智能视频质量诊断系统.docx

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智能视频质量诊断系统

智能视频质量诊断系统

北京立天洋网络科技有限公司

2011年7月

1.概述

视频质量诊断系统是一种智能化视频故障分析与预警系统，对视频图像出现的雪花、滚屏、模糊、偏色、画面冻结、增益失衡、云台失控、视频信号丢失等常见摄像头故障、视频信号干扰、视频质量下降进行准确分析、判断和报警。

系统按照诊断预案自动对摄像头进行检测，并记录所有的检测结果。

用户可通过Web网页对系统运行情况进行监控，接收报警，处理报警，查询历史信息，并可根据摄像头所在区域、品牌、故障类型、故障严重程度等不同属性进行多种统计分析。

利用视频质量诊断系统，用户能够有效预防因视频采集设备、视频传输等环节导致的图像质量问题及所带来的损失，并及时发现破坏监控系统的不法行为。

在设备、传输发生问题后，可以迅速进行处理，保障监控系统有效运行。

系统亦有利于帮助用户快速掌握前端设备运行情况，轻松维护大型监控安防系统。

2.设计原则

结合当前视频诊断的技术发展趋势和项目实际需求，提供高性价比的最优设计方案，是本系统设计的指导思想，也是系统方案设计的基本出发点和追求目标。

在设计中，遵循以下原则：

⏹先进性：

在系统设计方面，在系统实用性的前提下，采用领先的视频图像处理算法与数字通讯技术，确保系统在国内的领先地位。

系统具有完备的功能，易于升级扩展，具有较长的使用周期，能够在较长的时间段内满足应用需求。

⏹可行性：

系统与用户以及上级管理部门的需求和管理制度相适应；与建设规模方面的实际情况相吻合。

系统具有较高的实用效能

⏹可靠性：

系统能够长期稳定、安全可靠地运行。

在故障发生时，不影响其它系统的运行。

⏹标准性：

系统设计时，所采用的技术手段遵循业界标准，特别是提供了标准接口，使系统具有良好的兼容性，能够与其它系统连接，同时可适应今后的升级或扩展。

⏹可扩展性：

系统采用模块式结构。

如果用户需要接入更多处理单元，或者实现更多功能，可以方便地升级和扩展。

⏹安全性：

具有多级安全级别控制、操作人员权限控制、数据传输安全控制，数据存储安全保障等。

⏹经济性：

在保证系统功能完善、先进、可靠的基础上，尽量降低系统建设成本。

⏹易用性原则：

系统功能强大，界面友好，软件设计人性化，易于被普通用户掌握、操作和使用。

⏹开放性：

为了保证系统的扩展和与不同厂商设备、系统的互联，系统提供第三方接口。

⏹自主知识产权：

系统拥有完全自主知识产权，可按照用户需求进行定制开发和升级换代，满足用户业务持续增长时的需求。

3.系统设计

3.1系统结构设计

系统结构图

系统采用分布式结构。

从监控网络获取视频信号（支持模拟视频信号/DVR、流媒体等数字视频信号）后，系统利用视频诊断服务器完成视频诊断功能，利用Web服务器完成用户交互，利用数据库服务器存储诊断结果和系统配置。

依据用户网络状况和部署规模、需求，上述各个服务可以采用一台或多台服务器实现，可以集中部署在监控中心，或分布在各个分中心。

视频诊断服务器使用视频采集卡接入模拟视频信号，使用互联网接入数字视频信号。

视频诊断服务器将诊断结果通过Web服务器发送给用户，并在数据库服务器中记录有关信息。

用户可以通过Web页面监控系统状态，进行信息查询、统计，设置诊断预案，维护设备信息，进行系统管理等各种操作。

3.2模块设计

系统模块框图

系统采用高度模块化设计，对视频质量诊断分析过程、业务处理应用和系统管理进行功能划分，设计各个功能模块。

系统包含用户交互层、业务逻辑层和视频数据源三层。

用户交互层实现各种用户交互操作，包括用户登录、系统管理、摄像头管理、信息分析查询、视频诊断管理、故障处理等多个模块。

业务逻辑层实现视频质量诊断，业务逻辑控制、视频数据接入、分析结果存储、Web服务等功能，包括Web服务、中央控制、逻辑控制模块、视频质量诊断模块、视频切换模块、数据库等。

