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摘 要：针对平安城市视频监控画面中存在的黑屏、冻结、偏色等问题，设计并实现了基于监控视频的质量诊断系统。该系统获取前端摄像机的视频图像，调用对应的检测算法对视频图像进行准确分析、判断，并给出告警提示。用户通过Web页面对系统结果，运行情况进行监控。结果表明，该系统实现了对常规视频故障的快速检测，能够满足大规模数字视频监控系统运行的需求。
关键词：平安城市；视频监控；视频质量诊断；轮询
中图分类号：TP391
随着“平安城市”建设的推进，视频监控系统建设面临巨大挑战。在目前以数字化视频监控技术和光纤传输为主流应用的背景下，由于设备质量、使用寿命、现场环境以及供电、传输线路等多方面的原因，视频监控会出现各种“睁眼瞎”的故障。不少视频监控系统都面临着如何第一时间内知晓故障，及时进行修复，保证视频质量的问题，视频质量诊断系统[1-6]因此而诞生，也因此延伸了各种算法研究，但停留在研究阶段的居多，真正用于实际的系统很少。
本文中的视频质量诊断系统根据用户设置的轮询检测预案和相关检测算法的参数，获取前端视频，调用诊断算法并发检测完成诊断。用户可通过Web页面对系统运行情况进行监控，管理摄像头巡检预案，查询历史故障信息，并可根据摄像头所在区域、品牌、故障类型等属性进行统计分析，大大提高了监控系统的自动化管理过程和智能化水平。
1 视频质量诊断系统
1.1 系统架构图
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。
系统包含应用层、业务逻辑层、业务支撑层和设备接入层四层。
（1）应用层实现各种用户交互操作，包括诊断任务设置、预案管理、诊断结果管理、故障信息查询和统计等功能。
（2）业务逻辑层实现视频质量诊断功能，主要包括视频数据获取、视频分析、视频切换、诊断算法调用和诊断结果输出。
（3）业务支撑层支撑上层的业务和用户交互，主要包括华为视频接口、Web服务和数据库。
（4）视频数据源提供用于进行视频质量诊断的视频数据。
图1 系统架构图
1.2 功能模块
视频质量诊断系统主要包括6大模块：
（1）各个质量诊断算法利用单帧或两帧临近时刻的视频帧图像完成各种诊断，不依赖于背景图像，因此无需背景建模以及背景的更新，减少了由于背景模型的不合理引起的误检。
（2）视频质量诊断由多台服务器完成，由于各服务器配置均等，所以将诊断任务平均分配给各台设备。用户只需设置好轮询检测的预案，系统会按照预案设置的开始时间启动任务，无需人工的干预。
（3）诊断结果存储的是每次最近的检测结果，无论摄像头是否正常工作。用户可以按照区域、故障类型等查询检测记录。
（4）故障信息存储的是存在问题的摄像头的所有历史故障信息，同时含有检测到故障时的视频帧截图，便于用户直观查看。用户可以按照摄像头、区域、故障类型等查询一定时间段的故障信息记录。同时可以根据存储的视频截图判断系统是否误检。，并且可以让误检摄像头进行学习，减小误检概率。
（5）另外用户可以按自己的需求统计不同时间段的不同区域、品牌等的摄像头的故障数、故障率等，可以以不同的形式展现，便于用户了解摄像头的运行状况。
（6）在预案管理部分，用户可以设置巡检启动时间，检测项目等。在算法参数设置方面，系统运行初期，各个摄像头的算法参数按统一的阈值设定；系统运行一段时间后，由于设备质量、使用寿命、现场环境以及供电、传输线路等多方面的原因，会对各个摄像头的各检测算法的阈值作一定调整，也即每个摄像头有自己最优的算法阈值。另外，用户可以设置适用于雨雪等特殊天氣的算法参数阈值，以应对这些恶劣天气。
2 实验结果与分析
系统可以兼容模拟摄像机和IP摄像机，处理的视频图像的分辨率大小主要有720p，1080p。
基本配置：cpu为4核，主频2.5GHz，内存4G，硬盘500G，千兆网口。
多次实验统计显示：
（1）忽略网络延迟，算法平均计算时间为3.8s/路
（2）准确率：98.6%。
（3）并发量：4路。
3 结束语
本文设计的基于监控视频的质量诊断系统，通过对实际的项目应用测试结果分析可知，对各种常规故障进行快速检测，检测结果能够满足对常规视频故障自动化检测的运维管理要求，能够大大减轻运维人员的负担。
参考文献：
[1]夏海元.视频故障检测系统的设计与实现[J].计算机应用，2013（S1）：277-279.
[2]罗显科.视频监控图像异常检测及质量评价[D].重庆大学，2012.
[3]CRISTINA O，IONUT P，CONSTANTIN P.Perceptual video quality assessment based on salient region detection[C].Proceedings of the 2009 Fifth Advanced International Conference on Telecommunications. Washington，DC：IEEE Computer Society，2009：232-236.
[4]李鹏飞，陈朝武，李晓峰.智能视频算法评估综述[J].计算机辅助设计与图形学报，2010（02）：352-360.
[5]LIMIN L，ZHEN，EDWARD J.Efficient and low-complexity surveillance video compression using backward-channel aware Wyner-Ziv video coding[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，2009（04）：453-465.
[6]Wang Z.，Liang L.，Alan C.B..Video quality assessment using structural distortion measurement[C].International Conference on Image Processing，Rochester，NY，USA，2002（03）：65-68.
