則，對采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)進行對比分析，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)報警過程。在對視頻圖像進行智能分析之后，系統(tǒng)會根據(jù)預先確定的目標活動的違反規(guī)則，與圖像進行匹配，如果發(fā)現(xiàn)圖像出現(xiàn)異?；顒?，就會根據(jù)預定義的結(jié)果進行傳輸報警到制定的用戶，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)絡的壓力，提高了系統(tǒng)的工作效率。跟蹤報警模塊采用的是基于Meanshift算法的團塊跟蹤，系統(tǒng)會為每個目標賦以ID號，并記錄各口標質(zhì)心軌跡，實現(xiàn)了對多目標的跟蹤。Meanshift利用目標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)果自適應調(diào)整搜索窗口的位置和大小，從而定位出當前圖像中目標的中心位置。

5小結(jié)

在前端分析單元產(chǎn)生的報警信息與系統(tǒng)服務上數(shù)據(jù)庫信息進行比對之后才能發(fā)出報警信息，在信息傳輸?shù)倪^程中，前端分析單元會對相關的圖像數(shù)據(jù)進行處理，并在網(wǎng)絡中進行傳播中，將報警信息將被轉(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時給出報警信號，進行實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的自動報警過程。

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