【文章內(nèi)容簡介】 2005年之前都是以發(fā)展模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)為主，之后三年發(fā)展到數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，在2009年后至今，都在發(fā)展網(wǎng)絡化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。近年來，隨著計算機處理能力的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控也蓬勃發(fā)展，人臉識別技術(shù)在視頻監(jiān)控中已不是一個構(gòu)思，人臉識別技術(shù)已經(jīng)能完全投入使用但依舊有許多不足仍需繼續(xù)完善。在變電站視頻監(jiān)控中，巡檢機器人的出現(xiàn)標志著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的更進一步的發(fā)展。巡檢機器人配備有紅外攝像頭，超高像素的攝像頭等設備，能檢查關(guān)鍵設備的外表狀態(tài)，溫度情況等，并將采集到的鏡頭信息傳輸?shù)奖O(jiān)控室實時播放及保存。他能夠彌補一些人工巡查的失誤，比如日復一日的觀察很難察覺到設備狀態(tài)的變化，而通過錄像的對比很容易發(fā)現(xiàn)一些設備的表面損壞等。 圖11 國網(wǎng)東善橋變電站智能巡檢機器人如圖11，是國網(wǎng)南京東善橋500KV變電站的智能巡檢機器人，它裝備有高像素攝像頭，紅外攝像頭等，它能把拍攝到的畫面實時傳輸?shù)奖O(jiān)控室并存儲。 第2章 視頻監(jiān)控系統(tǒng) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展 第一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)最初的第一代視頻監(jiān)控是采用了一對一的方式，即一臺攝像機對應著一臺相對的監(jiān)視器，安裝有有多少臺攝像機就需要有多少臺監(jiān)視器。第一代視頻監(jiān)控被稱為傳統(tǒng)模擬閉路視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）。之后出現(xiàn)了視頻切換設備，改變了視頻監(jiān)控系統(tǒng)只能一臺監(jiān)視器對應一臺攝像機的尷尬局面。此時的視頻監(jiān)視系統(tǒng)依舊處于只能監(jiān)視而不能控制的階段。隨著單片機技術(shù)的飛速進步，模擬閉路監(jiān)視系統(tǒng)又增加了一些功能如多路視頻切換，攝像機云臺控制等一些控制功能。這樣的純模擬的視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在著大量的局限性：（1）傳輸線路受外界影響大，只能在小范圍內(nèi)進行視頻傳輸；（2）受限于傳輸線路以及切換器容量，視頻監(jiān)控的可擴展性差；（3）視頻的存儲依靠錄像帶，錄像帶滿載時需要更換，無法做到24小時連續(xù)監(jiān)控，錄像帶不易于保存，極易丟失或被盜取，錄像帶的存放也是一個較大的問題；（4）錄像質(zhì)量低。 圖21 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng) 第二代視頻監(jiān)控系統(tǒng)到了20世紀90年代，得益于通信技術(shù)，計算機多媒體技術(shù)獲得了相對較為快速的進步，人們依靠計算機對于數(shù)據(jù)的強大處理能力，較為顯著的提升了對于視頻信息的采集和處理能力，提高了視頻錄像的畫面質(zhì)量使視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能進一步發(fā)展。并且開發(fā)出了視頻捕捉卡，并將其與計算機相結(jié)合。這種第二代視頻監(jiān)控系統(tǒng)大體模型是“模擬—數(shù)字”系統(tǒng)。第二代視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于多媒體技術(shù)的，以模擬信號為傳輸信息來輸入信息，但是編碼、視頻播放和控制系統(tǒng)是依靠的數(shù)字信號。由于其核心設備基本都是數(shù)字設備所以人們稱其為數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)[1]。 圖22 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)依舊存在著一些局限，每臺攝像機都要安裝單獨的視頻電纜，將導致后來的布線變得復雜，一臺磁盤刻錄機最多只能支持16臺攝像頭。磁盤的保存依舊會出現(xiàn)問題。 