多媒體網絡信息監控與處理系統的設計與實現

賈曉婷+邢潔清

摘 要： 由于多媒體網絡信息的不斷更新，多媒體網絡信息監控系統在監控水平、處理能力等方面無法得到合理提升。因此，設計多媒體網絡信息監控與處理系統，該系統中的監控模塊進行多媒體網絡信息的采集工作，并將其轉換成數字多媒體網絡信息。處理模塊利用基于達芬奇技術的TM320DM368處理器對數字多媒體網絡信息進行處理，所生成的監控結果將被反饋到監控模塊。用戶經由監控模塊提供的客戶端，對系統的處理流程和監控結果進行查詢。系統為多媒體網絡信息提供了多種處理算法，主要包括幀間差分算法和背景減值算法。實驗結果表明，所設計的系統監控成功率高，處理能力強，能夠快速且準確地顯示用戶所需內容。

關鍵詞： 多媒體網絡； 監控系統； 達芬奇技術； TM320DM368

中圖分類號： TN711?34； TP399 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）04?0057?04

Design and implementation of information monitoring and processing system for multimedia network

JIA Xiaoting， XING Jieqing

（Qiongtai Normal University， Haikou 571127， China）

Abstract： As the multimedia network information is updated increasingly and the existing multimedia network information monitoring system cannot get promoted reasonably in monitoring level and processing power， a multimedia network information monitoring and processing system is put forward to solve the problem. The system is composed of monitoring module and processing module. The monitoring module is used to cololect the multimedia network information， and convert it into digital multimedia network information. The processing module is adopted to process the digital multimedia network information through TM320DM368 processor based on the technology of Leonardo Da Vinci. The generated monitoring result feeds back to the monitoring module. The users query the treatment process and monitoring results of system through the client provided by the monitoring module. The system provides a variety of processing algorithms for multimedia network information， mainly including the frame difference algorithm and background decrease value algorithm. The experimental results show the system has hifg monitoring success rate and strong processing ability， and can quickly and accurately display the content that the users require.

Keywords： multimedia network； monitoring system； Leonardo Da Vinci technology； TM320DM368

0 引 言

隨著信息技術的不斷發展壯大，多媒體網絡信息以其便捷性、完整性和通俗性，在各行業的安保領域中被大量使用[1?3]。由于多媒體網絡信息的不斷更新，多媒體網絡信息監控系統在監控水平、處理能力等方面無法得到合理提升，因而被逐漸淘汰，取而代之的是多媒體網絡信息監控與處理系統。這種新型系統在傳統系統的監控基礎上，更加側重于對不斷更新的多媒體網絡信息的有效處理，以更好地對用戶需求進行響應[4?6]。

由于我國科研組織對多媒體網絡信息監控與處理系統研發正處于初級階段，因此，曾塑造出的系統均存在一些弊端。如文獻[7]塑造遠程控制多媒體網絡信息監控與處理系統，其利用多功能監控機對多媒體網絡信息進行監控，并通過無線網絡對監控信息進行處理和控制。該系統的集成度較高且安裝較為方便，有效節約了人力和財力。但其處理能力過于依靠系統硬件實現，一旦硬件出現問題，其監控成功率和處理能力都將大幅度降低。文獻[8]塑造嵌入式控制多媒體網絡信息監控與處理系統，該系統將PC機作為多媒體網絡信息的處理平臺，并通過其內置的多媒體切換功能，實現多方監控信息的高效率查詢。該系統的性能雖高，但其硬件的成本過高，市場競爭能力較弱；文獻[9]塑造信號模擬多媒體網絡信息監控與處理系統，該系統利用“信號模擬”這一相對完善且成本低廉的技術，將多媒體網絡信息存儲為畫質更清晰且更易管控的模擬信號，全面提升系統的監控水平和處理能力。但其功能過于簡單，信息查詢操作復雜，僅適合進行小型多媒體網絡信息的監控與處理；文獻[10]塑造數字多媒體網絡信息監控與處理系統，該系統的數字化程度較高，處理能力強，且使用更為方便，能夠實現多媒體網絡信息的準確監控。但該系統太過受限于網絡傳輸能力，且其傳輸安全性能不夠好。

本文設計了一種監控水平高、處理能力強的多媒體網絡信息監控與處理系統，解決以上系統弊端。該系統由處理模塊和監控模塊組成。實驗結果表明，所塑造的系統監控成功率高，處理能力強，能夠快速且準確地顯示用戶所需內容。

1 多媒體網絡信息監控與處理系統設計

多媒體網絡信息監控與處理系統包括監控模塊和處理模塊兩部分。監控模塊進行多媒體網絡信息的采集和實時監控工作，處理模塊對數字多媒體網絡信息進行處理。系統的處理流程和監控結果將實時反饋給用戶，便于用戶掌握多媒體網絡狀態。

