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1、 代号代号 分 类 号分 类 号 学号学号 密级密级 10701 TP319 公开公开 0822980052 题题（中、英文）（中、英文）目目 基于基于 IP 网络的校园视频监控系统网络的校园视频监控系统的的设计与实现设计与实现 Design and Implementation of Campus VideoDesign and Implementation of Campus Video Monitoring System Based on IP InternetMonitoring System Based on IP Internet NetworkNetwork 作者姓名作者姓名 董
2、小维 指导教师姓名指导教师姓名、 职务职务 姜建国 教授 学科门类学科门类 工学 提交论文日期提交论文日期 二一二年二一二年 六六 月月 学科、专业学科、专业 计算机应用技术 摘摘 要要 目前，数字化视频监控系统已被广泛应用于各种领域，但存在着网络带宽不 足、数据存储管理难以及监控智能层次低等问题。本文采用 H.264 算法以及 IP 组播技术设计并实现了校园安全防范视频监控系统。 该系统具有视频数据传输速 率快、数据检索速度快、管理智能化等特点。 本文首先对关键技术：视频编解码技术 H.264 算法与 IP 组播技术进行了研 究。并应用优化了的 H.264 视频编码技术降低了视频数据在网络中
3、的传输数量。 采用 IP 组播技术解决了网络带宽资源不足的问题，保证了视频监控的实时性。 在数据存储管理方面， 采用了 OpenCV 技术进行视频录像， 提出了集中存储方式、 并将数据库与文件系统相结合的数据存储管理方案， 解决了视频数据量大的存储 和数据管理困难的问题，并提高了视频数据的安全可靠性。 本文在后续的研究工作中，将对视频图像高清技术、图像分析技术和存储新 技术进行研究，实现较高层次的智能化校园视频监控。 关键字：视频监控关键字：视频监控 H.264 编码编码 IP 组播技术组播技术 数据数据存储存储 数据管理数据管理 Abstract At present, the digita
4、l video monitoring system still exists some problems, such as insufficient bandwidth, difficult data storage management and low intelligent monitoring level although it has been widely used in various fields. This paper designs and implements a campus security video monitoring system with the H.264
5、algorithm and IP multicast technology to. The system has some features, such as fast video data transmission rate, high data retrieval speed and intelligent management. This paper firstly study the key technology of video codec technology, H.264 algorithm and IP multicast technology. The video data
6、quantity in network transmission is reduced with the optimized H.264 video coding technology. The problem of insufficient network bandwidth resource is solved and the real-time video monitoring is ensured with IP multicast technology. In the data storage management, the data storage management solut
7、ions of centralized storage and database combined with file system is put forward using OpenCV technology for video to solve the difficulty in large data volume of video storage and data management and to improve the safety and reliability of video data. The video image High-Definition Technology, i
8、mage Analysis Technology and Data Storage Technology will be researched in the future work to achieve a higher level intelligent campus video monitoring. Keywords：Video Monitoring H.264 encoding IP multicast Data Storage Data Management 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 . 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究现状 2 1.3 本文的主要内容 . 4 1.4
9、 组织结构安排. 5 第二章第二章 高校校园安全监控系统需求分析及总体设计高校校园安全监控系统需求分析及总体设计 . 7 2.1 高校安全监控需求概述 . 7 2.1.1 功能需求分析 7 2.1.2 非功能性需求 7 2.2 校园监控系统架构与开发平台 8 2.2.1 校园监控系统开发的目的 8 2.2.2 校园网络监控系统平台应具有的应用特点 . 8 2.2.3 校园监控系统架构 . 8 2.2.4 校园监控系统实现的开发平台 10 2.2.5 校园监控系统实现的网络技术基础 10 2.3 可行性分析 12 2.4 视频监控系统的关键技术 . 12 2.4.1 图像编解码技术 . 12 2
10、.4.2 IP 组播技术 14 2.4.3 数据存储管理技术 . 15 2.4 本章小结 16 第三章第三章 基于基于 IPIP 网络的视频监控系统详细设计网络的视频监控系统详细设计 . 17 3.1 数据采集方案设计 . 18 3.1.1 摄像机选择 . 19 3.1.2 H.264 编码算法流程 19 3.1.3 H.264 算法优化设计 20 3.1.4 IP 组播流程 21 3.2 视频监控方案设计 . 23 3.2.1 云台控制 . 23 3.2.2 动态检测 . 25 3.2.3 视频回放 . 26 3.3 数据存储管理 . 27 3.3.1 校园视频监控的存储 . 27 3.3.
