电子信息综合实训报告

视频安防监控系统

实验目的

1） 了解智能家居安防监控系统的构成和功能。 2） 了解智能家居远程视频监控方法。

3） 熟悉一些图像分析方法，并通过使用VS2010和OpenCV学习几种用于图像处理的

算法。

实验内容

1） 通过网络摄像机对家庭进行远程实时监控。

2） 配置Visual Studio和OpenCV，使其满足图像处理的软件环境。 3） 编写C语言程序，运用几种算法对图像进行分析处理。

实验所用仪表及设备

1） 硬件：PC一台、EasyN的F系列网络摄像机、家庭网关、家庭网络服务器。 2） 软件：Microsoft Visual Studio 2010、OpenCV2.3.1。 实验原理

一、安防监控系统概述

1． 安防系统三个基本要素

（1） 探测

能及时地发现防范区域内的各种异常现象。安防系统探测的对象主要是人或人的行

为。

（2） 环境变量

安防系统要能对探测的结果做出评价（判断其真伪），要控制事件发生的过程，了

解事件处置的

（3） 周界管理和出入控制

安防系统要有明确的防范区域，即周（边）界。通过各种物理的、技术（电子）的

手段，组成一个封闭的周界，并通过与周界的出入口，对人、物的出入进行管理和控制。安防系统应保证合法出入防范区域的人或物的通畅，有效地发现和阻止非法的出入。

2． 安防监控系统的功能

对于智能家居安防监控系来说，能够实现防盗报警、消防报警、气体泄漏报警和紧急求助报警等功能。这些功能主要是靠安装在住宅周界和住宅内部各处的探测传感器将信号进行采集。由智能家居控制器进行智能判别，如果发现异常情况，则发出声光报警，同时将报警信号通过网络传送到主人的移动终端。

（1） 家庭防盗报警功能

通过视频摄像头检测家中是否被盗，定时地传送相应的图像给中央控制器，由中央

控制器分析图像并监测是否有人闯入，主人和小区警卫可通过安装在住户室内的报警控制器在小区管理中心得到信号从而快速接警处理。

（2） 确保安全的生活空间

多层次监控系统确保安全的生活空间。家庭网络将监视触角延伸至家庭的每一个角

落，智能安防实行安全防范系统自动化监控管理，提升家庭的安全保障。

（3） 远程监控

系统将摄像机连接至中央控制系统，并进行远程控制，可随时通过计算机、手机远

程查看各监控区域情况。

（4） 及时了解家中的情况

监控设备可通过网络技术进行远程实时监视，远程录像查询回放及云台控制。利用

先进的3G技术，在外用手机就可以查看家中实时画面，了解家中情况。用户可以在离开家的时候依然照顾和看护家里需要照顾的人。

（5） 录像回查

按时间或事件检索案件发生现场的录像，进行嫌疑视频信息收集，搜索嫌疑人、嫌

疑车辆等线索。对应系统功能需求：输出视频前端存储和后端备份存储；基于事件的视频存储；录像文件检索和回放等。

（6） 视频智能分析和快速预警

对实时视频图像进行智能分析，及时发现可疑事件，并向家庭主人发出预警，同时

切换出警情的图像进行自动跟踪。

3． 智能家居网络视频监控系统的结构和功能 基于安防系统的三要素和我们要实现的功能，智能家居网络视频监控系统主要由前端视频采集单元（PU）、传输网络（TU）、中心服务平台（CSP）和客户端单元（CU）四部分组成。系统在前端进行视频采集，经过压缩与优化算法等处理，通过网络传输进入中心服务平台，中心服务平台包含前端视频接入、视频分析与报警、平台管理、客户端接入等模块。客户端通过校园网或IP宽带、3G等网络获取智能视频监控信息、进行预置等。

1） 前端视频采集单元（PU），由摄像机、采集卡、数据压缩卡、云台控制机及其

他外部设备组成，获取视频的原始数据，并进行初步的数据压缩。 2） 传输网络（TU），采用无线和有线的方式都可以实行。有线方式是互联网络平

台，可支持各种互联网接入技术，如ADSL、以太网、专线等，充分利用互联网的经济、方便的特性。无线方式是通过中国移动、中国联通、中国电信等平台实施，网络覆盖率高。 3） 中心服务平台（CSP），为认证、管理、运营、存储平台，支持多用户、多范围、

多应用、多分布的整体监控，是联系各模块和客户端的枢纽。在智能家居中，中心服务平台的功能主要由家庭服务器完成。平台被分为七个功能区：

（1）视频接入与分析模块。实现前端和平台间信令的交互，获取前端视频数据接入，分析与处理视频数据，并实现视频请求、接收、分发。视频分析包括运动目标检测、目标区域提取、目标识别等过程。 （2）预报警及联动发动模块。对视频的实时监控中触发预设阈值或产生异常产生报警信号，并按报警级别发动联动措施，它是智能视频监控系统不可缺少的部分。