第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)在20世紀90年代末到21世紀初，計算機處理能力，網(wǎng)絡帶寬和存儲器的容量獲得了長足的發(fā)展，同時出現(xiàn)了數(shù)量相當可觀視頻信息處理技術(shù)，視頻監(jiān)控進入了全數(shù)字化的網(wǎng)絡時代，即數(shù)字多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)字多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)的IP攝像機都內(nèi)置了Web服務器以及網(wǎng)絡接口，這些攝像機生成的數(shù)字文件為JPEG或MPEG4格式。用戶遠程訪問Web服務器頁面即可實現(xiàn)參數(shù)配置、遠程控制以及圖像監(jiān)控等功能[2]。數(shù)字多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡接口接入因特網(wǎng)后，其存儲容量以及傳輸范圍將不再受到限制。第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅沒有前兩代視頻監(jiān)控系統(tǒng)的局限性反而還有著它的巨大優(yōu)勢，簡便且易于控制，易于升級，可擴展性強，完全實現(xiàn)遠程監(jiān)控，可以使冗余的存儲器獲得利用[3]。 圖23 數(shù)字多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)21世紀初出現(xiàn)的嵌入式處理器，使高速大量的對音視頻的編解碼處理變得簡單起來。與網(wǎng)絡通信技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了集網(wǎng)絡傳輸、本地存儲、可編程圖像/聲音編解碼和自動化為一體的嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)?？梢詽M足視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的兩大要求：網(wǎng)絡化和數(shù)字化。 第四代視頻監(jiān)控系統(tǒng)近幾年來，出現(xiàn)的第四代視頻監(jiān)控系統(tǒng)是在第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上，結(jié)合圖像處理、模式識別和計算機視覺技術(shù)等形成的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。攝像機的拍攝畫面質(zhì)量越來越高，計算機處理能力的飛速提高，使得電腦可以自動分析畫面，其強大的數(shù)據(jù)處理能力可以過濾掉畫面中多余無用的信息，自動識別人、動物以及其他物體，并且抽取畫面中的重要信息如車牌號等。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以智能的識別出人與物，比如人臉識別，車牌識別與記錄。還可以進行運動軌跡的識別，這一技術(shù)可以應用到汽車自動駕駛技術(shù)上。還可以對視頻環(huán)境的判斷，如有人把攝像頭的位置調(diào)偏（這時很常見的）可以自動調(diào)回去，又或者有人把攝像頭鏡頭擋住之類的，可以實現(xiàn)對監(jiān)控室的提醒。 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成及功能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由由前端系統(tǒng)和終端系統(tǒng)兩大部分組成，傳輸系統(tǒng)與終端系統(tǒng)通過傳輸系統(tǒng)進行通信。如圖14所示，是一個基本的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。由攝像機采集畫面，經(jīng)過解碼器轉(zhuǎn)換后通過傳輸線傳輸?shù)奖O(jiān)控室，若監(jiān)控室由控制要求則可以通過控制線對攝像機進行控制。 圖24 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成 前端系統(tǒng)前端系統(tǒng)包括：攝像機、云臺、解碼器、拾音器。攝像機是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中最重要的部分，沒有攝像機視頻監(jiān)控系統(tǒng)則無從談起。監(jiān)控用的攝像機的分辨率和像素比電腦攝像機高但是比專業(yè)的數(shù)碼相機或數(shù)碼攝像機低。從外形上主要分為槍型攝像機、半球攝像機、快速球形攝像機三種，槍型攝像機分為普通槍型攝像機和紅外槍型攝像機。如圖25所示，a)為槍型攝像機，b）為紅外槍型攝像機，c）為半球攝像機，d）為高速球形攝像機。 圖25 視頻監(jiān)控攝像機槍型攝像機室內(nèi)室外都可以適應，用于監(jiān)控固定的畫面，但是可以將其安裝在云臺上以擴大監(jiān)控范圍?？梢栽跀z像機上添加LED紅外照明裝置，可以使攝像機獲得夜視功能，如圖25b）就是紅外監(jiān)控攝像機，可以將其應用于夜間和無照明設備的場所。半球形攝像機安裝于室內(nèi)天花板上，由于其較小且不引人注意，具有美觀和隱蔽的效果。快速球形攝像機又稱為快球。它集攝像機，云臺，解碼器，快速變焦鏡頭于一體，可以實現(xiàn)全方位的監(jiān)控。