11、2 大规模监控中存储应用的关键问题 . 28 3.3.3 视频监控存储管理的实现 28 3.3.4 视频录像 . 30 3.5 本章小结 31 第四章第四章 校园视频监控系统实现及优化校园视频监控系统实现及优化 . 33 4.1 数据采集的实现 . 33 4.1.1 H.264 编码优化实现 33 4.1.2 IP 组播技术实现 36 4.2 视频监控 38 4.2.1 云台控制功能实现 . 38 4.2.2 视频数据播放 . 40 4.2.3 多通道监控 41 4.3 数据管理 42 4.3.1 视频录像功能实现 . 42 4.3.2 数据库存储操作 . 44 4.3.3 历史视频数据查询功
12、能 45 4.4 系统测试 . 46 4.4.1 测试用例W 高校介绍 . 46 4.4.2 系统监控环境 . 46 4.4.3 监控场景分布 . 46 4.4.4 测试方案 . 48 4.4.5 测试结果 . 49 4.5 本章小结 50 第五章第五章 结束语结束语 . 53 5.1 总结 53 5.2 展望 53 致致 谢谢 . 55 参考文献参考文献 . 57 研究成果研究成果 . 61 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 研究背景 视频监控的传统应用领域在于协助公安部门维护社会安定以及打击罪犯。随着计算 机技术的不断发展，宽带网络的不断普及，以及计算机图像处理技术的不断完
13、善，视频 监控正越来越广泛的被应用于运动、酒店、医疗、娱乐、政府以及教育领域1。 最早的视频监控是一种全模拟的视频监控系统，监控系统中图片信息以模拟信息的 传世方式，采用视频电缆进行传输，因此图片信息的传输距离一般都较短，只能应用于 小范围区域的监控，并且监控图像的查看只能在控制中心来查看。传统的全模拟视频架 空系统主要以磁带式录像设备 VCR 和模拟视频矩阵为系统的核心2。 随着信息技术的发展，使用数字技术的数字视频监控系统起步于 20 世纪 90 年代， 利用数字控制的视频举证来替代传统的全模拟视频举证，并且利用数字硬盘录像机 （DVR）来替代效率极低的录像机，将原来存储在磁带机上的模拟信
14、号转换成数字信号 存储在硬盘中，从而将传统的模拟视频转化成了数字视频3。其中 DVR 集成了画面分 割器、录像机等功能，从而为数字监控系统的实现打好了基础，并在此基础上产生了全 新的数字视频监控系统，从而可以利用嵌入式设备或者 PC 机来构成监控系统，数字视 频监控系统是目前市场上的主流视频监控系统4。 随着数字监控设备成本的降低以及宽带的普及，远程网络视频监控系统必将成为监 控领域一个全新的发展方向5-7。 随着经济的发展，以及收入差异的不断加大，一些有着不正常的心理落差的人成为 了对社会治安的潜在威胁。并且社会治安紧靠人力已经远远达不到要求，需要人防、物 防、技防的有机结合。因此，必须要大
15、力的开展视频监控建设工作，建设一个高质量、 数量足、性能好的视频监控体系，从而实现对社会治安的全方位、全时空的防控，从而 最大程度上维护社会和国家的安全。 根据中共中央办公厅、国务院办公厅转发中央政法委员会、中央社会治安综合 治理委员会关于深入开展平安建设的意见的通知 （中办发201025）的精神，建 立安全、先进、可靠、经济、实用的安全防范体系，从而进一步维护高校的教学秩序和 治安环境， 从而提高学校的管理水平和安全防范能力， 保证师生的人身安全和财产安全， 打造“平安校园”。 在高校中的公共场所如：教学楼出入口、学校大门、操场、停车场、运动场馆、食 堂、宿舍、图书馆以及周边围墙等位置安装视
16、频监控系统，可以有效地预防偷窃、抢劫 等恶性事件的发生，同时又能确保保卫工作人员能够及时的处理突发事件，并且将重要 的材料提交给公安部门进行处理。通过对高校重点防范部位的监控，可以在一定程度降 基于 IP 网络的校园视频监控系统的设计与实现 2 低高校安保部门的压力8-10。 1.2 研究现状 视频监控系统以其灵活的使用方式、强大的功能、低廉的成本、广泛的应用前景以 及巨大的经济价值，受到了管理部门、产业界和学术界的高度重视。 1、国外研究动态 视频监控是计算机监控方向的研究，在军事、经济等方面具有非常广泛的经济价值 和应用前景，目前已经收到了管理部门、产业界和学术界高度的重视，尤其是在美国、 英国等西方发达国家，已经对于智能视频监控技术方面展开了大量的相关研究。例如： Visual Surveillance and Monitoring(VSAM)4 在 1996 年-1999 年期间， DARPA （美国国防高级研究项目署） 资助了戴维 SARNOFF 研究中心、卡内基梅隆大学等著名的公司和大
