【正文】 第 1 頁 西華大學畢業(yè)設計說明書 第 2 頁 西華大學畢業(yè)設計說明書 1 引言 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的升級版本，其技術主要源于計算機視覺技術， 是一項新興的安防技術。其主要是采用圖像處理、模式識別和計算機視覺技術，通過在監(jiān)控系統(tǒng)中增加智能視頻分析模塊，借助計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力過濾掉視頻畫面無用或干擾信息、自動識別不同物體，分析抽取視頻源中關鍵有用信息，快速準確的定位事故現(xiàn)場，判斷監(jiān)控畫面中的異常情況，并以最快和最佳的方式發(fā)出警報或觸發(fā)其它動作，從而有效進行事前預警，事中處理，事后及時取證的全自動、全天候、實時監(jiān)控的智能系統(tǒng)。 研究背景 隨著改革開放的加 深和城鄉(xiāng)經(jīng)濟迅速的發(fā)展，誠實流動人口大量增加，給社會帶來了許多的不安定因素，治安形式日趨嚴峻，刑事案件，特別是入室行竊、搶劫等發(fā)案率逐年增加。因此，國家有關部門提出對社會治安進行綜合治理，并把創(chuàng)建和諧社會作為其中的重要內(nèi)容。同時，隨著科技的進不和經(jīng)濟的發(fā)展帶來了整個社會生活水平的提高，人們生活不再僅僅局限于傳統(tǒng)的衣、食、住、行，對周圍的居住環(huán)境及環(huán)境安全越來越重視，因此，安全技術防范作為保護人民生命和財產(chǎn)的重要工具也越來越被廣大消費者所重視，在銀行、辦公室、政府機構、飛機場、火車站、校園、超市等已經(jīng)得到了廣 泛應用。視頻監(jiān)控作為安全防范系統(tǒng)最基本、最重要的子系統(tǒng)，也得到了最為廣泛的應用。采用視頻監(jiān)控為主的多種技術防范結合的系統(tǒng)是預防和制止犯罪最為有效的措施。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安防系統(tǒng)中不可缺少的一個重要組成部分，它不僅可以對小區(qū)、樓層及周邊進行全天24 小時不間斷實時監(jiān)控，當有異常發(fā)生時，可及時、準確的進行處理；也可在事后進行某些案件回放分析，必要時也可作為呈堂證供。因此，在樓層建立一套完善的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，不但可以改善樓層的綜合安全系數(shù)，加強安全保衛(wèi)防范力度，對樓層里人身和財產(chǎn)安全也起到保障作用，并可為社區(qū)實現(xiàn)安全現(xiàn) 代化管理創(chuàng)造極為有利的條件。 視頻監(jiān)控的發(fā)展及現(xiàn)狀 近三十年來，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)、全數(shù)字換監(jiān)控系統(tǒng)三個階段的演變，得到了巨大的發(fā)展。 第一階段：模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。早期的視頻監(jiān)控系統(tǒng)以攝像機、監(jiān)視器組成純模擬的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，稱為閉路視頻監(jiān)控系統(tǒng)。隨后出現(xiàn)了視頻切換設備，閉路視頻系統(tǒng)加入了多路視頻切換、攝像機云臺 /鏡頭控制和報警聯(lián)動等數(shù)字控制 第 3 頁 西華大學畢業(yè)設計說明書 功能，實現(xiàn)了數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，稱為第一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 第二階段：數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 20 世界 90 年代中期，以 DVR（ Digital Video Recorder）為代表的第二代視頻監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)在視頻監(jiān)控市場上，大大提高了用戶對錄像信息的處理能力。 