视频数据源提供用于进行视频质量诊断的视频数据。

4.系统功能

4.1视频诊断功能

表视频诊断功能列表

视频清晰度异常检测

检测由于聚焦不当、镜头损坏、异物遮挡或人为蒙蔽引起的视野主体部分图像模糊/遮挡

视频亮度异常检测

检测由于摄像头故障、增益控制紊乱、照明条件异常或人为恶意遮挡等原因引起的画面过暗、过亮等

视频噪声干扰

或雪花干扰检测

检测由于线路老化、传输故障、接触不良、电磁干扰等因素造成的视频图像叠加噪声，或者出现雪花、条状、带状条纹干扰等现象

视频偏色检测

检测由于线路接触不良、外部干扰或摄像头故障等原因造成的视频画面偏色

画面冻结检测

检测由于视频传输、摄像头故障引起的画面冻结

视频信号缺失检测

检测因前端摄像机工作异常、损坏、人为恶意破坏或视频传输环节故障而引起的间发性或持续性的视频缺失现象

视频画面抖动、滚屏检测

检测由于干扰造成的图像上下抖动、画面滚动等现象

PTZ控制检测

检测部分PTZ控制功能是否有效

视频数据接入状况检测

检测系统打开、传输视频数据的状况

DVR录像诊断（可选）

检测DVR的录像结果是否正常

系统利用先进的图像处理技术，提取图像时空特征，并从人眼感知的角度来进行定性，实现视频故障/异常诊断、故障/异常严重性评判。

视频故障的典型示例如下。

对焦发生异常

增益过高或过低

偏色

亮度过高

噪声、偏色、刺状复合干扰

雪花干扰

折叠带滚屏干扰

画面抖动

4.2系统应用

表应用功能列表

登录/退出

实现系统的登录和退出操作。

登录后可根据用户权限查询不同区域摄像头的诊断记录，做诊断统计分析

摄像头

信息

基本信息

设备基本信息：

生产厂家、型号、序列号、配置信息；

设备应用信息：

参数配置、安装位置、安装时间、所属管辖区域、监控场景；

设备维护信息：

维护单位/人员联系信息

供应商信息

供应商名称、联系方式、服务/保修条款

维护记录

设备维修时间、内容等信息

数据批量

导入/导出

从数据库、数据文件中批量导入摄像头信息；或将摄像头信息批量导出到数据库、数据文件中

摄像头分组

按所属区域分级、分组管理摄像头

自动预案

根据位置、时间、巡检次数、巡检项目、设备优先级等要素设置预案，系统依据预案自动巡检摄像头

手动控制

手动选择某些摄像头，进行质量检测

视频诊断算法

参数设置

可设置并存储多套阈值参数、灵敏度，可针对每个摄像头设置不同的参数

诊断结果显示

将视频诊断结果及抓拍画面实时显示在用户界面上

故障报警

以多种方式通知用户摄像头发生故障。

包括语音、电子邮件、短信（可选）报警，并显示故障画面

故障处理

故障确认、维修任务派发

信息查询

对诊断历史记录进行查询，查询条件包括时间、摄像头所属区域、品牌、型号、供应商、故障次数、故障类型、故障严重程度等

统计分析

结合摄像头所属区域、品牌、型号、供应商、故障次数、故障类型、故障严重程度等要素，统计分析某段时间内（例如天、周、月、季度、年等）的摄像头故障次数、故障率，相应统计图表

