視頻監控論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇視頻監控論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

隨著計算機網絡技術、多媒體技術、計算機視覺與模式識別技術的發燕尾服，一種以數字化、智能化為特點的多媒體遠程數字監控系統應運而生，即基于IP的數字監控系統，實現了由傳統的模擬監控到數字監控質的飛躍。與傳統的模擬監控系統相比較，數字遠程監控系統幾個最主要的優勢是：可以借助網絡實現遠程監控；在遠程不同地點的分控中心或同個分控中心可同時調看某一個或者幾個監控現場的音視頻數據，從而實現分布式的音頻頻接入和音視頻數據共享，同時，可以與監控現場人員進行對講；可以對遠程監控現場的云臺、攝像機等設備進行控制。視頻、音頻的實時、分布式傳輸及控制指令的可靠傳輸是遠程數字監控系統的一個關鍵問題。本文設計并實現了遠程數字音頻頻監控系統，采用IPMulticast技術作為分布式音視頻執著入和共享的解決方案，并針對視頻、音頻語音和控制數據不同的特點，對其所采用的不同傳輸技術進行了探討，給出了具體實現方法。

1系統的總體結構

遠程監控系統一般包括三部分：前端監控現場、通信設備和后端分控中心。整個系統基于Client/Server（客戶機/服務器）模式。總體結構如圖1所示。

（1）前端監控現場由監控現場主機及一些設備組成。設備包括攝像機、電動鏡頭、云臺、防護罩、監視器、多功能解碼器及報警器。監控現場主機運行客戶前端軟件，實現視頻、音頻數據的實時采集、壓縮、解壓縮（音頻）（視頻傳輸單向的，音頻傳輸是雙向的）及打包傳送；對壓縮的視（音）頻數據進行經存儲（也可在分近中心進行）。存儲方式為循環存儲、定時存儲、手動存儲及運動視頻檢測啟動存儲。接收來自分控中心的控制指令（也可在本地實施），對云臺動作（上、下、左、右及自動）電動鏡頭的三可變（光圈、焦距和聚焦）。

（2）通信設備是指所采用的傳輸信道和相關設備，通信網絡為LAN及WAN。

（3）后端設備由若干分控中心計算機組成。各分控計算機運行服務器端軟件，接收來自前端壓縮視（音）頻、顯示（播放）；通過網絡對前端云臺、攝像機進行控制；采用組播技術，實現分布式視頻執著入和分豐式視頻共享：每個分控中心主機可以同時監控多個前端，即“一點對多點”；不同分控心也可以同時監控同一前端，即“多點對一點”。

2網絡傳輸模塊的設計與實現

2.1系統傳輸數據類型的特點及通信協議的選擇

系統傳輸數據有：控制數據、音頻、視頻數據、后端分控中心通過網絡向監控現場主機設備云臺及攝像機發送控制信號，實現云臺動作（上、下、左、右、自動）攝像機光圈、焦距及聚焦三可變，要求控制信號的傳輸準確無誤；音頻、視頻是連續，數據量大，允許傳輸中存在一定的數據錯誤率及數據丟失率，但實時性要求很高。此外，在監控系統中，要實現音視頻的分布式接入和數據共享，必須進行音視頻的多點傳輸。樣實現上述目標？首先是通信協議的選擇，TCP/IP協議是廣泛使用的網協議，其網絡模型定義了四層（即網絡接口層、網絡層、傳輸層、應用層）網絡通信協議。傳輸層包含兩個協議：傳輸控制協議（TCP）和用戶數據報協議（UDP）。IP是國際互聯協議，位于網絡層。TCP協議是面向連接的，提供可靠的流服務；UDP是無連接的，提供數據報服務；TCP采用提供確認與超時重發、滑動窗口機制等措施來保證傳輸的可靠性，正是這些措施增加了網絡的開銷。如果用TCP傳輸視（音）頻數據，大量的數據容量引起重傳。，使得網絡負載大并會加大延遲；UDP協議是最簡單的傳輸協議，不提供可靠性保證，正因為UDP協議不進行數據確認與重傳國，大大提高了傳輸效率，具有高效快速的特點；Ipv4定義了三種IP數據包的傳輸：單播、廣播及組播。要系統中實現視（音）頻數據的多點傳輸，若采用單播，則同樣的音、視頻數據要發送多次，這樣導致發送者負擔重、延遲長、網絡擁塞；若用廣播，網絡中的每個站點都將接收到數據，不管該結點否需要數據，增加了非接收者的開銷；組播是一種允許一個或多個發送者（組播源）發送單一的數據包到多個接收者（一次的、同時的）的網絡技術。組播源把數據包發送到特定組播組，而只有屬于該組播組的地址才能接收到數據包。由于無論有多少個目的地址，在整個網絡的任何一條鏈路上都只傳送單一的數據包。因此組播提高了網絡傳輸的效率，極大地節省了網絡傳輸。組播方式只適用于UDP。綜上所述，采用TCP/IP傳輸控制信號，即信令通道；采用UDP/IP傳輸音視頻信號，即數據通道。

IP組播依賴一個特殊的地址組——“移播址”，即D類地址。范圍在224.0.0.0-239.255.255.255之間（其中224.0.0.0-224.0.0.255是被保留的地址），D類地址是動態分配和恢復的瞬態地址。組播地址只能作為信宿地址使用，而不能出現在任何信源地址中。每一個組播組對應于動態分配的一個D類地址。組播的特點：組播組的成員是動態的，主機可以任何時間加入或離開組播組，主機組中的成員在位置上和數量舊沒有限制的。

2.2Windows下，IP組播的Winsock2實現

Windows環境下組播通信是基于WindowsSocket的。WindowsSocket提供兩種不同IP組播的實現方法：WindowsSocket提供兩種不同的IP組播的實現方法：Winsock1與Winsock2。在Windows2000平臺實現VC++6.0開發工具，在本系統中實現了基于Winsock2的組播通信編程。

發送端（前端、客戶端）實現步驟：

(1)加載Winsock2庫，完成Winsock2的初始化：

WSAStarup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)；(2)建立本地套接字（UDP）：

m_socket=WSASocke(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP,NULL,0,WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF|

WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF);

//組播通信具有兩個層面的重要特征：控制層面和數據層面。控制層面決定一個多播組建立通信的方式，數據層面決定通信成員間數據傳輸的方式。每一個層面有兩種形式，一種是“有限的”，另一種是“無根的”；數據報IP組播在兩個層面上都是“無根”的。任一用戶發送的數據都將被傳送到組中所有其它成員。最后一個參數表明新創建的套接字在控制層面與數據層面都是“無根的”。

圖2

可以通過setsocket函數設置套接字的屬性，如地址重用，緩沖區是接收還是發送。

M_localAddr.sin_family=AF_INET;

M_localAddr.sin_port=m_iPort;//本地端口號

M_localAddr..sin_addr.S_un.S_addr=m_uLocalIP;//本地IP地址；

（3）綁定（將新創建的套字節與本地插口地址進行綁定）：

bind(m_socket,(PSOCKADDR)&(m_localAddr),sizeof(m_localAddr);

(4)設置生存時間（即數據包最多允許路由多少個網段）：

WSAIoctl(m_socket,SIO_MULTICAST_SCOPE,//設置數據報生存時間；

&iMcastTTL,//生存時間大小；

sizeof(iMcastTTL),NULL,0,&cbRet,NULL,NULL)；

（5）配置Loopback,以決定組播數據幀是否回送：

intbLoopback=FALSE;

WSAIoct(m_socket,SIO_MULTIPOINT_LOOPBACK,//允許或禁止組播數據幀回送；

&bLoopback,sizeof(bLoopback)，NULL,0,&cbRet,NULL,NULL);

(6)收發數據：

在發送方（前端、客戶端）響應發送的消息函數中調用下面函數：

WSASendTo(m_socket,&stWSABuf,&cbRet,0,(structsockaddr*)&stDestAddr,//發送的目的地址；

sizeof(struct(sockaddr),NULL,NULL);

在發送方（前端、客戶端）響應接收消息函數中調用下面函數：

WSARecvFrom(m_socket,&stWSABuf,1,&cbRet,&Flag,(structsockaddr*)&stSrcAddr,//源地址；

&iLen，NULL，NULL）；

（7）將組播套接字設置為異步I/O工作模式，在該套節字上接收事件為基礎的網絡事件通知：

WSAEventSelect(m_socket，m_hNetworkEvent，//網絡事件句柄；將此套字節與該事件句柄并聯在一起；

FD_WRITE|FD_READ）；//發生此兩個事件之一，則將m_hNetworkEvent置為有信號狀態；

（8）在工作線程中設置：

WSAWaitForMultipleEvent（3，//等待事件的個數）；

p->m_eventArray,//存放事件句柄的數組；

FALSE，WSA_INFINITE，FALSE）；

（9）關閉組播套字節：

closesocket(m_socket)；

接收端（后端、服務器端）實現步驟：

（1）-（3）與發送端（客戶端）相同；

（4）調用WSAJLoinLeaf加入組播組：

SOCKETNetSock=WSAJoinLeaf(sock,//必須為組播標志進行創建，否則調用失敗；

（PSOCKADDR）&（m_stDestAddr,//組播導址，與發送方的目的地址相同；

sizeof(m_stDestAddr),UNLL,NULL,NULL,NULL,

JL_BOTH));//允許接收和發送；

（5）與客戶端（6）相同；（6）與客戶端（7）相同；（7）與客戶端（8）相同；（8）離開組播組；closesocket(NewSock)；//NewSock是調用WSAoinLeaf（）返回的套節字。

