远程视频监控系统（RVMS）的应用探究

摘要：全面介绍了基于H.263的远程视频监控系统（RVMS），运用图像处理、图像识别、网络编程等技术，通过普通电话线实现了远程实时视频传输和监控区域异常情况的自动报警和录像功能。该系统采用VC++编程实现，人机界面友好，达到了预期效果。 关键词：H.263 图像识别 远程传输 TCP/IP 一、引言 随着网络的发展和压缩技术的进步，监控系统日益广泛应用于银行、宾馆、机场、城市交通部门等重要机构，为保障安全、提高工作效率起到了举足轻重的作用。尤其是远程监控，它以数据传输网络为载体，如电话网、光纤、以太网、ISDN、ATM、Internet等，更利于实现集中监视、统一调度、优化管理。 远程监控系统可以将分散的信息集中起来，实时显示并存储，为管理人员提供实时、直观的视觉材料，从而优化、统一了管理。也可以在危险的工作环境中实现无人作业，或者将操作人员从繁重的重复劳动中解脱出来，把精力转向分析决策。另外，还可以对系统性能和服务的异常，进行及时、准确地报警，提醒操作人员排除故障。因而，远程监控系统可以广泛地应用于工农业、交通、电力、医院等的实时监控。还可以用于军事领域中，为大型试验场区、武器装备管理、各部门的统一指挥调度等重要事宜提供保障。 本文提出的远程视频监控系统（Remote Video MONITORING System）,利用现有的公用电话网（PSTN）采用改进的H.263压缩算法和TCP/IP网络传输协议实现远程实时监控，并采用一定的图像识别方法完成报警功能。由于系统的远程访问是基于应用层的，系统有很好的可移植性，当底层物理网络改变时，系统软件不需要修改。因此，本系统还可以通过公共数据通信网（X.25网）和局域网在操作系统支持的各种网络平台上进行。其系统示意图如下： 二、远程视频传输的实现 远程视频传输的基本过程是发送端采用改进的H.263视频压缩标准对原始视频流进行压缩后通过调制解调器在普通电话线上进行远程传输；接收端采用相应的H.263解码标准对接收的数据进行解码并实时显示，从而达到实时监控的目的。其网络传送平台如图2所示。下面将具体介绍各部分的实现。 1. 视频采集 本地端将多个摄像头接入视频多路转换器，通过视频线接入高速图像采集卡。本地端控制多路转换器，实现多路视频信号的同时输入。再进一步利用Microsoft的VFW(Video For Windows)软件包中的AVICap窗口类实现事实视频捕捉。 2. 视频压缩 视频压缩采用了H.263视频编辑解码标准。H.263将减少时间冗余的帧间预测编码和减少空间冗余的残差信号变换编码结合起来，有效地去除图像的相关性，将视频图像压缩至少压缩到约20kbps,从而可在普通电话线上通过28.8kbps的V.34Modem传送视频信号。另外，它提供的是开放式框架，仅详细规定了压缩码流的语法结构和基本压缩算法，并未对算法的具体实现进行规定。因此，在具体实现中，所选用的方法将决定系统的性能。H.263中最为耗时的算法是运动估计和DCT变换。选用快速匹配算法、预先判零技术和DCT的快速算法大大提高了编码速度。 另外，高效压缩后视频码流输出速率不再是固定的，而是随着视频内容和编码算法中参数的不同而变化。另一方面，信道传输能力也不是固定不变的。为使两者平衡，采取了传输缓冲区控制和自适应量化策略，通过改变量化级数的办法，使缓冲区达到一种动态平衡，这样系统既能充分利用网络带宽又不引起网络拥塞，从而减少时延，降低丢包率，再接收端获得较好的重建图像。 3. 远程传输 系统在进行数据传输前，首先要建立一个端到端的物理连接。本地监控站利用电话线通过拨号网络呼叫远程访问服务器(RAS)，并通过PPP协议建立连接，这样本地监控站的数据就可以由RAS转发给监控中心的其他主机上了。 本系统采用TCP/IP网络传输协议实现数据的远程实时传输，并利用多线程技术实现数据的双向传输。TCP/IP协议族独立于硬件，适用于异种网络通信，是一种成熟实用的标准，具有良好的互联性，并且在局域网上通用，并且在IP层之上提供面向无连接的TCP和面向无连接的UDP。 在实时监控时，视频数据对实时性的要求远大于可靠性，如果用TCP来传输，大量的数据容易引起重传，是网络负载增大并加大时延，因此采用UDP来实现数据的实时传输。而对于控制信息，应尽量保证其可靠传输，因此采用TCP传输。当监控中心调用本地端录像内容进行分析时，可靠性又显得更为重要，因此采用TCP传输以确保数据的可靠性。 4. 视频解码回放 对于监控中心，在实时回放显示界面中，包括播放、停止、暂停等基本操作。在调用远端的录像内容时，还有快进、快退以及单帧图像的进退操作。这些功能是通过分析帧头信息获得得该帧的精确定位的。 三、图像识别与报警 为了保证即时、准确地发现监控地域的异常现象，图像识别需要一定的实时性和可靠性。具体的识别方法根据监控的场合和要求而具体设定。在实验中，我们对于监控地域的变化，当变化大于设定的阈值时就判为异常，其判别过程如图3所示。 一旦监控区域出现异常，本地端的报警西听将立即发出警示信号提醒工作人员，录像装置将自动进入工作状态，并且在本地监控界面上显示事故区域，同时，按时间顺序将事件记录于数据库中。本地端对事故采取措施，远端监控中心则定时访问本地数据库，并对新事件的录像内容进行查看。录像内容的可靠性是通过TCP协议保证。 四、监控中心与本地监控 本地监控对监控中心有较低优先级。它完成一定的控制功能，对其所控制的区域进行部分或者全部实时监控和对事故进行自动报警、录像等。从而使工作人员拥有直观、可靠的视觉材料，为及时有效地处理事故提供了保证。 监控中心可以对本地直接进行控制，根据需要选择分站发送指令对其进行实时监管。这样监控中心只在有重要任务或特殊情况时才对分站实时监控，通常这些工作由各分站完成，这有利于减轻监控中心的负担，降低监控中心的硬件配置并提高系统工作效率。中心可以根据各分站的录像时间进行录像结果检索回放，或对事故选择单帧图像进行打印分析为进一步的工作打下基础。 五、结束语 本系统在PSTN网上，线路带宽为33.6K时，对于QCIF图像格式，平均可达15帧/秒的解码帧频，图像连续性达到使用要求。随着压缩技术的不断进步，远程监控系统有着很大的发展和完善空间。另外，将视频和音频压缩有效的结合起来，以及电子白板的实现将会使监控系统有更广泛的适应性。同时，采用MMX技术对程序优化，DirectX技术显示图像和播放声音等，将大大提高系统性能。 通信地址：山东青州市二炮士官学校有线通信教研室 张玉强收