DVR使用戶可以將模擬的視頻信號進行數(shù)字化并存儲在硬盤而不是盒式錄像帶上。用戶還可以通過 DVR 控制攝像機的啟閉，從而實現(xiàn)移動偵測功能，對于報警事件以及事前 /事后報警信息的搜索也變得十分簡單。 第三階段：網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)。進入 21 世紀以后，隨著網(wǎng)絡帶寬、計算機處理能力和存儲器容量的迅速提高，以及各種使用視頻信息處理技術的出現(xiàn)，視頻監(jiān)控進入了全數(shù)字化的網(wǎng)絡時代，稱為第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng) ，即全數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)或網(wǎng)絡數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 設計原則 考慮到安全性以及流通性，在 設計 監(jiān)控系統(tǒng) 和設備選型方面，遵循以下原則： (1)先進性 應充分考慮信息化社會迅速發(fā)展的趨勢和視頻監(jiān)控的本身特性、管理要求，在技術上適當超前，所采用的技術和設備應能保證滿足信息化發(fā)展的需要，保證本系統(tǒng)圖像建設的需要。并考慮發(fā)展的需要，使系統(tǒng)與未來擴展的設備具有互聯(lián)性與互操作性。系統(tǒng)建成后，其系統(tǒng)整個技術性能完全可以達到時間先進水平，并能在一定時期內(nèi)保持技術領先的地位。 (2)可靠性 系統(tǒng)必須具有高度的安全性、可靠性 和穩(wěn)定性。在設計弱電各子系統(tǒng)時，從系統(tǒng)配置、軟件結構、設備選擇、技術服務等諸方面進行綜合考慮，選用技術上成熟的、具有發(fā)展前景的國內(nèi)知名品牌產(chǎn)品。設計的系統(tǒng)和選用的產(chǎn)品能夠確保在 24 小時連續(xù)工作模式下無故障運行。系統(tǒng)管理平臺上也采用授權、密碼、口令、驗證、確認等手段，能確保系統(tǒng)設備可靠、無誤的工作，確保應用可靠。 (3)實用性 一個系統(tǒng)是否實用、適用，是否符合實際應用是最主要的。我們在考慮系統(tǒng)的設計方案時，充分考慮管理的需要，又要考慮到具體職能部門的機構設置、管理模式、崗位分配、崗位職能等。使本系統(tǒng)適應于現(xiàn)代 化管理的需要。 (4)可用性 弱電系統(tǒng)工程對營造現(xiàn)代化的管理、休閑環(huán)境和氣氛起到很重要的作用，因此我們提供的“各弱電子系統(tǒng)”持續(xù)可用，所選用的產(chǎn)品均具有很高的質(zhì)量標準和制造水平，其平均無故障工作時間長，即使發(fā)生臨時性故障，產(chǎn)品維修維護方便，故障后需恢復正常工作的時間極短。即使在出現(xiàn)重大的故障時，如黑客攻擊、 第 4 頁 西華大學畢業(yè)設計說明書 網(wǎng)絡癱瘓等，各子系統(tǒng)仍備有本地數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，并備有人工輸入信息的操作截面，使授權的操作員能及時處理各類問題，確保系統(tǒng)仍能正常工作和操作。 (5)可維護性和可擴展性 本系統(tǒng)全部采用模塊化積木式結構設計，應用 軟件中具有一定的開放性，設置擴展接口，以滿足今后系統(tǒng)的擴展、升級要求，充分保護用戶投資。 (6)集成性 充分考慮本系統(tǒng)各子系統(tǒng)及以后系統(tǒng)的擴展，以便實現(xiàn)集中管理、監(jiān)測和分散控制，達到信息共享。 (7)安全性 安全性和可靠性是密不可分的。本系統(tǒng)的設計具有高度的安全性和保密性，通過對系統(tǒng)分級保護、數(shù)據(jù)存儲權限的控制等手段，并具有病毒探測、薄弱環(huán)節(jié)分析、密碼管理功能，可以有效的防止各種形式的對系統(tǒng)的非法侵入和攻擊。 系統(tǒng)的所有終端用戶在對系統(tǒng)進行操作和訪問之前都必須進行注冊登記。系統(tǒng)將根據(jù)注冊所得的用戶唯一標識和 密碼來控制此用戶的訪問權限，以防止非法操作。不同級別的授權才具有相應的操作權限。 系統(tǒng)的安全操作除采用軟 /硬件保護性措施外，還與操作人員的素質(zhì)和管理制度密不可分。管理部門應建立嚴格的“安全操作規(guī)程”，由操作者執(zhí)行并“按章操作”。 