2.3在監控系統中網絡傳輸模塊的設計

網絡傳輸模塊流程如圖2所示。

發送端（前端監控現場主機、客戶端）監控主機運行客戶端程序。在主線程中，啟動視同、音頻兩個線程分別對視頻及音頻進行采集，放入視（音）頻緩沖區；視頻在本地回放；同時，監聽分控中心的連接請求，收到連接請求，TCP三次握手，建立TCP連接（信令通道）；通過信令通道，向分控心發送二組組播地址及端口號（對應視頻及音頻，音頻兩個線程；分別在視（音）頻線程中完成；利用Winsock2建立視（音）頻數據通道（UDP）（源碼前已述及）；對視（音）頻進行壓縮編碼、組播發送；音頻線程接收分控中心的音頻數據包，解碼并播放；實現視頻的單向傳輸和音頻的雙向傳輸。

接收端（后端分控中心、服務器端）分控中心主機運行服務器端程序，在主線程中向前端監控現場主機發出連接請求（CALL），三次握手建立TCP連接（信令通道）；后端接收到組播地址及端口號后，啟動視（音）頻兩個線程，完成；利用Winsock2建立視（音）頻數據通道（UDP），加入視（音）頻組播組，接收壓縮視（音）頻包，并解碼顯示（播放）；其中音頻線程，還要完成音頻數據包解碼顯示（播放）；其中音頻線程，還要完成音頻數據包的壓縮、發送；實現視頻的單向傳輸、音頻的雙向傳輸。

篇（2）

引言

隨著拖動技術的不斷發展以及大功率電力電子器件的不斷更新，交流異步電機V/f控制PWM變頻電源在工業上的應用越來越廣泛。傳統的SPWM變頻調速技術理論成熟，原理簡單，易于實現，但其逆變器輸出線電壓的幅值最大值僅為0.866Ud，直流側電壓利用率較低；而采用空間矢量PWM(SVPWM)算法可使逆變器輸出線電壓幅值最大值達到Ud，較SPWM調制方式提高了15％，且在同樣的載波頻率下，采用SVPWM控制方式的逆變器開關次數少，降低了開關損耗。為此，本文運用SVPWM算法，將逆變器和電機作為整體考慮，并綜合三相電壓，通過實時計算，利用MR16單片機實現了電機的恒磁通變頻調速控制。

1空間矢量PWM基本工作原理

圖1所示為三相電壓型逆變器的工作原理圖，它由6個開關器件組成。逆變器輸出的空間電壓矢量為

根據同一橋臂的上下兩個開關器件不能同時導通的原則，其三相橋臂開與關可以有8種狀態。在這8種開關模式中，有6種開關模式輸出電壓，在三相電機中形成相應的6個磁鏈矢量，另外2種開關模式不輸出電壓，不形成磁鏈矢量，稱之為零矢量。各種狀態形成的矢量在空間坐標系中的位置關系如圖2所示。括號內的二進制數依相序A，B，C表示開關的不同狀態，“1”表示上橋臂功率器件導通，下橋臂器件關閉；“0”表示的工作狀態與此相反。任意一個電壓空間矢量的幅值和旋轉角度都表示此刻輸出PWM波的基波幅值及頻率大小，它的相位則表示不同的脈沖開關時刻。因此，三相橋式逆變器的目標就是利用這8種基本矢量的時間組合，去近似模擬合成這樣一個磁鏈圓。

通常將一個圓周期6等份，并習慣地稱之為扇區。每一扇區又可繼續劃分為任意的m個小等份。當理想電壓矢量位于任一扇區之中時（如圖2所示），就用該扇區的兩個邊界矢量和兩個零矢量去合成該矢量，例如：當理想電壓矢量處于第一扇區時就由和兩個非零矢量以及零矢量合成，其他扇區依此類推。假設理想電壓矢量位于圖3所示的位置，依據正弦定理可以得到式（2）—式（4）。

式中：Us為逆變器輸出電壓矢量的幅值；

U1為非零矢量的幅值；

U2為非零矢量的幅值；

Ts為PWM周期；

t1為的作用時間；

t2為的作用時間；

t0為零矢量的作用時間；

|U1|=|U2|=…=Ud。

由于理想電壓矢量是由位于該扇區邊界的兩個非零矢量和零矢量合成，在實際合成時可采用每一個非零矢量分別發出兩次，零矢量則依次插入各個分割點的方法。例如：理想電壓矢量為，其合成步驟可以是：先發非零矢量作用t1/2時間，再發零矢量作用t0/4時間，而后發出非零矢量作用t2/2時間，接著發出零矢量作用t0/4時間。然后再依此次序重發矢量一次，就完成了整個合成過程。之所以采用這種合成方法是因為系統工作到低頻時，控制周期變長，而每個周期內非零矢量的作用時間又是一定的，也就是說零矢量的作用時間相應的變長了。于是就將一個周期中太長的零矢量分開成幾個零矢量，而后把它們均勻地插入到非零矢量中去，這樣既滿足了合成的要求，又有效地抑止了低速轉矩脈動。對于理想電壓矢量位于扇區邊界的這種情形，可以把它作為扇區的特例來處理，即有一個非零矢量的作用時間為0。

2系統實現

2.1主電路拓撲結構

主電路采用三相全橋逆變電路，其拓撲結構如圖4所示，逆變DC/AC部分為全控式逆變橋，電容C為濾波電容，其電容值的選擇與負載額定功率及直流側輸入電壓有關。交流電機變頻調速不僅要求輸出電壓為正弦波，而且要求電壓和頻率協調變化，即要求電壓V和頻率f要同時變化并滿足一定的規律，如V/f為常數，這樣才能保證異步電機轉子磁通在變頻調速過程中保持恒定。采用空間矢量PWM控制法驅動逆變橋，可以實現輸出電壓和頻率分別按各自規律變化，而且正弦波畸變小，響應速度快，控制簡單。2.2控制芯片

本系統采用MOTOROLA公司的電機控制專用單片機68HC908MR16（以下簡稱MR16）作為主控芯片，它是一種高性能，低成本的8位單片機。MR16內部集成有16K字節的可擦寫片內閃速存儲器FLASH，768字節的RAM；具有10位精度的10通道ADC模塊，其AD轉換時間最快僅需2μs，能夠在極短時間內完成多路采樣并進行高精度轉換；同時MR16含有一個可編程時鐘發生器模塊(CGM)，系統時鐘不僅可以直接由外部晶振輸入分頻得到，也可以先將晶振電路的輸出信號緩沖后再經內部鎖相環(PLL)頻率合成器提供；具有串行通信模塊SCI，它有32種可編程波特率，可以工作在全雙工或半雙工模式，通過SCI模塊能方便地實現系統與外部的實時通信。

MR16中頗具特色的部分是專門用于電機控

制的PWMMC模塊。該模塊可以產生3對互補的

PWM信號或6個獨立的PWM信號，這些PWM信

號可以是中心對準方式也可以是邊緣對準方式。

6個通道都有一個12位的PWM計時器，PWM分辨率在邊緣對準方式時是一個時鐘周期，而中心對準方式時是兩個時鐘周期，這樣邊緣對準方式的最高分辨率是125ns（內部工作頻率為8MHz）而中心對準方式的最高分辨率為250ns。當PWMMC模塊工作于互補模式時，模塊功能部件自動地將死區時間嵌入到PWM的輸出信號中，并可以根據感應電機的相電流極性輕易地翻轉PWM數據。PWMMC模塊還含有4個故障保護引腳FAULT1～FAULT4，當任意一個故障保護端口為高電平時就封鎖相應的PWM輸出引腳。例如,當系統過流時，就置位FAULT引腳封鎖所有PWM輸出，這樣就封鎖了IGBT的驅動電路，從而實現了過流保護功能。為了避免由干擾引起的誤操作，MR16的每個故障引腳都帶有一個濾波器，并且所有的外部故障引腳都可由軟件配置來再使能PWM，這些都給軟件設計帶來了極大的方便。