（3）多媒体数据库。 （4）用户认证。

（5）平台管理模块。用来实现对平台整理设备的管理，实现网管功能。

（6）客户端接入模块。为用户提供界面接入接口、实现客户端与平台间信令及信息的交互。操作控制模块来处理系统的各种控制信令，对客户端信令进行响应。

（7）调度模块。用来控制交换层设备、媒体流数据的流向和计费信息处理等。 4） 客户端单元（CU），用户与中心服务平台交互的平台，获取远程监控实时视频

信息、视频检索、控制摄像头和预置预报警阈值及转发告警信息。客户端支持多种形式的监控终端，用户可以通过手机、PDA、笔记本电脑等移动设备，在网络的任何一个接入点接入，在通过用户认证后可以对现场监控，只要通过IE浏览器或客户端软件，就可控制远端设备，如控制摄像机的角度、镜头焦距等，并可接收报警信息。以智能手机为终端的客户端，基于3G或Wi-Fi；以手机厂商提供的开发软件为平台，能实现用户任何时间、任何地点的视频监控；以PC为终端的客户端。基于多媒体技术，利用PC强大的处理能力，提供高质量的视频播放、智能识别等操作。其主要包含三个模块： （1）分析设置模块。分析设置模块是根据不同现场环境中的摄像头以其发挥的不同功能分别进行分析设置。首先是摄像头的定标，然后是告警预置。最后是目标行为分析参数设置。最终形成参数配置文件存储于中心服务器。

（2）监控计划模块。对不同地段不同时间的同一个摄像头获取的视频可以实施多种视频监控方案。在场景监控条件发生改变或者监控目标需要临时调整时，可以设置各种监控计划，其包括一次性的、周期的、某一时间段的或默认计划等多种监控选择方案。

（3）实时视频播放模块。在客户端实现视频流的实时播放是一组过滤器和相关的应用程序来实现的，需要对从中心服务器以RTP转发过的视频压缩包进行还原，以一定视频压缩标准解码器进行解码，最后形成视频的实时播放。

4． 视频监控系统工作流程

系统以全数字网络视频监控技术为基础，利用网络资源优势，计算机软件技术、数字视频分析与处理等技术，完成分布式远程集中监控，实现资源共享、分级使用、权限管理、主动识别与跟踪、对象行为分析、联动预报警等系统。流程： 1）CU通过客户端接入模块向平台管理模块请求访问某前端视频采集单元实时视频。 2）业务管理模块判断该User是否有访问权限、业务类型及设置了异地访问，另需判断PU是否本域。

3）若PU在异域，将请求发送给PU所在域CSP。

4）PU所在域CSP通过接入及视频分析模块、PU、VTDU建立交互，形成媒体访问路由。并产生一个唤回号。

5）若路由终点为PU，向PU发送Call ID。

6）向路由上各VTDU发送媒体访问地址、Call ID。

7）PU所在域CSP将确定的访问地址和Call ID返回给CU所在域CSP。 8）CU所在域CSP通过与VTDU交互确定本域内媒体访问路由。 9）向路由上各VTDU发送媒体访问地址、Call ID。 10）向CU返回媒体访问地址、Call ID。 11）各段分别请求建立媒体通道。

12）各被请求设备验证Call ID符合后，各段分别完成媒体通道建立，形成一条视频传输通道。

13）通道建立后，接入视频分析模块实时接收PU端视频数据，视频分析模块实时与多媒体数据库交互、鉴别是否有异常发生，如有，按照一定的算法分析识别视频对象，并分析对象行为，达到平台管理模块预置的警戒阈值时启动报警服务，然后通过客户端告知CU。

二、硬件设计与实现

智能家居平台上视频安防的主要控件为EasyN的F系列网络摄像机，用于IP网络基础上的远程视频图像传输。其采用MJPEG硬件压缩技术，可以在LAN/WAN上以30f/s传输高质量（VGA或CIF）的实时视频图像。并且内置有Web服务器，支持IE浏览，可通过网络进行远程配置、启动或固件升级，设备管理和维护非常方便。

1. 设备的性能和功能

1） 采用高性能、功能强大的媒体处理器32bit RSIC。 2） 高清晰度COMS感光芯片，每秒可达实时25帧。

3） 采用优化Motion-JPEG视频压缩算法，窄带上实现高清图像传输。 4） 最多支持5个用户同时浏览，使用转发服务器功能则无人数限制。

5） 内置Web Server，方便用户使用标准的浏览器实现对现场的实时监控以及设置

管理。

6） 支持Wi-Fi。

7） 支持远程系统升级。

8） 支持动态域名解析，支持局域网和互联网（拨号上网、路由器上网等）。 9） 支持单、双向语音对讲。

10） 移动侦测报警功能，可以设置报警时间段。

11） 内置看门狗、异常自动恢复功能。网络中断后可自动连接。 12） 动态报警功能，可以设置报警时间段。 13） 发送邮件、FTP图片、外部输出。 14） 支持手机访问。

15） 支持预置位，并支持报警时调用预置位。 2. 设备的接口

供电灯、网络灯、天线、以太网端口、I/O接口、电源输入口。 3. 设备的规格和硬件参数表 三、软件设计与实现

计算机视觉检测是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴检测技术，与计算机视觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容稍有不同，计算机视觉检测更侧重于获取被检测对象的精确参数，或者根据给出的参数提取出满足条件的目标。

计算机视觉检测过程主要有三个步骤：视觉影像的获取、视觉数据的处理、目标检测及结果输出。视觉影像的获取阶段完成检测对象的数字图像生成。不同的检测对象有时需采用不同的成像传感器。

智能视频监控系统就是基于计算机视觉检测技术的一个应用。其中，运动目标检测技术和目标识别与跟踪算法为该系统的核心技术。在实现目标检测前，首先要学习一些图像分析方法，例如帧差法、人脸检测、Canny边缘检测和运动目标检测。

软件开发平台 （1） VS2010 （2） OpenCV