云臺可以使攝像頭移動，以此來實現(xiàn)更大范圍的監(jiān)控。解碼器可以將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換并輸出為數(shù)字信號，方便進一步的壓縮和傳輸。拾音器就是采集聲音信號別放大傳輸，一般的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中不包含拾音器。 傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)包括：各種纜線。一般傳輸系統(tǒng)只是傳輸圖像信號和控制信號，偶爾包含聲音信號。對于傳輸系統(tǒng)來說最重要的是盡量保持原始信號不失真以及盡量減弱外界信號的干擾。目前多采用視頻基帶傳輸，若傳輸線路過長則采用光纖傳說。 終端系統(tǒng)終端設備包括：硬盤刻錄機及顯示設備、監(jiān)控矩陣、存儲設備、電視墻等。終端系統(tǒng)包括顯示部分與控制部分。如今的監(jiān)控室的顯示都是以一個電視墻來同時顯示多個畫面，需要關(guān)注的畫面會被監(jiān)控人員切換到面前的顯示器上來監(jiān)視。監(jiān)控人員可以通過控制攝像機的云臺，以及攝像機的開/關(guān)來進行控制。第3章 軟件開發(fā)平臺與開發(fā)工具 C++語言計算機語言的種類非常之多，大體上可以分為三大類：機器語言，匯編語言，高級語言。計算機所能識別的語言只有機器語言，但機器語言是由0和1構(gòu)成的代碼，非常不易于人們識別和記憶。而匯編語言實質(zhì)上與機器語言是相同的，但其代碼是由英文構(gòu)成的標識符，都是直接對硬件進行操作的。匯編語言編出的文件相對于高級語言較小且執(zhí)行速度很快。但是匯編語言的缺點是程序相對很長，復雜，比較容易出錯。高級語言是相對與匯編語言來說的，它并不是一個具體的語言，它包含了很多語言，如：C/C++、Java、Basic等，這些語言各有不同。本次畢業(yè)設計就采用了C++高級語言。 C++及其特點C++語言是一種高級語言，它是C語言的擴展，也是C語言的超集。C++是面向?qū)ο蟪绦蛟O計的高級語言。C++源程序設計好后要進行編譯、連接生成可執(zhí)行的程序文件，最后執(zhí)行并且調(diào)試程序。C++，將源程序進行編譯，即將高級語言C++語言翻譯成機器語言代碼。最后連接程序生成一個可執(zhí)行文件。在C++中，類是一種結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)類型，它是用來組織數(shù)據(jù)和函數(shù)的。類是將數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)操作函數(shù)結(jié)合在一個單元內(nèi)的機制，類構(gòu)成了C++面向?qū)ο蟪绦蛟O計的基礎，是封裝的基本單元。C++的軟件復用功能之一是模塊。C++既允許其用戶構(gòu)造函數(shù)模板，也允許用戶構(gòu)造類模板。模板是把函數(shù)或者類將要處理的數(shù)據(jù)類型參數(shù)化，使參數(shù)具有多態(tài)性。C++的一個重要功能是繼承和派生。繼承是面向?qū)ο蟪绦蛟O計可以復用代碼的最重要的方法，它允許用戶在保持原來的類的基礎上進行擴展并增加新的功能。繼承顯現(xiàn)了面向?qū)ο蟪绦蛟O計的層次結(jié)構(gòu)。呈現(xiàn)了一個由淺入深的認識過程。在C++中可以由一個類派出一個新類。通過繼承可以對類進行分層，C++通過類的派生機制來支持繼承。通過類派生出的新類也可以作為基類再繼續(xù)派出更加新的類，以此形成了一個層次結(jié)構(gòu)。繼承反映了事物之間的聯(lián)系，個性與共性間的關(guān)系。相對于獨立設計而言，繼承的工作量少，重復的部分可以從基類繼承過來，不需要單獨編程來實現(xiàn)功能。C++自帶了一個標準庫，稱之為C++標準庫，其包含了豐富的函數(shù)和類庫等，在編程時可以直接使用，C++標準庫的存在避免了重復勞動，大大提高了程序設計的效率。C++標準庫包含了：STL（標準模板類庫：Standard Template Library），C標準函數(shù)庫，其他。 Visual C++Visual C++ C++，Visual C++是微軟的產(chǎn)品Visual Studio工具集的重要組成部分。Visual C++，是一個功能齊全，高效率的可視化編程工具。Visual C++，用戶通過MFC類庫可以很方便的開發(fā)出符合用戶要求的功能。相對于其它的開發(fā)工具，Visual C++。Visual C++以可視化技術(shù)為基礎，以C++語言為藍本，以大量的可視化工具為骨架，讓用戶可以高效率的開發(fā)應用程序。 SDK調(diào)用全程軟件開發(fā)工具包（SDK：SoftwareDevelopmentKit）一般都是一些軟件工程師為特定的軟件包、軟件框架、硬件平臺、操作系統(tǒng)等建立應用軟件時的開發(fā)工具的集合。它可以簡單的為某個程序設計語言提供應用程序接口API的一些文件，但也可能包括能與某種嵌入式通訊的復雜的硬件。一般的工具包括用于調(diào)試和其他用途的實用工具。SDK 還經(jīng)常包括示例代碼、支持性的技術(shù)注解或者其他的為基本參考資料澄清疑點的支持文檔[4]。