2.3PWM波形成本系統利用MR16單片機中的PWMMC模塊，實現PWM波形的生成。在初始化時將其設置為3對互補工作模式，即同一橋臂上的兩路PWM信號是互補的。為了防止同一橋臂上的2個開關管直通，在無信號發生器DEADTIME的死區時間寄存器DEADTM中設置了2.5μs的死區時間。系統采用4MHz的外部晶振，由程序選擇內部鎖相環頻率合成器產生8MHz內部總線時鐘。同時設置載波頻率為9kHz，并將其寫入PMOD(H:L)寄存器。PWM波的實時脈沖寬度的計算都是在中斷服務程序中完成的，每當PWMMC模塊中的PCTN(H:L)計數器計數至PMOD(H:L)中的數值時就引起一次中斷。預先將一個扇區（60°）的正弦值擴大一定倍數后制成正弦表格存入FLASH中，每次進入中斷后都從表中取出一個正弦值，經過相?的計算后將結果送入PVALX(H:L)寄存器中，單片機將PCTN(H:L)中的值與PVALX(H:L)中的值進行比較后自動產生PWM波，而后依次送入相應的PWM輸出通道，完成PWM波的輸出。采用軟件方法實現PWM波的原理如圖5所示，它對應于圖1的第1扇區。當位于不同的扇區，不同的PWM周期時，它們的值都不相同，都是實時變化的。同樣，賦給每一個PVALX(H:L)寄存器的值也就不盡相同。這種產生對稱PWM波形的方法，每個PWM周期都開始和結束于零向量，并且000和111的持續時間相同；同時，除了占空比0％和100％外，每個周期內各橋臂通斷兩次，而且對于一個扇區來講，橋臂的通斷都有一個固定的順序。

2.4串行通信

系統采用串行通信設計了相應的監控系統，使其具有良好的人機界面。其中逆變系統和監控系統均采用MAXIM公司的串行接口芯片MAX3082，通過標準RS485總線準確實時地實現了相互的串行通信。同時，運用光耦隔離的辦法增強了系統的抗干擾能力，提高了通信的可靠性。雙方約定波特率9600bps，工作于半雙工模式，并采用校驗和的校驗方法檢驗數據通信的準確性。MR16工作頻率設為8MHz，初始化程序如下：

MOV＃＄50,SCC1；每一幀10位數據，

啟動SCI模塊

MOV＃＄0C,SCC2；發送器和接收器使能

MOV＃＄00,SCC3；屏蔽出錯中斷

MOV＃＄30,SCBR；設置波特率為9600bps

2.5軟件設計

系統軟件采用模塊化設計，包括初始化模塊，讀X5043模塊，保護模塊，通信顯示模塊，PI調節模塊，軟啟動模塊以及中斷模塊等。其中除中斷模塊在中斷服務程序中完成以外，其他均放在主程序中完成。主程序流程如圖6所示。

篇（3）

二、品牌專賣店展示空間設計的視覺要素

品牌專賣店展示設計是依賴于視覺形象而存在的，從外在的空間造型到內在的文字、圖形內容，再到展示的載體、材料、設備，都因視覺的共性而富于清晰化，而展示設計的根本目的是使觀者在有限的時空中最有效地接受相關信息，感受某種氛圍，從而獲得一種心得體驗。視覺為生理的機能，感受和體驗為心理的機能，這些感受和體驗都是依賴于人的視覺而產生的。因此，筆者認為由視覺要素引發的心理的發散和共鳴是我們進行研究人的視覺生理和心理過程是展示設計的基本前提。

1.展示空間的空間形態

空間形態是品牌專賣店空間展示設計師所要掌握的首個視覺要素。如何進行空間的分割，分割必須牽扯到形態，而不同的形態給人的感受是完全不同的。應當充分理解不同形態的特點來進行設計，由此產生不同的設計風格與藝術效果。筆者認為主要通過基本空間形態與常規空間形態進行設計。基本空間形態主要通過直線、曲線、圓形、三角形及矩形的運用。直線在幾何學中代表兩點之間最短的距離、具有非常強烈的視覺張力。在品牌專賣店展示設計中直線是最基本的設計手法之一。使用得當的直線，能夠取得明確的引導消費者視線的效果。曲線則可以豐富整體設計效果，打破單純直線所造成的理性、嚴謹的氛圍。在實際設計過程中，如果結合使用曲線和直線，能夠產生豐富的對比效果。在展示空間設計中，設計師還可利用圓形作為視覺中心，因為圓是一個連續曲線包圍形成的形態，具有很好的適應性和協調性，并可與矩形、直線等設計元素在幾何關系上形成強烈的對比，突出產品展示。

2.展示空間的視覺色彩

展示空間的視覺色彩設計具有豐富的表情和魅力。不同品牌專賣店的展品有著各自不同的特殊性，需要用不同的色彩情感進行氣氛的烘托、渲染展品所處的環境，使其特殊性更加具有鮮明性。設計中運用色彩的對比與協調，通過對展品色彩之間，背景與展品之間的相互呼應，通過運用色調的統一性與韻律性及節奏性的多種結合方式烘托品牌專賣店的展品，能夠使展品在觀者中獲取最佳的視覺效果與心理效果。展示空間的視覺色彩設計首先要根據展品的特殊性確定品牌專賣店展示空間的主色調及其色彩的相互之間的搭配關系。展示空間的色彩設計一般要求色調比較柔和，便于將觀者的注意力集中在展品的中心上。色彩設計要盡量避免用多種顏色而產生雜亂無序感，在顏色選擇方面應運用色彩明度的對比，來加強顏色與顏色之間的對比色調。色彩對比運用的是否恰當直接影響展品展出的效果。

3.展示空間的材料質感

材料是展示空間設計的最基礎的物質材料，任何形態的設計都必須通過不同的材料來進行體現。在設計過程中，選擇不同的材料，不同的加工方式都會給觀者或者消費者不同的視覺效果及心理感受。在材料選擇方面主要是通過材料的不同質感，光滑、粗糙、堅硬、柔軟、透明能夠使消費者產生的心理聯想，不同材料的質感所給予消費者不同的視覺感受，這些將成為品牌專賣店展示空間設計的重要組成部分，承載著傳遞商品不同文化內涵與品質。

4.展示空間的照明設計

在品牌專賣店展示空間設計時，對環境氣氛的烘托主要是通過照明設計來達到滿足觀者及消費者對展品的照度要求，既要符合觀者的視覺習慣，同時又要保證展品的展出效果，主要是通過運用照明的手段，渲染展品的氛圍。可以利用照明設計體現展品的造型豐富的變化，通過照明設計可以深入表現空間構成物的形的基本特征，可以在不同程度上通過光的變化改變某些材料的特殊質感。在照明設計的配光方式中，通過區位對照明燈光進行分布，主要分為頂光、測光、逆光、底光等，照明的功能可分為主光、輔助光、氣氛光等。在品牌專賣店照明設計中，經常采用展示照明燈具，其中包括吸頂燈、吊燈、射燈、軌道燈、和壁燈、鑲嵌燈等。在展示照明設計中，通常不采用帶有顏色的燈光，因為有色燈光的使用會使展品的原始色彩發生變化，會影響某些展品所需表達的特定氛圍。

篇（4）

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）26-0201-02

The Design And Implement Of Video Monitoring System Based On Embedded Linux

HE Yi

（School of Information Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China）

Abstract： With the rapid development of Internet， embedded network video monitoring is hotspot that attracting extensive attention in the present， and have involved in all fields， so the research for the video monitoring system has a certain significance. So in the direction of video monitoring， this paper proposes a system design scheme， The system using the Linux as operating system， S3C2410 as development platform and Collecting video image data by USB camera， after compression coding， the video image data is transmitted to the video server and client through the network， achieve the basic monitoring function.

Key words： video monitoring； embedded； camera； video compression； video capture

1 概述

在當前科技迅速發展的環境下，視頻監控系統已經在安防、交通監控和家居生活等重要領域得到了廣泛的應用。視頻監控系統經過了三個發展階段，第一是基于模擬攝像機的模擬視頻監控系統階段，第二是基于PC 端的數字視頻監控階段，第三是基于嵌入式Linux的網絡視頻監控系統階段[1-2]。傳統的模擬視頻監控系統存在傳輸距離和系統數據量有限、圖像質量低和不易擴展等不足，數字監控系統雖慢慢取代了模擬視頻監控系統，但其本身也存在視頻前端采集復雜、系統穩定可靠性差等局限。網絡視頻監控系統在各類技術的不斷發展的基礎上也在不斷發展中。在網絡技術快速發展的趨勢下，通過網絡傳輸視頻圖像[3-5]，是目前實現視頻監控最好的方法。本文設計并實現一套以S3C2410為開發平臺，以Linux為操作系統的基于嵌入式視頻監控系統，客戶端只要和監控終端在同一局域網內均可實時監控。

2 系統整體設計方案

該嵌入式視頻監控系統以Linux系統和S3C2410開發板作為系統核心平臺，由在前端的USB攝像頭實時采集視頻數據，經壓縮編碼后通過TCP網絡傳輸到后臺服務器，客戶端可實現實時監控。此系統主要由視頻服務器端和客戶端組成；服務器端包括視頻圖像采集模塊和TCP網絡傳輸模塊，它們的職責就是將視頻數據進行壓縮、編碼后通過TCP網絡傳輸到遠程終端設備上。客戶端主要實現遠程終端設備的視頻顯示。

3 系統硬件設計

在該系統中，硬件結構包括視頻圖像采集模塊、視頻服務器模塊和TCP網絡傳輸模塊。視頻圖像采集模塊主要完成視頻數據的實時采集，ARM開發板通過攝像頭采集獲取視頻圖像數據，然后進行壓縮存儲和處理，然后通過網絡傳輸模塊將視頻數據傳輸到遠程移動終端上顯示。

