淺談智能視頻分析系統的設計與實現

徐群+李家輝+劉子良

摘 要：科技不斷發展，智能視頻分析系統應運而生，但其整體不夠完善，由于檢測規則少，系統還存在著圖像易抖動、漏報和誤報率高等問題。針對這些問題，本文提出了相應的系統設計方案。

關鍵詞：嵌入式系統；智能視頻分析；視頻監控

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

我國的嵌入式智能視頻分析技術尚且處于發展階段，國內大部分的廠家通過購買國外技術來實現分析服務器量產上市。但在后續的發展中，由于缺少后端硬件，產品尺寸過大，再加上耗電量大，整個智能監控產品悄然發生了轉變，由原本的的PC的架構逐漸轉向嵌入式架構。

1 智能視頻分析系統硬件設計

當前，智能視頻分析硬件一般都是采用 TI 公司芯片，本研究以達芬奇（Davinci）芯片為主。硬件系統主要采用的是模塊化設計，在該設計方法下，系統分成了多個模塊，各個模塊的功能不一。其中的實時視頻圖像是由圖像采集設備得到的，視頻信號收集后，通過視頻解碼芯片進行轉換，變成數字視頻信號，最終傳入DM6446的視頻處理前端（VFPE），此時還需要經過VPSS 處理，完畢后方可存入DDR2SDRAM。或者還可以通過另外一種方法，就是由外部顯示設備輸出；將視頻圖像數據輸入到DSP子系統中，其后根據檢測規則，利用相關應用程序進行分析處理與檢測判斷，最后由ARM 子系統收錄檢測結果，同時進行外圍控制，如果發現有入侵視頻，需要將其存儲到 ATA 硬盤模塊中。

2 分析系統軟件設計

本項目所采用的智能視頻分析系統的原理如圖 1。

（1）視頻穩定模塊。視頻穩定模塊，就是對攝像機起到穩定作用，減少抖動所帶來的影響，以此來避免跟蹤結果的誤差。視頻穩定的本義是篩選背景特征后，對其加以匹配，得出位移，位移方向或是水平或是垂直，這是對視頻進行實時補償的體現。

（2）背景提取。智能視頻分析運動的目標檢測算法共有三種，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間t不變的情況下，觀察固定像素，得出統計可能性，從而建立一個場景模型，且是基于像素點的。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）圖像形態學操作。在生成圖像差異后，還需要對其進行二值化，得出大概的圖像前景輪廓圖。但輪廓圖需要經過二次清理，例如將某些獨立的像素或噪聲移除、連接臨近的像素，通過圖像閉運算操作便可以完成這些操作。

（4）連通區域。連通區域指的是連接所有相鄰的像素，并對它們進行標記后計算。標記，位址，大小都屬于連通區域的范疇，這些因素傳至跟蹤算法后，再做進一步處理。

（5）多假設跟蹤算法。多假設跟蹤的算法的目的在于將 t 時刻的二值化前景和t-1 時 刻的二值化前景建立起對應的關系。這屬于一個基本問題，涉及到數據之間的關聯，在本次研究中，我們就用到了其中的多種特征進行關系建立。

（6）三維校正。由于多假設跟蹤算法是基于像素點的，該種算法的輸出都是虛設單位，如大小、速度、高度等。此時可以利用攝像機，對其參數進行設置，如視角、像機高度和傾斜角，從而建立起一個三維轉化關系，打破了二維的限制，通過這種方法將跟蹤算法的輸出轉化成現實單位。

（7）物體分類。本研究采用的物體分類方法較為簡單，也更加直觀。根據三維校正的輸出，我們得出了物體在現實世界中大概的大小，高度，速度，長寬比等，并對其進行常識分類。

（8）規則判定引擎。規則判定引擎的規則判定非常強大，且具有較強的靈活性，如果不滿意預設規則，用戶還可以根據自身需求，進行自定義規則設置。

（9）XML 生成器。由于XML普及性較強，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，將它們轉化成 XML 格式，其后進行二次輸出。

3 系統軟件設計與實現

（1）智能視頻分析實現。智能視頻分析具有兩個模塊，一是智能視頻分析，二是視頻編碼與發送。視頻分析模塊接收到原始視頻后，先對其進行解復用，得出單路視頻標記通道 ID，然后將空 buffer返到采集線程環節，根據通道 ID的不同，對視頻原始數據進行處理，此時注意不可一同處理，要按照智能分析算法和規則實行；視頻編碼與發送模塊是通過 DSP 進行實時的H.264編碼， 然后形成NAUL 數據，此時要用到RTP 流媒體，對NAUL數據進行實時傳輸協議封裝，從而建立起相應的傳輸鏈路，其后要創建 socket，最后按照組播的方式，將RTP 數據包發送到網絡。

（2）客戶端監控實現。隨著Internet 技術的蓬勃發展，B/S 模式的視頻服務機制應運而生，它本質上具有較強的先進性，對C/S 服務機制起到良好的改進作用。其利用了先進的開發技術，管理性優越，維護起來也較為簡單，因此在視頻監控系統中得到了廣泛應用。

4 結語

綜上所述，本文就 DM6446+Linux+Web Server 體系架構進行了深入探究，并結合先進的智能分析算法，開展嵌入式智能監控系統設計實驗，通過實驗我們發現，這種方法能夠有效的降低系統漏報和誤報的幾率。系統中還采用了新型的IP 接入方式，用戶可以利用現有網絡資源，使用瀏覽器下載 Active X 控件，其后就可以根據自身需求對客戶端進行自定義設置，大大提高了系統的便利性與實用性。

參考文獻：

[1]李可先.計算機智能視頻監控系統技術研究[J].信息與電腦（理論版），2016（18）：64-65.

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