报表生成

将分析查询结果生成报表，并导出为用户需求格式

用户管理

增加、修改、删除用户；

用户权限管理；

用户资料信息

系统设置

视频诊断服务器、Web服务器和数据库服务器的配置

日志维护

系统日志、用户操作日志的查询、管理

系统应用功能如上表所示，分为用户登陆、摄像头管理、视频诊断管理、故障处理、信息分析查询和系统管理六个部分。

用户登陆控制用户进入/离开系统。

摄像头管理实现摄像头信息的手动填写/删除或批量导入/导出，用户根据权限维护信息的准确性。

视频诊断管理用于视频诊断方式选择、视频诊断算法参数设置和诊断结果的显示。

故障处理在摄像头发生故障时进行报警，并实现相应的故障确认、维修任务派发。

信息分析查询用于对历史诊断记录的查询，对历史诊断结果的统计分析。

通过分析结果，用户可以全面了解设备的运行情况，根据实际情况制定维护计划。

系统管理实现用户管理、系统设置、日志维护等工作。

⏹用户登录

⏹登录/退出：

用户使用Web客户端登录系统，需要输入用户名和密码。

登录后可进行权限内的各项操作。

⏹摄像头管理

⏹摄像头信息管理：

对摄像头的基本信息、供应商信息、设备维护记录进行管理。

支持所有信息数据的批量导入/导出。

当系统检测到有故障设备时，用户利用这些信息能够方便地安排设备维护。

同时故障、维护信息的记录为信息查询和统计分析提供了数据基础。

⏹摄像头分组管理：

摄像头可根据所属区域进行分级和分组管理，为摄像头的管理、查询提供更直观、方便的途径。

例如依据监控中心/分局/派出所/街道等因素对摄像头进行分组管理。

⏹视频诊断管理

⏹自动预案：

系统根据用户设置好的预案，自动按照预案规则对摄像头进行诊断。

⏹手动控制：

用户可以直接选择目标摄像头进行诊断。

⏹诊断算法参数设置：

对诊断算法参数、灵敏度进行设置。

根据预案，可以设置对应的参数。

也可根据用户需要对某个摄像头进行单独设置。

例如对于某些工作年限较长的摄像头，用户可以降低检测的灵敏度；对于工作在光线较弱环境或时段下的摄像头，用户可以下调“过暗”的判别标准等等。

⏹诊断结果显示：

将诊断结果实时显示到登陆用户Web页面上。

⏹故障处理

⏹故障报警：

除了Web页面上的报警提示外，还可通过多种方式通知用户故障信息。

包括语音、电子邮件，短信（可选）等。

⏹故障处理：

用户接到故障报警后对故障进行确认，并派发维护任务给有关人员。

⏹信息分析查询

⏹信息查询：

对历史诊断记录进行查询。

⏹统计分析：

结合多种因素分析设备运行状况。

⏹报表生成：

将查询分析结果生成报表输出。

⏹系统管理

⏹用户管理：

对用户进行查询、添加、编辑、删除等操作。

对用户权限进行设置。

⏹系统设置：

视频诊断服务器、Web服务器和数据库服务器的配置。

⏹日志维护：

系统日志、用户操作日志的查询、管理。

5.系统部署与运行

系统采用分布式结构设计。

依据用户网络状况和部署规模、需求，系统可以部署在一台服务器上，也可部署在不同区域的多台服务器上。

作为已有监控系统功能的完善和扩充，质量诊断系统只需要从原有监控系统中获取视频数据即可，不会对已有系统的运行造成影响。

视频诊断系统的扩展也极为容易。

随着诊断路数、诊断任务的变化，只需要调节业务处理服务的数量即可。

每个业务处理服务支持的诊断数量根据并发诊断数量和服务器硬件配置而不同。

在通常的业务模式和正常网络环境下，采用一台高性能服务器，一个业务处理服务可支持超过2400路/小时的视频诊断任务。

用户可以根据需要灵活设计诊断任务。

例如可以避免白天繁忙的业务时段，在早晨6点到8点对整个系统的摄像头/DVR进行诊断。

在8点员工上班后，即可查询诊断结果，对有问题摄像头/DVR进行检修。

或者在下午下班后执行诊断任务，在系统闲时安排检修。

6.系统特点

视频质量诊断系统具备以下特点：

⏹高准确度

针对视频监控系统的视频信号进行深入分析，设计先进的故障诊断检测器，并经过大量实际系统测试，检测准确率高。

⏹独特的球机运动失配解决方法

球机的PTZ运动过程会造成质量诊断误报。

故障检测器在检测过程中首先进行摄像头运动分析，一旦发现摄像头处于PTZ运动过程中，则仅对摄像头运动不敏感的项目进行诊断分析，避免因运动原因造成误报。

⏹出色的环境适应能力

算法模块对于场景内由于车流、人流、季节、气候产生的光线、阴影变化不敏感，适用于多种不同的室内外环境。

⏹强化的学习能力

加入基于学习的图像处理方法，将算法性能进一步提高。