4 系統軟件設計

軟件部分的設計主要包括：嵌入式Linux系統的裁剪和移植、視頻圖像的采集、視頻的網絡傳輸以及客戶端網絡連接程序。系統的裁剪和移植等技術本文不再作詳細的論述。以下主要介紹視頻圖像采集模塊和網絡傳輸模塊的設計。

進行視頻采集[6]必須加入video4Linux模塊，要從攝像頭設備中采集視頻圖像幀，必須依靠此模塊所提供的接口。video4Linux是攝像頭設備的相關內核驅動，它為攝像頭提供了編程所需的最基本的接口函數，比如ioctl（）函數、打開函數、寫函數和讀函數等的實現。并把它們定義在file_operation中，當應用程序對設備文件進行打開讀寫等一系列系統調用的操作時，系統將通過此結構去訪問內核驅動程序[7-9]所提供的一些基本函數。video4Linux中的數據結構為視頻采集提供了各種視頻圖像的相關數據信息，其中包括有：

video_window ：包含獲取的視頻圖像區域的基本信息

video_capability：包含設備信息，比如設備的分辨率范圍、設備的名稱和信號的來源信息等

video_picture：包含了所獲取圖像屬性；

video_channel：各個信號源的屬性；

video_mmapf：用于內存映射；

video_mbuf：包含映射的幀的屬性和信息，比如所支持的最多幀數、每一幀圖像的大小和每一幀圖像相對基址的偏移等屬性；

video_buffer：最底層對緩沖區的描述。圖3為整個的視頻圖像采集流程，視頻圖像的采集程序包括以下流程，一是初始化設備，二是打開設備，三是獲取視頻設備和視頻圖像信息，四是圖像參數設定，五是視頻圖像采集。

視頻數據網絡傳輸模塊本文采用B/S模式，以此模式來實現網絡視頻監控。本文采Boa來搭建Web服務器[10]。Boa 有它自己的特點，首先它支持CGI；其次它是單任務的，它與傳統的web服務器不同，第一，對于每一個連接，它不會去重新啟動一個新的進程，第二，對于二個或者多個連接，它也不會去啟動多個對自身的復制；再次，對于所有在進行活動的連接，Boa只會在內部對它進行相應的處理，而且，對每一個CGI連接，它都會重新去開啟一個進程。Boa支持的CGI公共網關接口適用于各種不同的平臺，是用戶應用程序與Web服務器最常用的通信接口。

5 系統仿真和測試

本文提出的構架方案和實現方案已經通過測試。客戶端監控界面如圖4所示。整個系統開發不僅簡潔，而且高效，同時成本比較低，穩定性非常可靠，能夠被移動設備應用，實現實時視頻監控。

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中圖分類號：TP311.52

1 論文研究背景及意義

如今嵌入式系統在電子信息領域的發展已經越來越獲得了國內外各類廠商和用戶的一致關注，嵌入式系統已經越來越多的影響到人類的日常生活、工業自動化生產、高科技產業等諸多領域。嵌入式系統以其特有的專用性和便宜性大大沖擊了傳統以PC機位主導的電子信息產業，是的電子產業的發展出來了新的契機，在市場上獲得了普遍的認可和追捧，其價格低廉，操作個性化、簡易化，符合針對不同用戶不同的需求，而且由于嵌入式系統這些年來的不斷發展和成熟，尤其是微軟公司專門針對嵌入式系統開發的Windows CE系統和目前普遍使用的開源的嵌入式Linux系統都在對硬件的支持和圖形界面的應用方面取得豐厚的成果，使得嵌入式系統的競爭優勢越來越突顯出來。而本文之所以選擇嵌入式Linux系統作為開發的軟件系統平臺，也是從其開放性的角度考慮的，嵌入式Linux系統基本上是免費的，所以大大降低了開發成本，搭建了一個更為可靠的、實用的、高效的管理平臺，為后期的軟件開發奠定了堅實的基礎。

2 監控系統技術應用現狀

視頻監控系統在通信、醫療、金融、安保等諸多領域有著廣泛的使用。視頻監控系統在國內也獲得了廣泛的推廣，國家以及企業、個人的投入越來越多，視頻監控技術的發展對于金融安全、人身財產、社會治安等方面的貢獻也越來越大。隨著社會的發展視頻監控系統也越來越多的獲得廠商的青睞，在國內也出現很多具有國際競爭力的知名品牌，如海康威視、大華、天地偉業等，以其一流的技術占據著國內大部分市場。視頻監控系統一般有兩個部分組成，即視頻服務器和視頻客戶端，在研究的過程中必須對這兩部分進行軟件的開發和管理，建立好通信機制，設計好正好工作流程。按照視頻流的數模特性來劃分，模擬視頻監控系統和數字視頻監控系統構成了視頻監控系統目前最主要的兩個技術方向。視頻監控系統技術在未來的發展中得到更多功能方面的擴展，如無線視頻網絡、智能識別視頻系統等方向。

2.1 平臺選擇

本論文的硬件平臺選用s3c2410開發板，操作系統內核采用Linux2.6內核，本論文硬件平臺采用的主要硬件是s3c2410開發板。該板是韓國三星公司已經比較成熟的產品，在硬件配置方面基本滿足本文的需要。采用Linux2.6內核的主要原因是這個內核版本經過較長時間的推廣和完善，無論是對本文所需的視頻監控系統硬件驅動還是軟件系統的開發，都會有很好的支持，而且運行穩定，符合視頻監控系統的要求。

2.2 USB視頻設備驅動的實現

本論文的USB視頻設備驅動運行在嵌入式環境下，對視頻圖像處理能力有限，所以本驅動程序不支持V4L中VIDIOCGPICT和VIDIOCSPICT接口。原始的圖像格式與攝像頭采集到的格式是一致的。

2.2.1 USB視頻設備驅動實現待需解決的問題

USB視頻設備驅動的實現需要解決如下幾個問題：對USB視頻設備的端點類型和端點號、一副圖片的結束等具體數據的判定。

（1）確定USB視頻設備的端點類型和端點號

從開發板的硬件支持角度來分析，使用USB接口作為視頻監控系統的數據接口是比較合適的選擇，而Linux系統也為USB接口提供了強大的支持，通過視頻監控系統的USB驅動對USB設備的操作實際就是對某一端點的操作，而端點又進一步的被定義為控制、中斷、同步、塊四個種類，每一個USB設備都具有特定數日的端點、特定類型的端點以及端點號確定的特點。因此在進行USB視頻設備驅動開發之前，USB視頻設備的端點類型、端點數日以及端點號需要在設計時設置。

（2）判斷一副圖片的結束

圖像數據在于USB核心是連續的數據流，而一副圖像的開始和結束并沒有嚴格的界定出來，如果沒有對這些數據進行標識，那么在系統看來這些數據就是一些單純的數據流，是沒有意義的數據，對圖像就不能進行正確的識別和存儲，因此需要利用緩存技術，工作的原理就是USB視頻設備驅動從連續的數據流中獲取圖片信息，通過緩存保存起來。而保存在緩存中的數據流并沒有提供圖片信息的開始和結束的標識，這個時候攝像頭的數據格式有對圖像信息的開始和結束的定義和標識，雖然不同廠商的芯片對標志有不同的定義，導致沒有一定的規律可循，但是在沒有統一的標準的情況下，具體的定義可以由對應的驅動程序來代替，通過不同的數據格式的定義對標識過的圖像信息逐一提取，就獲得我們所需要的圖像，如使用JPEG格式的圖像，就可以從標示符Oxff Oxd8開始認定一副圖片的起始。

（3）提高USB的數據傳輸速度

在Linux系統中urb來實現USB的數據通信。通過擴大urb的緩沖，提高速度，提高有效數據的傳輸速度。

2.2.2 USB視頻設備驅動具體實現

視頻設備驅動層處于上層應用和USB子系統之間，不同的USB設備在軟件上的差異主要體現在該層。該層主要要完成兩個方面的工作：上層應用所需接口函的調用、接口函數供USB子系統回調。在本視頻設備驅動函數中，如open函數、read函數、close函數和ioctl函數，構成了USB子系統主要的數據傳輸，而probe函數和isoc irq函數實現了子系統的回調。上層應用和USB子系統的通過函數調用接口的關系如圖1所示。

圖1 接日函數的調用關系

圖2 接日函數關系圖

圖2是這幾個接口函數的關系圖，參數信息，如分辨率、幀速度、圖像格式等數據存在全局內存空間1中。而圖像數據的相關內存空間則保存在全局內存空間2中。同時以環形緩沖區的方式保存圖像的存儲空間，環大小為兩幀圖片大小。

2.3 網絡視頻監控系統的軟件設計

本文主要通過Linux的多線程機制和Socket機制實現了視頻服務器。視頻壓縮采用了H.263壓縮標準，壓縮以后的數據以AVI文件格式保存。視頻服務器主要向USB視頻驅動發出讀取數據的請求，數據發被服務器送給需要數據的客戶端。主要體現出處理多個客戶端的同步和共享的問題，而采用Linux的多線程機制就可以解決這兒問題，在Linux的多線程機制中一個主線程、一個讀取視頻數據子線程、其他客戶端通信子線程構成了視頻服務器主要組成部分。

