淺議視頻異常診斷技術在視頻監控中的應用

　　[摘要]本文在典型監控系統的基礎上，結合現在的視頻診斷技術和實際情況，提出了一種分布式的視頻異常診斷系統模型，依此模型設計的系統能解決監控系統在運維中碰到的實際問題。
　　[關鍵詞]視頻監控、分布式、視頻異常診斷、模塊化
　　中圖分類號: TN91文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)03(a)-0000-00
　　1背景
　　目前，隨平安城市視頻監控項目的推進，無數的攝像頭遍布在城市的角落，晝夜不停的監視和錄像，為改善社會治安作出了突出的貢獻，但是由于一些外界的原因，比如供電故障、網絡故障、惡劣天氣、設備故障等等，都會導致視頻無法正常使用，一旦在故障期出現案件，就無法提供關鍵視頻數據用于事后分析和判斷。
　　傳統的做法是使用人工巡檢，安排一定數量的人員每固定周期巡檢各個設備，這種方法不僅效率低，而且及時性差。
　　根據目前監控行業運營的現狀，我們提出了一種智能化的視頻質量診斷系統，它按照診斷預案自動對攝像頭進行檢測，使用智能算法，對視頻進行分析，記錄所有的檢測結果并產生預警。
　　利用這套系統，用戶能夠有效預防因視頻采集設備、視頻傳輸等環節導致的圖像質量問題及所帶來的損失，并及時發現破壞監控系統的不法行為。在設備、傳輸發生問題后，可以迅速進行處理，保障監控系統有效運行，輕松維護大型監控安防系統。常見圖像異常問題
　　2常見問題及關鍵技術
　　常見的視頻異常類型有視頻清晰度異常、視頻亮度異常、視頻噪聲異常、視頻偏色、視頻抖動以及其他視頻信號異常。
　　1，視頻清晰度異常檢測，檢測由于聚焦不當、鏡頭損壞、異物遮擋或人為蒙蔽引起的視野主體部分圖像模糊/遮擋。
　　解決方法：
　　攝像機清晰度檢測，采用頻譜分析方法，通過圖像頻域各頻段的比例關系，得到圖像的清晰度指標，當視頻清晰度指標低于設定閾值，啟動報警程序。
　　2，視頻亮度異常檢測，檢測由于攝像頭故障、增益控制紊亂、照明條件異常或人為惡意遮擋等原因引起的畫面過暗、過亮等。
　　解決方法：
　　以視頻圖像的灰度直方圖為特征，采用機器學習的方法，分別對畫面過暗和過曝兩類視頻圖像的直方圖進行學習，得到亮度檢測分類器，對視頻進行實時監測。
　　3，視頻噪聲異常檢測，檢測由于線路老化、傳輸故障、接觸不良、電磁干擾等因素造成的視頻圖像疊加噪聲。
　　解決方法：
　　分析視頻中的高頻區域，與無噪聲視頻的經驗高頻區域進行比較，進行一次篩選。篩選后的視頻圖像，進一步做噪聲位置分布統計，如果圖像中的高頻分量占比較大并且位置分布均勻，則判斷為噪聲異常。
　　4，視頻偏色檢測，檢測由于線路接觸不良、外部干擾或攝像頭故障等原因造成的視頻畫面偏色
　　解決方法：
　　將視頻圖像的顏色空間變換到HSV空間，并將視頻圖像分為m×n個區域，分別統計每個區域內的圖像飽和度和色度，與在該場景下的正常視頻的飽和度和色度進行比較，當所有區域的飽和度和色度都與正常視頻出現差異且持續一段時間，則判定視頻偏色。
　　5，視頻抖動檢測，檢測攝像機抖動引起的畫面抖動現象。
　　解決方法：
　　通過提取視頻中的特征點，并對特征點進行跟蹤，得到每個特征點的運動軌跡。綜合所有特征點的軌跡，得到畫面的整體移動軌跡，當絕大多數的特征點運動軌跡一致，并且軌跡呈往復運動，則判定視頻出現抖動，往復運動的振幅強度判斷視頻的抖動程度，當抖動劇烈時及時報警。
　　6，其他視頻信號異常檢測，檢測因前端攝像機工作異常、損壞、人為惡意破壞或視頻傳輸環節故障而引起的間發性或持續性的視頻缺失、畫面凍結等現象。
　　解決方法：
　　攝像機運行過程中，持續統計圖像的直方圖分布的信息量，視頻幀間差異等特征，如果發現直方圖分布信息量出現異常，或長時間的無幀差現象，則輸出報警信號。
　　3系統特點
　　系統結合當前視頻診斷的技術發展趨勢和實際需求，是一套整體性價比極高的設計方案。
　　系統采用分布式結構，從監控網絡獲取視頻信號后，利用視頻診斷服務器完成視頻診斷功能，視頻診斷服務器將診斷結果通過Web服務器發送給用戶，并在數據庫服務器中記錄有關信息，用戶可以通過Web頁面監控系統狀態，進行信息查詢、統計，設置診斷預案，維護設備信息，進行系統管理等各種操作。利用Web服務器完成用戶交互，利用數據庫服務器存儲診斷結果和系統配置。
　　依據用戶網絡狀況和部署規模、需求，上述各個服務可以采用一臺或多臺服務器實現，可以集中部署在監控中心，或分布在各個分中心。
　　界面友好
　　系統功能強大，界面友好，軟件設計人性化，易于被普通用戶掌握、操作和使用
　　算法優異
　　采用領先的視頻圖像處理算法，能夠檢測幾乎常規使用狀況下的所有視頻異常情況。
　　運行安全
　　作為已有監控系統功能的完善和擴充，質量診斷系統只需要從原有監控系統中獲取視頻數據即可，不會對已有系統的運行造成影響。
　　系統具有多級安全級別控制、操作人員權限控制、數據傳輸安全控制等，保障操作的安全和數據的安全。
　　易于擴展
　　系統采用模塊式結構，擴展非常容易。隨著診斷路數、診斷任務的變化，只需要調節業務處理服務的數量即可。每個業務處理服務支持的診斷數量根據并發診斷數量和服務器硬件配置而不同。在通常的業務模式和正常網絡環境下，采用一臺高性能服務器，一個業務處理服務可支持超過2400路/小時的視頻診斷任務。
　　系統所采用的技術手段遵循業界標準，特別是提供了標準接口，使系統具有良好的兼容性，能夠與其它系統連接，同時可適應今后的升級或擴展。
　　維護簡單
　　系統具有完備的功能，易于升級擴展，具有較長的使用周期，能夠在較長的時間段內滿足應用需求
　　4總結
　　本文給出了一種應用于大型監控系統維護的系統模型和解決方案，并對其主要功能進行了介紹。
　　該系統投入之前，每一個巡檢人員每天約能巡查2000個設備，例如某地區總共在線16000個設備，需要2個巡檢人員，每個設備需要一個星期才能巡檢一次。投入之后，每6個小時就可以自動巡檢一次，只需要一個巡檢人員，就可以做到設備的每天巡檢。