1.1 監控模塊設計

多媒體網絡信息監控與處理系統利用監控模塊進行多媒體網絡信息的采集工作，并對其進行實時監控。監控模塊主要由網絡攝像機、云鏡解碼器、服務器和客戶端組成，如圖1所示。

由圖1可知，監控模塊經由WiFi技術實現多媒體網絡監控信息的傳遞工作，WiFi技術的使用不限制終端，使用戶能夠隨時隨地獲取多媒體網絡信息監控與處理系統的監控信息。網絡攝像機進行多媒體網絡信息的采集工作，即將多媒體網絡信息傳送到多媒體網絡信息監控與處理系統中，以對其進行處理。系統選用的網絡攝像機是SCZ?2250PD網絡攝像機，該網絡攝像機可在[-20 ℃，40 ℃]的溫度范圍內正常工作，并具有25倍光學變焦能力，其內置的日夜轉換功能可提升系統對監控信息的采集能力和處理能力。

SCZ?2250PD網絡攝像頭將采集到的多媒體網絡信息傳送到服務器中，由于監控模塊中的信息傳輸主要通過WiFi技術，在服務器的選擇上，應重點考慮服務器的安全性能和傳輸效率，并兼顧其購買成本和運行成本。為此，多媒體網絡信息監控與處理系統選用我國某公司生產的ME5000多媒體服務器。ME5000多媒體服務器的價格較比國外同功能產品更低，且運行安全穩定、傳輸效率高。其支持標準多媒體編碼協議，與用戶終端兼容性較高。ME5000多媒體服務器通過分析多媒體網絡信息參數，對多媒體網絡信息進行編碼，并將編碼后的信息傳送到云鏡解碼器和客戶端中。客戶端的位置位于用戶終端中，用戶可經由客戶端實時查詢多媒體網絡信息，以及系統對信息的處理流程和監控結果。用戶也可通過客戶端進行多媒體網絡信息的處理，其處理工作較為復雜，應經由專業人員獲取到處理許可，方能實現多媒體網絡信息的自主處理。

云鏡解碼器主要進行已編碼信息的解碼工作，并將解碼后的多媒體網絡信息轉換為數字信號。數字信號中包括多媒體網絡信息的地址和相對應網絡攝像機的地址。多媒體網絡信息監控和處理系統能夠通過數字信號操縱網絡攝像機行為，同時，數字信號也將被傳輸到處理模塊，進行多媒體網絡信息的處理工作。

1.2 處理模塊設計

多媒體網絡信息監控與處理系統選用達芬奇技術作為處理模塊的核心技術。達芬奇技術是為數字多媒體網絡信息量身定制的處理方案，其能夠在保證處理能力的基礎上，對處理流程進行簡化，并為數字多媒體網絡信息提供多種硬件和軟件的技術支持，以提高系統處理效率。達芬奇技術不僅擁有超強的控制能力，其對大型多媒體網絡信息的處理同樣具有優良的表現能力。達芬奇技術在對多媒體網絡信息監控與處理系統進行實時控制的同時，也為用戶提供了自主編程接口。其配備的各種內置算法知識庫，增強了系統的靈活性，為系統后期整改工作提供了便利。監控模塊基于達芬奇技術，選擇了TM320DM368處理器進行多媒體網絡信息的處理工作。TM320DM368處理器的處理頻率高達432 MHz，且ARM性能較為強勁。圖2是TM320DM368處理器的工作原理圖。由圖2可知，TM320DM368處理器先后根據用戶數據報協議和實時傳輸協議，解析監控模塊的工作流程并生成服務質量控制反饋，對數字多媒體網絡信息進行解碼和顯示等預處理。解碼后的信息會傳輸到TM320DM368處理器內置的子處理器進行處理，圖3是TM320DM368處理器中子處理器工作原理。

由圖3可知，子處理器將首先進行多媒體網絡信息監控與處理系統的環境解析工作，為數字多媒體網絡信息選取最優處理方案。當多媒體網絡信息輸入到子處理器，計時器便開始對處理工作進行計時。子處理器在達芬奇技術的控制下，將已處理的多媒體網絡信息生成監控結果，并對其進行加密和信號增強，以保證監控模塊對信息進行安全接收，并提高網絡攝像機的顯示效果。

2 多媒體網絡信息監控與處理系統實現

多媒體網絡信息監控與處理系統為多媒體網絡信息提供了多種處理算法，主要包括幀間差分算法和背景減值算法。系統能夠為多媒體網絡中的不同信息自動匹配適合的算法。幀間差分算法通過分析多媒體網絡信息中相互臨近的幀差數值，確定出其中待處理信息。圖4是幀間差分算法處理流程圖。根據圖4分析幀間差分算法的處理流程：將圖4中的幀數設為，用代表多媒體網絡信息的幀值，代表信息坐標點，代表相互臨近的幀差數值，對多媒體網絡信息二值化，則其二值化表達式為：