作者简介：吴艳平（1986-），女，安徽枞阳人，工程师，硕士研究生，研究方向：图像识别与理解；李英（1983-），女，工程师，博士研究生，研究方向：视频理解与分析；任子晖（1983-），女，工程师，博士研究生，研究方向：视频理解与分析。
作者单位：安徽四创电子股份有限公司 安全总体室，合肥 230088
关键词：平安城市；视频监控；视频质量诊断；轮询
中图分类号：TP391
随着“平安城市”建设的推进，视频监控系统建设面临巨大挑战。在目前以数字化视频监控技术和光纤传输为主流应用的背景下，由于设备质量、使用寿命、现场环境以及供电、传输线路等多方面的原因，视频监控会出现各种“睁眼瞎”的故障。不少视频监控系统都面临着如何第一时间内知晓故障，及时进行修复，保证视频质量的问题，视频质量诊断系统[1-6]因此而诞生，也因此延伸了各种算法研究，但停留在研究阶段的居多，真正用于实际的系统很少。
本文中的视频质量诊断系统根据用户设置的轮询检测预案和相关检测算法的参数，获取前端视频，调用诊断算法并发检测完成诊断。用户可通过Web页面对系统运行情况进行监控，管理摄像头巡检预案，查询历史故障信息，并可根据摄像头所在区域、品牌、故障类型等属性进行统计分析，大大提高了监控系统的自动化管理过程和智能化水平。
1 视频质量诊断系统
1.1 系统架构图
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。
系统包含应用层、业务逻辑层、业务支撑层和设备接入层四层。
（1）应用层实现各种用户交互操作，包括诊断任务设置、预案管理、诊断结果管理、故障信息查询和统计等功能。
（2）业务逻辑层实现视频质量诊断功能，主要包括视频数据获取、视频分析、视频切换、诊断算法调用和诊断结果输出。
（3）业务支撑层支撑上层的业务和用户交互，主要包括华为视频接口、Web服务和数据库。
（4）视频数据源提供用于进行视频质量诊断的视频数据。
图1 系统架构图
1.2 功能模块
视频质量诊断系统主要包括6大模块：
（1）各个质量诊断算法利用单帧或两帧临近时刻的视频帧图像完成各种诊断，不依赖于背景图像，因此无需背景建模以及背景的更新，减少了由于背景模型的不合理引起的误检。
（2）视频质量诊断由多台服务器完成，由于各服务器配置均等，所以将诊断任务平均分配给各台设备。用户只需设置好轮询检测的预案，系统会按照预案设置的开始时间启动任务，无需人工的干预。
（3）诊断结果存储的是每次最近的检测结果，无论摄像头是否正常工作。用户可以按照区域、故障类型等查询检测记录。
（4）故障信息存储的是存在问题的摄像头的所有历史故障信息，同时含有检测到故障时的视频帧截图，便于用户直观查看。用户可以按照摄像头、区域、故障类型等查询一定时间段的故障信息记录。同时可以根据存储的视频截图判断系统是否误检。，并且可以让误检摄像头进行学习，减小误检概率。
（5）另外用户可以按自己的需求统计不同时间段的不同区域、品牌等的摄像头的故障数、故障率等，可以以不同的形式展现，便于用户了解摄像头的运行状况。
（6）在预案管理部分，用户可以设置巡检启动时间，检测项目等。在算法参数设置方面，系统运行初期，各个摄像头的算法参数按统一的阈值设定；系统运行一段时间后，由于设备质量、使用寿命、现场环境以及供电、传输线路等多方面的原因，会对各个摄像头的各检测算法的阈值作一定调整，也即每个摄像头有自己最优的算法阈值。另外，用户可以设置适用于雨雪等特殊天氣的算法参数阈值，以应对这些恶劣天气。
2 实验结果与分析
系统可以兼容模拟摄像机和IP摄像机，处理的视频图像的分辨率大小主要有720p，1080p。
基本配置：cpu为4核，主频2.5GHz，内存4G，硬盘500G，千兆网口。
多次实验统计显示：
（1）忽略网络延迟，算法平均计算时间为3.8s/路
（2）准确率：98.6%。
（3）并发量：4路。
3 结束语
本文设计的基于监控视频的质量诊断系统，通过对实际的项目应用测试结果分析可知，对各种常规故障进行快速检测，检测结果能够满足对常规视频故障自动化检测的运维管理要求，能够大大减轻运维人员的负担。
参考文献：
[1]夏海元.视频故障检测系统的设计与实现[J].计算机应用，2013（S1）：277-279.
[2]罗显科.视频监控图像异常检测及质量评价[D].重庆大学，2012.
[3]CRISTINA O，IONUT P，CONSTANTIN P.Perceptual video quality assessment based on salient region detection[C].Proceedings of the 2009 Fifth Advanced International Conference on Telecommunications. Washington，DC：IEEE Computer Society，2009：232-236.
[4]李鹏飞，陈朝武，李晓峰.智能视频算法评估综述[J].计算机辅助设计与图形学报，2010（02）：352-360.
[5]LIMIN L，ZHEN，EDWARD J.Efficient and low-complexity surveillance video compression using backward-channel aware Wyner-Ziv video coding[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，2009（04）：453-465.
[6]Wang Z.，Liang L.，Alan C.B..Video quality assessment using structural distortion measurement[C].International Conference on Image Processing，Rochester，NY，USA，2002（03）：65-68.
作者简介：吴艳平（1986-），女，安徽枞阳人，工程师，硕士研究生，研究方向：图像识别与理解；李英（1983-），女，工程师，博士研究生，研究方向：视频理解与分析；任子晖（1983-），女，工程师，博士研究生，研究方向：视频理解与分析。
作者单位：安徽四创电子股份有限公司 安全总体室，合肥 230088