2.3.1 主線程邏輯

首先通過主線程對攝像頭進行初始化，同時讀取視頻數據子線程將被啟動，進一步打開服務器端Socket，等待客戶端的連接，客戶端發送請求并由服務端接收，這樣客戶端通信子線程就生成了，用于和客戶通通信的線程就生成了。

2.3.2 兩類子線程序通信邏輯

視頻服務器包括了兩類子線程：讀取視頻數據子線程、客戶端通信子線程。就像正常的程序的讀寫功能一樣，視頻服務器對數據的讀寫分別依靠讀取視頻數據子線程和客戶端通信子線程，兩類子線程的通信邏輯是讀寫功能的擴展，讀取視頻數據子線程完成寫的功能，戶端通信子線程執行讀的功能，這樣在視頻服務器中就完整的體現了讀寫的邏輯功能。

2.3.3 讀取視頻數據的子線程

讀取視頻數據的子線程的主要功能是從設備驅動中用read方法讀取一幅圖片的數據，并把數據拷貝到環形共享緩沖區當中。

2.3.4 客戶端通信的子線程序

首先把視頻數據看作是一幅幅圖片數據的重復，為了在客戶端能夠定位一幅圖片的結束和下一幅圖片的開始，在每幅圖片數據的開始前插入定長的picwe header結構，其中的size字段告訴客戶端當前圖片數據的長度。從設計的角度來看我們希望客戶端能夠隨時、方便的控制服務器端，控制攝像頭的方位、攝像頭的焦距、圖片的分辨率等因素，只要在客戶端到服務器端的方向上定義一個數據流，負責兩端的通信和數據的控制，而從數據流的結構來看，我們可以認為這個數據流是message結構的重復。

2.4 視頻客戶端的實現

2.4.1 視頻客戶端功能需求

由于C/S架構的一些特性，如C/S架構管理模式更加規范和高效比較適合視屏監控系統的應用，所以本論文選擇了C/S架構作為客戶端的實現方法。視頻的播放、視頻的壓縮存儲的功能就是在采取C/S架構的客戶端下實現的。在windwos下有兩種類型的線程：窗口線程和工作線程。窗口線程有自己的消息隊列，而工作線程在系統看來就是調用執行函數的過程，系統為線程提供接口、緩存等系統資源，線程在執行函數的結束后就自動釋放占用的系統資源。

2.4.2 圖像的顯示

本論文選擇VFW作為客戶端的視頻開發技術，VFW在微軟公司的不斷開發下，已經成為一個很強大的軟件開發包，能為視頻監控系統提供一整套的功能服務，其功能模塊主要包括AVICAP，MCIAVI，MSVIDEO，AVIFILE，ICM，ACM等6個模塊，在VFW的支持下，包括視頻圖像的捕捉、播放、壓縮和存儲等功能都可以逐一實現。客戶端利用AVICAP模塊執行捕獲視頻的函數為AVI文件輸入輸出和視頻設備驅動程序提供一個編程接口，AVICAP模塊獲取到屏幕上的視頻操作以后需要通過MSVIDEO模塊來處理，而MSVIDEO模塊主要調用的函數是DrawDib函數，而MSVIDEO模塊把通過網絡接收到的圖像數據以特定格式進行顯示。MCIAVI包含對VFW的MCI命令的解釋器。AVI文件則通過AVIFILE支持標準多媒體I/O函數所提供的更高的命令來訪問。ICM管理用于視頻壓縮、解壓縮的編解碼器。ACM功能模塊用于波形音頻壓縮、解壓的編解碼器的管理。DrawDib可以把DIB畫在屏幕上，使用了BITMAPINFO數據結構。

2.4.3 圖像的壓縮

圖像的壓縮采用H.263標準，H.263壓縮算法的核心函數包括了對幀內壓縮的CodeOneIntra函數和對幀間壓縮的CodeOneOrTwo函數。CodeOneIntra函數實現了圖像像素宏塊的劃分。CodeOneOrTwo函數一首先定義了一個二維數組MV，其變量類型為MotionVecto：結構體，用來保存每一宏塊的運動矢量。

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目前，視頻監控系統廣泛運用于日常生活中，已成安全防范系統重要組成部分。但是在視頻監控中最常見的一大困擾就是監控拍攝下人物影像模糊不清，人像無法辨認。本論文在分析監控視頻中模糊人像成因的基礎上，研究使模糊人像還原的技術。

1 視頻監控中造成人像模糊的原因

1.1 環境因素

影響監控錄像中人像清晰度的一個關鍵因素就是環境。光照、天氣、現場光源與攝像機的位置等都會影響到視頻圖像的質量。比如夜間拍攝的圖像往往較暗，曝光不足，導致人臉無法正常分辨。夜間拍攝也常常遇到逆光、反光等現象，明暗對比強烈也會導致系統識別能力下降。另外，遇到一些特殊天氣，比如：大霧、大雨、沙塵等天氣，能見度低，在這種情況下拍攝的圖像對比度低，整體偏灰白色。

1.2 拍攝角度

用于視頻監控的攝像機往往安裝在高過人物頭頂的位置，拍攝角度基本是俯拍。這樣就會造成拍攝出來的畫面會產生一定程度的失真，變形扭曲，高寬比例失衡，人像拉伸扭曲。視頻拍攝出的畫面也是中景、遠景較多，這些畫面用來識別人像特征較困難。特別是人物臉部特征不清楚，人像定格放大后往往模糊不清。

1.3 運動模糊

視頻監控拍攝不是靜物拍攝，畫面中的人物往往處于運動過程中。快速運動會導致像素變化從而出現模糊人像。然而運動的現象是在視頻監控中無法避免的，無論是中心人物的快速移動還是背景的快速運動都會造成模糊。

綜上所述，由于各種因素的影響，視頻監控拍攝的人像無法直接用于辨認，需要通過一定的技術對畫面進行還原處理，得到清晰可辨認的人像。

2 模糊圖像預處理

目前，要將模糊圖像清晰化主要有兩個辦法，一是圖像增強技術，二是圖像復原技術。要達到最好效果可將兩者結合起來，綜合運用。本論文研究將模糊人像還原技術首先是要使用圖像處理工具對模糊的圖像進行預處理，得到盡可能清晰的圖像。目前針對圖像處理，最專業的一款軟件就是Photoshop。Photoshop有強大的圖像編輯功能，是進行模糊圖像預處理最好的工具。根據上文對模糊人像成因的分析，對模糊圖像預處理主要是以下兩方面：

2.1 改善圖像對比度低、曝光不足的問題

針對人像與背景對比度較低的圖像，在Photoshop中可利用“圖像”――“調整”菜單中的色階、色相/飽和度、亮度/對比度來調整人像與背景的色差，使人像與背景對比更加明顯。對于圖像曝光不足，可使用Photoshop中的“曲線”和“色階”工具來解決。通過調整參數值使圖像盡可能達到理想效果。

2.2 改善模糊和雜色問題

在增強圖像對比度后，圖像仍然模糊，可通過Photoshop中的“銳化”工具來增強清晰度。銳化工具有：“USM銳化”、“進一步銳化”、“銳化”、“銳化邊緣”和“智能銳化”。通產情況下，可使用“USM銳化”，USM有三個可調節參數：數量、半徑、閾值，綜合使用上述三個參數，增強圖像的清晰度。模糊圖像往往帶有雜色，可以使用去噪工具讓圖像平滑。銳化和去噪是兩個在理論上相反的過程。銳化過度會有雜色，去噪過度又會清晰度下降，要綜合調整“銳化”和“去噪”，才能達到最好的效果。

3 人像模擬

為取得清晰的人像，畫面處理與人像模擬應該結合起來。在人像經過預處理后，往往圖像還不能達到滿意的效果，這時可以通過人像模擬對人像進行還原，以達到最好的效果。在人像模擬還原過程中應該注意以下幾個技術要點。

3.1 提取人物多角度畫面

在進行人像模擬時，處理者應在同一場景中選取多幅人物不同角度較清晰的畫面，或者從不同場景選取同一人物多幅畫面。從眾多圖像中提取信息量相對豐富的，相對穩定的畫面進行人像還原，最好是提取多幅能夠信息互補的圖像，通過融合多幅圖像中互補信息來得到一幅分辨率高、噪聲低的圖像。

3.2 抓住關鍵特征完成人像還原

在獲得人像足夠的面部五官信息后，可以著手對人像進行模擬還原。在還原過程中，可充分利用預處理后的圖像，盡可能獲得更多的信息。處理者要對預處理后的圖像反復觀察，綜合全面地運用所有獲取的人像臉部結構信息。還原過程不是對人臉五官簡單拼湊，一定要抓住人物面部的關鍵特征，包括骨頭、肌肉與五官之間的緊密聯系。必要的時候處理者還可以到現場實地勘察，結合現場攝像機的拍攝角度，相同時間相似天氣的光線角度，人物與攝像機之間的距離等以獲得最準確的信息。還原過程中要把握從整體到局部的原則。把握住人像的臉型、骨骼、胖瘦等基本特征。首先確定臉型，畫出面部肌肉起始點位置。依照顱骨上的眼眶、梨狀溝、牙床定位好五官的位置和大小。將肌肉表皮與五官相連，注意好臉部表皮的起伏程度，并按照連接后的形狀位置和起伏程度來盡可能地還原人像的基本體貌特征。