（1）

（2）

式中，代表標準閾值。多媒體網絡信息監控與處理系統利用幀間差分算法，將閾值小于幀差的多媒體網絡信息設置成輔助信息，這樣便能夠準確地將目標信息提取出來。經由二值化處理后的多媒體網絡信息，將依次進行形態學濾波排除干擾，以及拓撲連通性測試，保證系統能夠對用戶所需內容進行快速顯示。同時，幀間差分算法為多媒體網絡信息監控與處理系統提供了中斷控制，以應對黑客入侵、系統信息泄露等突發狀況。

背景減值算法同幀間差分算法的處理流程較為相似，其數學表達式為：

（3）

（4）

式中，代表多媒體網絡信息中的輔助信息幀值。背景減值算法將多媒體網絡信息中某一幀值與輔助信息幀值做差，構建輔助信息幀值模型。該模型的優點在于其能夠進行實時更新，更適用于處理動態類型的多媒體網絡信息。

由于動態信息中的影響因素較多，背景減值算法需要對其進行算法消除，提取出影響因素中的輔助信息。背景減值算法主要通過與平均分配算法或自適應算法相結合的方式，對影響因素中的輔助信息進行提取。

平均分配算法對影響因素中的輔助信息的提取原理，主要是對影響因素信息進行復制，通過對所復制信息的總閾值進行平均分配，將影響因素覆蓋掉，求得輔助信息閾值。平均分配算法的用法較為簡單，效果較為理想，但不能用其進行過于細致的影響因素的消除工作。假設多媒體網絡信息中影響因素信息的長度為，則有：

（5）

式中：

（6）

自適應算法對影響因素中的輔助信息的提取流程為：首先假設某幀為輔助信息，將多媒體網絡信息中的其他幀與其進行對比，并對不同幀的輔助信息進行排查和整改，進而得到真實輔助信息。假設為輔助信息響應速度，則自適應算法的目標函數為：

（7）

3 實驗分析

本文所設計的系統所需達成的目標是：塑造一種監控成功率高、處理能力強的多媒體網絡信息監控與處理系統，實現用戶所需內容的快速、準確顯示。

由于環境溫度的改變會對多媒體網絡信息監控與處理系統的硬件性能造成影響，導致系統性能變化。因此，實驗在溫度為20 ℃，40 ℃和-20 ℃的環境下，分別對本文系統的監控成功率和處理能力進行驗證。實驗還選取數字多媒體網絡信息監控與處理系統與本文系統進行對比，以便能夠更加直觀地了解本文系統性能。圖5、圖6是三種溫度下兩系統監控成功率變化圖，圖7、圖8是三種溫度下兩系統處理能力變化圖。兩種系統的處理用時統計表如表1所示。

從圖5中可看出，數字多媒體網絡信息監控與處理系統在溫度為20 ℃，40 ℃和-20 ℃的環境下監控成功率變化較大，表現在成功率數值的波動和下降幅度明顯增大，其在20 ℃，40 ℃和-20 ℃溫度下的監控成功率平均值分別為97%，90%，88%。

從圖6中可看出，本文系統在溫度為20 ℃，40 ℃和-20 ℃的環境下的監控成功率平均值分別為100%，98%和95%，即本文系統實現了常溫下對多媒體網絡信息的完美監控，其在高溫和低溫環境下的監控成功率，高出數字多媒體網絡信息監控與處理系統8%和7%，且監控成功率非常穩定。驗證了本文系統具有較高的監控成功率。

由圖7、圖8以及表1可知，本文系統的處理能力變化幾乎不受溫度影響，其處理時間一直在[3.8 ms，6.0 ms]范圍內變化。而數字多媒體網絡信息監控與處理系統在常溫20 ℃下的處理能力較高，但在高溫和低溫環境下處理時間明顯增大，系統整體的處理能力較弱。經由對以上結果的對比分析，驗證了本文系統具有較強的處理能力。

4 結 論

由于多媒體網絡信息的不斷更新，多媒體網絡信息監控系統在監控水平、處理能力等方面無法得到合理提升。因此，本文塑造的多媒體網絡信息監控與處理系統，由監控模塊和處理模塊組成。監控模塊進行多媒體網絡信息的采集工作，并將其轉換成數字多媒體網絡信息。處理模塊利用基于達芬奇技術的TM320DM368處理器，對數字多媒體網絡信息進行處理，所生成的監控結果將反饋到監控模塊。用戶經由監控模塊提供的客戶端，對系統的處理流程和監控結果進行查詢。系統為多媒體網絡信息提供了多種處理算法，主要包括幀間差分算法和背景減值算法。由實驗結果可知，所塑造的系統監控成功率高，處理能力強，能夠快速且準確地顯示用戶所需內容。

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