本次畢業(yè)設計所用到的軟件開發(fā)工具包是?？低暤腟DK包。其中包含了網(wǎng)絡通訊庫、軟件解碼庫、硬件解碼庫等功能部件。其文件名和功能組件如圖所示： 圖31 SDK主要功能組件該SDK的主要功能包括：圖像預覽；云臺控制；語音對講；解碼卡遠程升級；文件回放及下載；遠程關(guān)閉/重啟；參數(shù)配置等。海康威視的SDK包含了?？低暤母鞣N功能函數(shù)，這些功能函數(shù)被封裝在DLL（Dynamic Link Library）中。用戶在開發(fā)過程必須有函數(shù)聲明的的頭文件（.h文件）和庫文件（.lib文件）才能調(diào)用DLL中的函數(shù)。所以我們必須將我們需要用到的DLL文件，頭文件和庫文件導入Vicaual C++。?？低晫τ趯崿F(xiàn)不同的視頻監(jiān)視功能將SDK分為不同的模塊。無論實現(xiàn)哪個模塊的功能時都要進行初始化SDK，注冊設備，用戶注銷，釋放SDK資源。初始化SDK是對整個SDK進行初始化。模塊功能的使用是在注冊設備之后進行。注銷和釋放SDK是對內(nèi)存進行重新分配。該SDK的主體是網(wǎng)絡通訊庫()，網(wǎng)絡通訊庫應用于攝像頭與視頻客戶端之間的網(wǎng)絡通訊，具有遠程參數(shù)配置及碼流數(shù)據(jù)的獲取和處理等通訊功能。軟件解碼庫(Play Ctrl)用來實現(xiàn)實時碼流數(shù)據(jù)的顯示，回放錄像文件等。硬解碼庫()實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)流的顯示和對監(jiān)視器進行矩陣輸出。，其余可選[5]。 MySQL數(shù)據(jù)庫 MySQL概述MySQL是一個小型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，開發(fā)中是瑞典的MySQL AB公司。MySQL至今被廣泛的應用于Internet里的中小型網(wǎng)站上。多數(shù)中小型網(wǎng)站為了降低其總體擁有成本選擇了MySQL來作為網(wǎng)站的數(shù)據(jù)庫，因為MySQL體積小，運算速度快。總體擁有成本小。而且MySQL是開發(fā)源碼軟件，可以大大降低總體擁有成本。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言MySQL所使用的語言是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標準語言——SQL(Structured Query Language，結(jié)構(gòu)化查詢語言)。SQL是一種介于關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算之間的語言，SQL有著非常齊全的查詢功能，同時還有著數(shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)查詢的功能，是集數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)控制于一身的關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言。SQL的語言功能包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)查詢這4個部分。SQL語言簡潔，易學易用。至今為止已經(jīng)成為了應用最為廣泛的關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言。為了達成SQL的核心功能只需要使用6個命令：SELECT、CREATE、INSERT、UPDATE、DELETE、GRSNT（REVOKE）。 數(shù)據(jù)庫的連接方式服務器或客戶端應用程序向數(shù)據(jù)庫服務器請求服務時，前提是必須要與數(shù)據(jù)庫建立連接。由于不同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有著兼容性等方面的問題，人們開發(fā)了不用的連接數(shù)據(jù)庫的方法、技術(shù)和軟件。大體上有四種接口和一種方法。ODBC數(shù)據(jù)庫接口；ADO數(shù)據(jù)庫接口；3；JDBC數(shù)據(jù)庫接口；數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)。本次畢業(yè)設計采用的MySQL是使用的ODBC數(shù)據(jù)庫接口[6]。ODBC即開放式數(shù)據(jù)庫互聯(lián)（Open DataBase Connectivity），是微軟推出的一種接口標準，用來實現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫和應用程序之間的通信。ODBC本質(zhì)上是一組數(shù)據(jù)庫訪問API（應用程序編程接口），核心是SQL語句，由一組函數(shù)調(diào)用組成。可以通過SQL語言編寫命令來對符合接口標準的數(shù)據(jù)庫進行操作，但只能對數(shù)據(jù)庫進行操作。