依據(jù)以上設計原則，進行系統(tǒng)設計時，應充分考慮當前技術發(fā)展的潮流，并緊密結合我國的實際情況，在本系統(tǒng)設計中一切以先進、實用、可靠、追求高性能價格比，滿足本項目視頻監(jiān)控需求為本。 第 5 頁 西華大學畢業(yè)設計說明書 2 方案論證選擇 在視頻監(jiān)控系統(tǒng)上，其基本原理基本一致：前端視頻采集設備采集原始視頻圖像，再經(jīng)由圖像處理模 塊編碼后傳輸至中心平臺后，一部分分流至電視墻顯示監(jiān)控，一部分流至硬盤存儲。在此期間，分析處理模塊運動分析圖像信息，在預設閥值基礎上判定是否發(fā)動報警聯(lián)動。所以在方案建立時就比較容易選擇。 方案一：基于 DM6446 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計，原理框圖如圖 所示 D D RE D M A E D M AV P F E V P F ED S PC O R EA R MC O R ET C P 5 1 4 6L C D 顯 示 器A T A云 臺 攝 像 頭報 警 電 路圖 像 輸 入 圖 基于 DM6446 智能視頻監(jiān)控原理圖 方案一同基本原理一樣，由五個模塊組成，中心控制主要交與達芬奇公司出品的 DM6446 來完成。在 DM6446 中自帶有 ARM 子系統(tǒng)和 DSP 子系統(tǒng)， ARM子系 統(tǒng)主要負責全局控制， DSP 子系統(tǒng)完成對視頻編碼的運算。 方案二：基于 S3C6410 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，原理框圖如圖 所示： C P U 單 元電 源 及 復 位電 路J T A G攝 像 頭 傳 輸存 儲 器N A N D F L A S H 圖 S3C6410 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖 第 6 頁 西華大學畢業(yè)設計說明書 方案二是在第三代視頻監(jiān)控技術基礎上，采用基于 ARM11 的 S3C6410 控制器完成對整個系統(tǒng)的集中控制。同時在計算機軟件、數(shù)字圖像處理基礎上，完成對整個系統(tǒng)的快速運算。 在經(jīng)過對 DM6446 系統(tǒng)初步設計后，粗略估計了一下完成整個系統(tǒng)所需要的工作和成本，雖然在工作量上非常小，但是 由于 DM6446 的售價非常昂貴，從而放棄了本方案的研究。在此，將目光轉向了由三星公司出品的 S3C6410，比之DM6446，該產(chǎn)品在成本上更小，雖然還需要將系統(tǒng)轉移至 Linux 上，工作量大大的加大了，但是考慮到成本上，故本研究課題還是選擇了 S3C6410。 第 7 頁 西華大學畢業(yè)設計說明書 3 系統(tǒng)整體方案設計 整體系統(tǒng)結構描述 對于任何視頻監(jiān)控系統(tǒng)來講，其工作原理基本一致：前端攝像頭完成圖像信息的采集，再由視頻采集編碼模塊從前段攝像頭獲取視頻數(shù)據(jù)，將未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)送到圖像處理模塊和視頻傳輸模塊，同時將視頻數(shù)據(jù)以編碼方式進行壓縮存放于視頻數(shù)據(jù)庫中。 本系統(tǒng)根據(jù)第三代視頻監(jiān)控技術為基礎，基于架構在 Linux 的嵌入式系統(tǒng)，并優(yōu)化網(wǎng)絡資源優(yōu)勢，同時通過計算機軟件、數(shù)字圖像處理技術，完成對整個系統(tǒng)的集中管理，從而實現(xiàn)對樓層的全方位實時監(jiān)控， 系統(tǒng)整體框圖 如圖 所示。 C P U 單 元電 源 及 復 位電 路J T A G攝 像 頭 傳 輸存 儲 器N A N D F L A S H 圖 系統(tǒng)結構圖 整個系統(tǒng)是架構在 Linux 上的嵌入式系統(tǒng)，主控 CPU 采用基于 ARM1176JZFS內(nèi)核的 S2C6410 微處理器，接收來自數(shù)字攝像頭的視頻信號，進行壓縮編碼，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的高速采集和高效壓縮。 