在視頻監控系統中，研究使模糊人像變清晰的方法是十分必要的。本論文將圖像技術與模擬畫像技術相結合可以很好地還原監控中的模糊人像，得到清晰的、可供辨認的人像。

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1 前言全球眼網絡視頻監控業務是由中國電信推出的一項完全基于寬帶網的包含圖像遠程監控、傳輸、存儲和管理的增值業務。該業務系統利用中國電信無處不達的寬帶網絡，將分散、獨立的圖像采集點進行聯網，實現跨區域、全國范圍內的統一監控、統一存儲、統一管理、資源共享，為各行業的管理決策者提供一種全新、直觀、擴大視覺和聽覺范圍的管理工具，提高其工作績效。同時，通過二次應用開發，為各行業的資源再利用提供手段。

網絡視頻監控的業務類型主要有如下三種類型：用于安防的數字圖像監控、用于業務的視頻監控和用于關注點和娛樂的實況點播。這樣，網絡視頻監控的客戶對象將定位在大眾、企業用戶、行業用戶以及政府職能部門之間。

2 系統體系架構2.1 系統設計全球眼作為一個公眾網絡監控系統，在設計上要充分考慮其高可靠性、可用性、可伸縮性、可維護性、可管理性、可運營性和高安全性，做到系統運行穩定，擴容升級方便，業務開展靈活。該系統不僅能夠拉動中國電信寬度接入業務，而且通過提供監控增值業務，發現了全新的業務增長點。

2.2 系統主要功能全球眼系統是一可運營的公眾網絡監控平臺，業務承載于公眾互連網。借助于網絡接入，用戶通過該平臺可以隨時隨地監控授權的區域，使用平臺提供的網絡視頻監控業務。前端提供網絡攝像機、數字視頻服務器（DVS）、各種報警控制器、燈光控制器等的接入，使用戶可以遠程實時獲取各種“現場”信息，提高工作效率。同時，系統充分考慮實際需求，提供強大的實時媒體轉發服務，使多點可以同時觀看同一或者不同的視頻。對于關鍵的媒體數據，系統提供分布式及集中式兩種存儲功能，將歷史數據進行保存，使用戶在需要時可以回放感興趣的數據。

系統主要功能可以歸結為：網絡化監控、數字化存貯、遠程圖像實時調度、多對多實時監控、多對多歷史回放、集中管理控制、靈活的計費方式、可區分服務以及可控業務管理。

2.3 系統總體結構根據總體的設計原則及設計目標，系統采用層次化的設計思想，主體框架基于C/S體系構架，同時提供B/S摸式的用戶Web接入。將系統分為四層如圖1所示，由上及下分別為：業務支撐層（BSS）、運營支撐層（OSS）、交換層、接入層。部分服務采用集群技術平滑擴容，同時起到負載均衡及N＋1熱備的作用。

將系統體系結構框圖用網絡分層圖表示如下，從該圖中可以看到系統的網絡層次結構情況，BSS層主要承載于電信內部DCN網上，OSS層及交換層主要運行于中國電信的公眾寬帶網上（ChinaNet），用戶及設備主要通過電信寬帶接入，或直接處于公網上，或處于NAT后面，或通過Proxy接入。

圖1 系統四層架構圖

從功能及體系構架上分，該系統的三個核心層有如下功能：

BSS層（業務支撐）：

主要實現業務管理服務（BMS），營帳管理服務（BAMS），服務商管理服務（SPMS），客服系統服務（CSSS），運營維護服務（OMS）。BSS層使用對象為平臺運營商，運營商借助該層提供的服務，可以定制新業務的資費、營銷策略，并可以對第三方服務提供商進行跟蹤管理，該層與中國電信原有的97系統進行對接，可以做到統一業務前臺，統一客服（10000號客服系統），統一運維，對業務開展進行全方位的管理、跟蹤、監控。全球眼BSS系統面向電信業務管理人員，提供局方對全球眼業務的受理和管理功能，主要功能包括：業務處理、業務數據管理、報表管理和系統接口管理。全球眼BSS系統包含7個功能模塊：業務受理、帳務管理、客戶管理、維護管理、報表管理、產品管理和系統管理。系統分為五層，即客戶層、接入層、邏輯處理層、資源集成層、接口層。如圖2所示。

圖2 軟件體系結構示意圖

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一、引言

當前隨著城市化的不斷推進，城鎮居民住宅小區大量興建，改善了城鎮居民的居住條件。但由于新建小區地域廣、面積大，人口高度密集，住戶成份復雜，安全防范設施不完善，已成為城市刑事案件的高發部位。

居民小區安全防范工作事關社會和諧安寧，而居民小區是入室盜竊、詐騙、故意傷害等違法犯罪行為多發的地方。加強城鎮居民小區安全技術防范系統，特別是視頻監控系統的建設，對于提高居民小區安全防范能力，保護人民群眾生命財產安全，推進平安城市建設具有十分重要的意義。

二、視頻監控系統在居民小區中的犯罪預防和發現功能

1.威懾違法犯罪分子。視頻監控探頭可以對監控區域進行全方位掃描和小范圍監視，在監視區域內不受時間、空間和天氣的影響，對案件高發區進行治安巡查，及時掌握監控區域內的情況。居民小區中，在視頻監控覆蓋的區域，被拍攝到的人或物都會通過視頻監控系統儲存到電腦之中，一旦有人在視頻監控范圍內進行違法犯罪，那么無論他將證據掩藏的多么好，他的行為都會有跡可循，這在無形中為企圖進行違法犯罪活動的犯罪分子增加了犯罪成本和風險。

2.有利于建立快速反應機制。運用視頻監控，我們能夠及時發現警情，有效掌握社會治安動態，實現視頻監控系統與應急處置力量的有機結合。2012年12月20日，北京市公安局海淀分局西山派出所就依靠視頻監控破獲了一起入室盜竊未遂案件。2012年12月20日凌晨2時許，西山派出所民警在居民小區附近例行巡邏時，所內的監控室發現三名男子在居民小區內的一所超市附近東張西望，行跡可疑。民警快速反應，前往現場，發現這三名男子已進入超市正在行竊，遂對三名男子進行抓捕，從而成功避免了一起入室盜竊既遂案件的發生，保護了公民的人身財產安全。

3.重現犯罪現場，提供犯罪證據與線索。通過視頻監控的合理運用，我們可以利用事后調取監控視頻的方式尋找線索。視頻監控系統，一方面可以對實時發現的可疑情況進行跟蹤拉近拍攝和錄像固定，清晰得記錄車輛特征和嫌疑人的體貌特征。另一方面可以通過倒查的方式，調取案發地點相關區域和犯罪嫌疑人可能來往的路線的視頻監控，發現犯罪線索，獲取相關證據，追蹤犯罪軌跡，鎖定目標，為偵查破案提供正確的方向。2012年的2月，北京市朝陽區發生一起搶劫殺人案件，犯罪人在實施犯罪后穿過被害人所居住的社區逃跑。警方通過調取社區內的所有監控視頻，發現了犯罪人的逃跑路線，并進行追蹤，最終在某網吧的監控視頻中獲取了犯罪人清晰的面部和體貌特征，由此鎖定并抓獲了犯罪嫌疑人。

三、視頻監控系統在當前我國居民小區中的功能發揮情況

（一）我國居民小區類型

當前我國城市居民小區從安全管理模式角度看，主要可以分為三類：開放式，半開放式和全封閉式。全封閉式小區是指四周有屏障，且小區出入口24小時有物業保安值守，非小區人員進出實行登記制度的小區。半開放式小區一般都有人力安全防范，以保安為主要力量，其他輔以義務巡邏隊，還有公安機關的路面巡邏警察力量。小區有屏障將住宅區與外界相隔離，但出入口較多，無專人全天候進行安全防范，安全力度低。開放式小區則是指沒有封閉圍墻作為屏障的住宅樓區，主要有兩種類型。一種是開放式老舊小區，另一種是采取視頻監控全覆蓋的開放式小區。開放式老舊小區主要是指90年代以前建成的小區，只有最簡單的物防措施，如在圍墻上用水泥固定玻璃片等，居民家中的安全防范主要依靠防盜窗和防盜網，房屋設施老舊、公共配套缺漏，處于無專人防范狀態。另一種是采取視頻監控全覆蓋的開放式小區，主要是指四周沒有圍墻將小區與外界隔開，但是采取了全方位覆蓋的視頻監控設備，輔以其他人防、物防設施對小區進行安全防范的小區。

（二）視頻監控系統在不同小區中的應用現狀

封閉型住宅小區在犯罪預防方面大量運用技防手段，電子監控設備遍布整個區域，視頻監控系統建設的規范化程度高，基本可以對整個小區的狀況進行實時監控，在發生違法犯罪案件后可以及時調取監控錄像，了解案發狀況，鎖定犯罪嫌疑人，有益于警方的深度偵查研判。