在使用ODBC時，首先用ODBC管理器注冊一個數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)源提供數(shù)據(jù)位置、數(shù)據(jù)庫類型及驅(qū)動程序等給管理器，ODBC管理器就能建立起相對的聯(lián)接。 Navicat for MySQL 數(shù)據(jù)庫可視化工具Navicat for MySQL是一套專為MySQL設計的強大數(shù)據(jù)庫管理及開發(fā)工具。，并支持大部份MySQL最新版本的功能，包括觸發(fā)器、存儲過程、函數(shù)、事件、檢索、權(quán)限管理等等。同時SQLyog也是一款非常好用的數(shù)據(jù)庫可視化工具。 圖32 Navicat for MySQL操作界面 軟件安裝及連接中出現(xiàn)的問題 軟件安裝本次畢業(yè)設計用到的軟件是Visual C++， XP開發(fā)的32位開發(fā)工具，而我們所使用的電腦為Windows 7 64位系統(tǒng)，導致了該開發(fā)工具與與電腦系統(tǒng)不兼容，雖然我們找了一些與Windows ，但是依舊存在著一些問題如無法從開發(fā)工具內(nèi)直接打開工程文件，但已經(jīng)不影響該工具的使用。 與數(shù)據(jù)庫建立連接MySQL的操作界面是一個DOS界面，這對于熟悉Windows系統(tǒng)的我們來使用DOS系統(tǒng)是非常困難的，所以我們需要一個MySQL可視化工具，Navicat for MySQL與SQLyog都是非常合適的。此時需要一個連接工具——ODBC數(shù)據(jù)源。在配置過程中我的電腦在安裝connector/。由此我們猜測到這兩個文件可能不兼容，在相應的文件目錄中粘貼替換后完全沒有問題了。另一種解決辦法是安裝X86版本的connector/ODBC，較為快捷實用。 圖33 ODBC安裝出錯程序的MS端與SC端在本機內(nèi)部調(diào)試互相連接時并沒有出現(xiàn)任何問題。服務端可以成功登陸與啟動服務，客戶端也可以成功與服務端建立連接。但是在聯(lián)機調(diào)試時出現(xiàn)了一些問題，服務端開啟服務后客戶端顯示連接數(shù)據(jù)庫失敗，數(shù)據(jù)庫的失敗表示代碼并沒有問題而是電腦系統(tǒng)或者安裝的軟件出現(xiàn)了問題。在經(jīng)過仔細排查后發(fā)現(xiàn)了兩處問題：（1）電腦防火墻未關(guān)閉，阻礙了通信；（2）MySQL程序默認禁止遠程連接，這使我們程序的調(diào)試變得麻煩起來。防火墻未關(guān)閉的問題容易獲得解決，在“開始”—“控制面板”—“Windows防火墻”—“打開或關(guān)閉防火墻”中設置解決即可。MySQL禁止遠程訪問提供了兩種解決方法，第一種是改表法，因為賬號只能在localhost登陸，這個時候只要在localhost的那臺電腦，登入MySQL后，更改“MySQL”數(shù)據(jù)庫里的“user”表里的“host”項，從“l(fā)ocalhost”改成“%”即可。該操作的SQL代碼為： u root pvmwaremysqluse mysql。 2. Mysqlupdate user set host = ’%’ where user = ‘root’。 3. Mysqlselect host,user from user。這樣的改法只適合兩臺電腦的互相連接的訪問，所以我們選擇了第二種方法。第二種方法為授權(quán)法，用戶可以使用mypassword從任何主機連接到MySQL服務器，該方法的sql代碼為：1. GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 39。myuser39。@39。%39。 IDENTIFIED BY 39。mypassword39。 WITH GRANT OPTION。 PRIVILEGES。 第4章 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡傳輸技術(shù) 視頻圖像壓縮的意義對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻圖像壓縮技術(shù)是不可或缺的，一張A4紙大小的彩色照片（12/mm的分辨率，16bt像素）所包含的數(shù)據(jù)量大約有18MB（兆字節(jié)）左右，正常視頻監(jiān)控幀率為每秒25幀，如果不經(jīng)壓縮而直接傳輸每秒需要傳輸450MB的數(shù)據(jù)量，這樣大的數(shù)據(jù)量給存儲器以及傳輸線路造成了很大的壓力。彩色視頻圖像傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是目前計算機傳輸速率的幾十倍甚至上百倍。如此之大的數(shù)據(jù)流不是可能靠擴大存儲容量和擴大傳輸線路帶寬來實現(xiàn)的。所以，視頻圖像壓縮技術(shù)的使用是必然的。從通信的角度來看，壓縮意味著去除冗余。視頻圖像作為一種信息，它本身存在著大量的冗余，而且視頻具有極強的連續(xù)性和相關(guān)性，則其信息的冗余程度較之單獨的圖像更大。這些大量冗余信息的存在使視頻壓縮變得可行。為了使視頻傳輸?shù)膱D像質(zhì)量得到保障，實時傳輸，占用存儲空間減小，壓縮時需要做到：比較高的壓縮比；2解壓縮速率要快；傳