而根據(jù) 功能 設計需求，計劃建設系統(tǒng)是覆蓋整個樓層的監(jiān)控系統(tǒng)，全天候不間斷對整個樓層全方位實時監(jiān)控。建設此系統(tǒng)其主要目的就是要將樓層管理推向自動化、智能化、現(xiàn)代化。系統(tǒng)整個拓撲圖如圖 所示。 第 8 頁 西華大學畢業(yè)設計說明書 圖 系統(tǒng)拓撲圖 電梯監(jiān)控是樓層智能監(jiān)控系統(tǒng)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，因為電梯井道是一個較為復雜的環(huán)境，很多工程在電梯監(jiān)控中受到不同成都的干擾，目前電梯傳輸中大部分都是采用視頻基帶傳輸或增加抗干擾器傳輸，當然也可以采用射頻傳輸或無線傳輸方案。本方案中采用的是無線傳輸。 圖 電梯監(jiān)控示意圖 第 9 頁 西華大學畢業(yè)設計說明書 硬件模 塊介紹 由系統(tǒng)拓撲圖可知，經(jīng)由前端攝像頭將采集的原始視頻信號，通過電纜傳輸?shù)揭曨l分配器，同時將視頻一分為二，一路分配給視頻矩陣切換器，通過控制矩陣實現(xiàn)視頻切換，將重點監(jiān)控或異常點切換上電視墻顯示；一路分配給數(shù)字硬盤錄像機，通過嵌入式硬盤錄像機編碼，實時錄像、集中顯示監(jiān)控。 圖像采集模塊 圖像采集模塊主要由攝像頭 /機，采集卡、數(shù)據(jù)壓縮編碼卡、云臺控制機及其他外圍設備組成，完成對監(jiān)控點的原始視頻信息的采集。本系統(tǒng)主要是基于第二代視頻監(jiān)控系統(tǒng)，攝像機主要由數(shù)字視頻錄像機 DVR 來進行操作。 本工程設計多 個監(jiān)控點，預留 20%系統(tǒng)容量，矩陣采用多路輸入輸出，并帶有多路報警輸入聯(lián)動模塊。用于監(jiān)控樓層內(nèi)外各個角落。 圖像傳輸模塊 前段攝像機到樓層間之間的傳輸系統(tǒng)，主要有：視頻傳輸、攝像機控制傳輸、報警線路傳輸、電源傳輸。 ① 視頻信號傳輸：各監(jiān)控點到前端監(jiān)控中心主要使用同軸電纜，采用SYV755/7 電纜，在符合的傳輸范圍，圖像質(zhì)量好，價格低。 ② 攝像機控制 傳輸 ： 在各會集點 引出一條 RVVP* 屏蔽控制線 至前端各可控監(jiān)控點 ，通過握手的方式連接下一個可控攝像機 。 ③ 攝像機電源 傳輸 ：從 各電房 引出 220V 電源一 條 至該區(qū)域 各 監(jiān)控點 ，采用三芯絕緣線，利用原已有強電線槽引到各 監(jiān)控點 ， 在監(jiān)控點建立一個接線箱，從接線箱再引出 RVV2 攝像機電源線各一條，分別引至相應信息點．預留所用線 2米，并扎捆好。 中心控制平臺 中心控制平臺是整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，是 控制聯(lián)動 各模塊的 中心所在 。 根據(jù)功能劃分， 中心控制平臺主要 由 以下幾部分組成： （ 1）視頻接入分析模塊， 完成中心控制平臺和視頻采集前端信息的互換。在前端視頻采集模塊完成數(shù)據(jù)采集并傳輸?shù)狡脚_后 ， 平臺將完成一系列的分析和處理工作 ， 同時完成音頻的 請求、接收、分發(fā) 。 并且 視頻分析含有運動目標檢測、目標區(qū)域提取、目標識別等過程。目標檢測流程如圖 。 第 10 頁 西華大學畢業(yè)設計說明書 圖 目標檢測流程圖 （ 2）預 /報警聯(lián)動發(fā)動模塊，在 完成 對視頻的 目標檢測后，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)事先設定的預設閥值判斷視頻中是否有異常情況發(fā)生，若有模塊 產(chǎn)生聲光報警信號， 同時 報告警級發(fā)動聯(lián)動措施， 該模塊 是智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)不可缺少的部分。 （ 3） 視頻存儲 數(shù)據(jù)庫， 采集視頻經(jīng)由視頻分配器后，根據(jù)視頻特征 存儲 在數(shù)據(jù)庫中。當有警報聯(lián)動發(fā)生時，數(shù)據(jù)庫會根據(jù)聯(lián)動信息自動搜索列表相關信息，供 分析 取證 調(diào)用。 （ 4）用戶服務平臺， 該平臺 存儲 管理 用戶信息， 用戶可根據(jù)該平臺管理監(jiān)督系統(tǒng)，在權利范圍內(nèi)調(diào)用相關視頻信息 。 （ 5