半開放式小區中視頻監控的普及率相對不高，安全性相對有所下降。而且在這類小區中，視頻監控設備常常只是擺設而已，對于視頻監控系統的操作并沒有專人來進行，沒有形成規范，物業、保安人員不知道如何操作系統，不知道如何調取監控視頻，有時甚至不清楚視頻監控設備是否正在正常運轉，視頻監控系統形同虛設。

開放式舊小區內居住的居民中流動人口比例較大，發案率也相對較高。由于建設時間較早，視頻監控的理念尚未普及，因此在這類開放式小區中，視頻監控設備基本是空白。采取視頻監控全覆蓋的開放式小區中，視頻監控系統的運用非常規范而全面，視頻監控室24小時有專人值守，建立起了快速反應機制，有效威懾了違法犯罪分子，遏制了治安案件的發生。

（三）視頻監控系統在城市居民小區現實運用中的不足

我國目前絕大部分的城鎮居住區在建造之初，規劃設計人員往往不了解環境設計對犯罪的影響，忽視了小區環境設計對于降低發案數，提升安全感的重要性，因此視頻監控系統的安全防范功能并沒有得到應有的發揮。有關統計顯示，涉及到視頻監控的案件的破案率不足百分之三十，這體現出我國目前的視頻監控系統仍存在許多不足之處。

1.設備分布不平衡，布局不科學。由于經濟發展水平的限制，視頻監控系統目前在我國的普及率仍然不是很高。不僅如此，視頻監控系統在布局上也存在著嚴重的不平衡現象。在黨政機關、企業、醫院、中心學校中，視頻監控密布，基本可以做到零盲區。而在一些老舊城區、城鄉結合部的小區，監控攝像頭的設置非常少，存在大片治安盲區。

2.技術落后，對光照條件要求高。目前我國的監控攝像頭雖然可以實現360度全方位的轉動，但是一個攝像頭一次只能監測一個方向，其余大部分的區域則是盲區，需要其他的攝像頭做為補充，存在死角。而且目前監控攝像頭的像素仍不夠高，民警調取查看時只能了解案發的全過程，很難判斷出當事人的面容特征。此外，早期的探頭還存在夜晚光線不足或是干擾光較多的問題，導致夜間監控視頻難以辨認使用。

3.視頻安裝位置不合理。許多安裝了視頻監控系統的地點往往安裝位置都比較高，容易被樹枝、樹葉所遮擋。且由于所處位置太高，視頻監控區域的標志太小導致人們很難注意到監控攝像頭的存在，造成一種此處沒有視頻監控的假象，這使得視頻監控設施本來具有的威懾力大打折扣。

4.監控視頻的傳輸效果與實時監控存在著一定差距。監控視頻通過網絡傳輸需要一定的傳輸速率，由于帶寬的限制，監控視頻從攝像頭傳輸到播放設備上有一定的時間差，這就造成反應時間的延遲，難以實現實時監控的效果。有的監控的系統時間和實際時間存在誤差，容易誤導偵查。

5.視頻資源整合度低。目前，我國城市市區內的大部分住宅小區都安裝了監控探頭，這對于發現案件是非常好的線索，但是，由于資源的不整合，公安民警在接到報案后不能馬上調取現場監控，而是要到案發現場通過物業部門才能調取監控，容易錯失寶貴的最佳辦案時間，降低辦案效率。

四、如何有效發揮視頻監控在居民小區預防和發現犯罪的作用

經調查了解到，居民小區的治安防范工作量大、面廣，為了維持居民小區治安的和諧穩定，我們必須將人防、物防、技防三者有機結合，尤其是要將技防和人防有機結合好。通過對各個派出所的犯罪案件數據的分析，發現凡是安全系數高的的居民小區，人防、物防、技防三者有機結合，尤其是技防方面，合理的布建不僅節約了成本，也充分發揮了視頻監控的震懾和監控作用，大大提高了小區的安全系數。

1.全面推廣視頻監控在小區中的應用。目前，在我國三種管理模式的小區中，由于經濟發展水平的限制，視頻監控系統總體來說分布不足，實現視頻監控全覆蓋的小區所占比例非常小，大部分小區在視頻監控系統的利用上都是非常不完備的，特別是開放式舊小區和半封閉式小區，視頻監控系統的利用基本是空白。在我國居民小區中，全面推廣視頻監控系統的使用是充分發揮視頻監控在預防和發現違法犯罪功能的前提和基本保障。

篇（9）

移動通信系統發展迅速，到目前已經歷三代。第一代移動通信系統(IG)為模擬系統，現己經淘汰。第二代移動通信系統(2G)始于上世紀90年代，系統中使用數字語音編碼技術代替了原有的模擬系統，根據標準不同主要采用了頻分、碼分、時分等多種多址接入技術。2G系統典型代表包括:歐洲的GSM、日本的PDC以及美國的IS-95。2G系統中數據傳輸采用電路交換方式，鏈路傳輸速率低。為了在移動通信系統中達到更高的數據速率、更快的接入速度，按數據流量而不是連接時間收費的目標，現今，移動通信系統己經發展到了2.5G系統(GPRS，EDGE，PDC-P)和3G(UMTS，CDMA2OOO)系統。

基于分組無線業務GRPS的視頻監控系統以其永遠在線、數話兼容、按流量計費、快速傳輸、短消息功能等特點具有其他監控信息傳輸方式無可比擬的優勢。

主要特點：高速數據傳輸、永遠在線、僅按數據流量計費。

最主要的是現在對學生手機卡，新入網的用戶都會有每月5M的免費流量，且GPRS服務會隨卡一起開通，而無需再重新開通。

具備普通手機的全部功能，能夠進行正常的通話，發短信等手機應用；具備無線接入互聯網的能力；具備PDA的功能；具備一個具有開放性的操作系統，在這個操作系統平臺上，可以安裝更多的應用程序，從而使智能手機的功能可以得到無限的擴充；具有人性化的一面，可以根據個人需要擴展機器的功能；功能強大，擴展性能強，第三方軟件支持多。

本文采用的為NOKIAN73，它使用的操作系統是Symbian，且有著良好的操作界面，采用內核與界面分離技術，對硬件的要求比較低，支持C++，VB和J2ME，兼容性很好。

1系統總體結構

移動視頻監控系統主要由前端監控設備（采集端）、傳輸網絡(GPRS網絡與公共數據網)、監控終端（客戶端）組成。如圖1所示。

圖1系統結構圖

Fig.1ChartoftheSystem

其中:端監控設備主要由攝像頭、主控模塊以及通信模塊構成，完成現場視頻的采集處理以及傳送工作。在重要的場合終端內部還要有存儲設備，用來保證在網絡中斷或監控中心故障時數據的安全。本系統中的視頻采集端為固定式攝像頭。

通信網主要指承擔數據傳輸任務的GPRS網絡,有線網和公共數據網(Internet)。

監控者可以是監控中心或單獨的監控臺。監控中心實際上是一個局域網(LAN)，主要由路由器、服務器、監控臺、數據服務器以及相應的監控軟件、查詢軟件和數據庫管理程序等構成。單獨的監控制臺則是一臺安裝了監控軟件的在線計算機。在此為安裝了監控軟件的智能手機NOKIAN73。

視頻采集端通過GPRS網絡或通過有線網絡接入公共數據網，監控者通過GPRS網絡接入Internet實現與監控前端的通信，從而通過Internet實現兩者間的通信。相比GPRS網絡，有線網絡具有更大的帶寬與更小的時延，因此，目前GPRS網絡上的視頻傳輸問題是整個系統的瓶頸和關鍵。

系統的功能為：用一臺電腦主機作為服務器SH，把各個固定式的監控攝像頭固定安裝在所需要的場合，且跟服務器之間利用有線網絡連接（也可利用無線傳輸，因為這段不是關鍵部位，所以利用有線傳輸的速度和可靠性更高）；服務器可作為固定的監控者，而這里所討論的主要是把智能手機最為移動的視頻監控者，且跟服務器之間利用移動系統的GPRS進行通信。

智能手機在這里有兩個作用：一為移動監控者，可以實現隨時隨地進行監控；二可以當作移動視頻監控前端來對使用者所處的環境進行實時的監控。正因為智能手機在這里的雙重作用使得設計本系統時需要考慮一些特殊的技術。

2關鍵技術

2.1MPEG-4算法

MPEG-4標準的基本內容就是對AV對象進行高效編碼、組織、存儲與傳輸。AV對象的提出，使得多媒體通信具有高度交互及高效編碼的能力。AV對象編碼就是MPEG-4的核心編碼技術。

MPEG-4視頻編碼根據內容把視頻分割成不同的視頻對象（VO），VO是MPEG-4視頻編碼的核心概念。在編碼過程中針對不同VO采用不同的編碼策略：即對前景VO的壓縮編碼盡可能保留細節和平滑；對人們不太關心的背景VO，則采用高壓縮率的編碼策略，甚至不予傳輸，而是在解碼端用其它背景拼接而成。

在本系統中監控前端攝像頭到服務器主機的傳輸采用有線網絡，為了保證傳輸的實時與高效性，也采用MPEG-4算法先壓縮視頻或圖像來傳輸。這里我們采用微方攝像頭監控系統這個軟件來進行圖片和視頻的傳輸與監控。監控界面如下圖2：

圖2微方監控系統服務端界面

Fig2TheinterfaceofMicro-sidemonitoringsystemserver

2.2安裝客戶端軟件

首先：當智能手機NOKIAN73手機作為監控前端時也利用微方監控軟件來進行監控，客戶端的安裝可以直接運行在智能手機上，且通過GPRS網絡來連接主機，客戶端界面如圖3。

圖3微方監控系統客戶端界面

Fig.3TheinterfaceofMicro-sidemonitoringsystemclient

此軟件有一定的實時性，在GPRS中雖然有一定的延遲但實際應用中能達到要求。

2.3關鍵問題的解決

智能手機終端既作為監控前端，又作為監控者，還兼有手機的基本功能，當某一服務來臨時，這些服務的優先級如何？相互之間如何進行切換？以及重連的問題該如何解決，手動嗎？

解決以上問題，我們采用中斷技術：

中斷處理過程通常由中斷申請、中斷響應、中斷處理、中斷返回四個過程完成。手機中我們采用軟件中斷的技術來對各種服務進行響應。

軟件中斷是由軟件產生的，可以由編程人員自己編寫,通過設定寄時器或設定中斷號來產生中斷。因為智能手機NOKIAN73的Symbian系統支持C++、VB和J2ME，因此我們可以利用VC工具編寫中斷程序來進行軟中斷，用來解決以上一些問題。

程序中主要用到兩個函數：setvect和getvect。setvect()有兩個參數：中斷號和函數的入口地址，其功能是將指定的函數安裝到指定的中斷向量中，getvect()函數有一個參數：中斷號，返回值是該中斷的入口地址。以下是中斷程序的原型：

#include

#include

#ifdef__cplusplus

#define__ARGU...

#else

#define__ARGU

#endif

voidinterruptint60(__ARGU)/*中斷服務函數*/

{

puts("服務");

}

voidinstall(voidinterrupt(*fadd)(__ARGU),intnum)/*安裝中斷*/

{

disable();/*關閉中斷*/

setvect(num,fadd);/*設置中斷*/

enable();/*開放中斷*/

}

voidmain()

{

install(int60,0x60);/*將int60函數安裝到0x60中斷*/

geninterrupt(0x60);/*人為產生0x60號中斷*/

}

3應用案例

我們將此系統應用于校園的安全，當今，每個家庭都把小孩視為掌上明珠，對孩子教育的投入也越來越大，自然希望能夠隨時掌握小孩在學校里是否遵守紀律、專心上課，以及老師的管教是否合理等實時情況。在校園里，攝像機安裝在固定位置上，但是布線就必須視校園大小和經費，考慮使用有線或無線方案；而在家長這端，利用移動載體監看自然是上選。本系統在實際的應用中，主要用于保安的實時移動監控，證明既經濟又實用。

4結論

如今的手機都朝著智能化的方向發展，GPRS帶寬也在越來越好，基于GPRS的移動視頻監控將會更成熟，應用的領域也會越來越廣泛，智能手機也會集成移動視頻監控技術，希望本文的研究能為此應用做出一定的貢獻。

參考文獻

1 張榮博.基于GPRS的移動視頻監控的設計與應用[D].解放軍信息工程大學碩士論文,2005:1-2.

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【關鍵詞】高速鐵路；綜合；視頻監控

【Keywords】high-speed railway； integrated； video surveillance

【中圖分類號】TP277 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）03-0116-02

1 引言

最近幾年，我國大面積的開展高速鐵路建設，以上海鐵路局為例，就已經有京滬、合寧、寧杭等高速鐵路客運專線建成，并且已經投入使用。在高速鐵路建設過程中，綜合視頻監控系統作為一項重要的監控手段投入使用，為高速鐵路運營安全提供了良好的監控條件。綜合視頻監控系統是建立在先進的視頻數字壓縮技術、高清技術以及IP傳輸方式上，是一種已經網絡化的視頻監控手段，具備數字化的特點，能夠為用戶提供實時監控視頻信息。系統中的視頻信息能夠實現管理與分發/轉發功能，極大地滿足了鐵路相關部門對視頻信息的需求。目前綜合視頻監控系統已經成為高速鐵路工程建設中必不可少的因素，并且它的作用還將越來越重要。

2 高速鐵路綜合視頻監控系統的業務需求

①有效對高速鐵路行車安全開展視頻監控，對機車整個線路行駛過程中進行全程監控，防止入侵、塌方及意外事故發生。從而實現突發事故提前預警并迅速采取措施，極大地保證了行車安全，為旅客出行提供安全保障。

②有效對弱電專業房屋開展視頻監控。高速鐵路系統中，弱電專業房屋主要包括通信基站直放站、信號中繼站等，區間弱電房屋基本都是無人值守區域，因此需要借助綜合視頻監控系統全面進行視頻監控。

③有效對強電專業房屋進行視頻監控。與弱電專業房屋一樣，高速鐵路系統中包括牽引變電所、開閉所、分區所、電力配電所等涉及的區域也都屬于無人值守區域，需要對其進行室內與室外全面進行視頻監控。

④有效對高速鐵路客運服務區域開展視頻監控。為了對客運服務區域進行監控，并且滿足用戶隨時可能產生調用查看相關監控視頻的需求，盡可能避免客站事故發生，需要對高速鐵路車站中存在客運服務的區域設置視頻監控點，開展視頻監控，以滿足客站全覆蓋實時監控。

⑤有效開展災害安全防護監控。高速鐵路屬于重點災害監控對象，其中又存在很多容易出現災害的區域，需要全面布局規劃，對容易產生災害的區域進行重點視頻監控。

⑥有效進行系統間對接，能夠進行不同數據的交換。借助程序編碼的方式，將在高速鐵路運行過程中出現的各種開關信息、具體設備的報警消息、不同區域中存在的門禁與安全防護警報等進行位置預設，自動進行關注點的對焦，把監控的視頻畫面自動的在終端監視器上進行視頻呈現，同時對視頻信息進行存儲。同時在整個網絡中通過網管對接，將監控系統與高速鐵路上的電力系統、環境檢測系統等進行對接，有效開展系統互動操作。

3 高速鐵路綜合視頻監控系統組成及網絡結構

3.1 視頻核心節點

核心節點主要是對收集到的視頻信息進行調度并與其他系統完成互動，但是無法對前端設備進行操作的權限，其主要包括認證授權單元、管理單元、數據分發及轉發單元、信令控制單元、接入網關單元、目錄服務單元、告警單元、地理信息服務單元、存儲單元和視頻分析單元等構成。

3.2 視頻區域節點

視頻區域節點是整個高速鐵路綜合視頻監控系統的中樞，對系統進行統一調度管理，單元構成與視頻核心節點板塊相似。

3.3 視頻接入節點

視頻接入節點可以細分為I類和II類，在具體的設備以及實現的功能上都有很大區別。I類視頻接入節點能夠完成對視頻的接入、分發與轉發功能，在視頻對接的基礎上進行智能分析，并完成視頻信息存儲，還能夠實現對前端采集點的云臺控制，主要由目服務單元、認證授權單元、告警單元、信令控制單元、管理單元、接入網關單元、存儲單元、數據分發及轉發單元、視頻分析單元等設備構成。II類視頻接入節點實現將分散的視頻采集點的視頻信息的接入與分發、儲存，能夠完成視頻內容分析，并進行分析單元的設置，主要包括視頻分析單元、存儲單元、數據分發及轉發單元等。

3.4 視頻匯集點

視頻匯集點是將所有的視頻通過編碼后完成匯集接入的板塊，是高速鐵路綜合視頻監控系統能否與其他系統對接的前提，主要包含VPU和VCA設備。

3.5 視頻采集點

視頻采集點的布局是視頻信息收集的關鍵，在進行采集點位置的設置時要堅持以滿足高速鐵路各部門實際業務需求為基本原則，以實現對高速鐵路行車安全、客運服務、安防等進行監控的目的。一般來說，視頻采集點板塊需要配備好攝像機與護罩、拾音器、視頻輔助光源、防雷器等設備。

3.6 視頻用戶終端

視頻用戶終端板塊涉及管理終端、監視終端以及顯示設備。其中的管理終端又分為針對用戶以及收集到的視頻資源的業務管理終端以及對設施網絡進行維護的設備管理終端。監視終端則是為用戶提供對收集到的視頻資料進行分析查看及完成后續處理板塊，還能夠在獲得一定的權限后開展針對攝像機的云臺控制。顯示設備主要包括監視器、投影器、顯示器等設備，主要是對收集到的視頻資料進行顯示。

3.7 承載網絡

高速鐵路綜合視頻監控系統中的承載網絡是建立在基礎網絡、視頻的收集網絡以及視頻用戶的接入網絡等網絡服務基礎上，實現視頻信息的發出以及具體指令信息傳輸等服務。

隨著我國在鐵路相關領域的技術投入越來越大，作為鐵路技術的重要組成部分，綜合視頻監控系統在我國高速鐵路運營中發揮的作用越來越大。不僅能夠有效配合行車調度工作，同時在高鐵運行安全、治安管理等層面的作用也不斷擴大。總之，先進的技術都是需要做好前期的設計，配合以后期的運行維護工作，才能夠發揮其最大化作用。

【參考文獻】