1、 本科毕业设计(论文)论文题目 监控视频画面区域自动缩放的研究与实现Automatic zoom of the Surveillancevideo images regional Research and Implementation监控视频画面区域自动缩放的研究与实现摘要: 现如今，随着社会的不断发展，从以前的模拟到现在的数字，从以前的低清到标清再到现在的高清，这一步一步的转变，使得视频监控技术日益成熟起来，多画面合成技术以及视频画面区域自动缩放的研究，其目的是为了将来自多路的视频信号进行合成，并以一路信号输出，在合成的信号画面上进行一系列的图像处理，得到比较理想的视觉效果。通过 Matla
2、b 中的图像视频处理工具，如视频提取、视频分解、视频压缩、视频合成、图像处理等技术，来实现将采集的视频内容通过整个画面的缩小来实现四通道或多通道的监控内容的显示；当用户想对监控的任一通道画面中的某一区域进行细致观察时，能以视频采集设备（摄像头)能够达到的采集精度原样显示或播放画面区域最大化显示。针对这些技术中涉及到的相关问题进行综合分析和考虑，最后本实验对多路视频画面合成以及视频画面区域缩放进行了实验仿真，解决在实验过程中所遇到的问题。关键词：视频监控；多画面合成；图像缩放；图像处理AUTOMATIC ZOOM OF THE SURVEILLANCE VIDEO IMAGES REGIONAL
3、 RESEARCH AND IMPLEMENTATIONAbstract:Nowadays, with the continuous development of society, from the previous analog to digital, from the previous low definition Dynasty to standard definition again to now in HD, this step by step change, making video surveillance technology is getting more and more
4、mature, the multi picture synthesis technology and video image area automatic scaling research. Its purpose is to will come from the multi-channel video signals are synthesized, and a signal output, in the synthesis of the signal on the screen were a series of image processing, get ideal visual effe
5、ct.Through the video processing tools for image Matlab, such as video extraction, video decomposition, video compression, video synthesis, image processing technology, to realize the video content acquisition through the entire screen to monitor the contents of four narrow channel or multi-channel d
6、isplay; when the users want a picture of any channel monitoring area in the careful observation, in the video capture device (camera) original acquisition accuracy can achieve display or playback screen area is maximized. Aiming at the problems involved in these technologies, comprehensive analysis
7、and consideration, at the end of the experiment simulation of multi-channel video synthesis and video screen zoom region in the experiment, to solve the encountered problems in the process.Keywords:video surveillance; multi-image composition; Image scaling; image processing目 录1 绪论 .11.1 选题背景及意义 .11.
8、2 国内外研究现状 .11.3 研究目的及意义 .22 多路画面合成及视频画面区域缩放的概要研究 .22.1 多路画面合成及视频画面区域缩放的应用方向及特点 .22.2 多路视频画面压缩合成原理 .42.2.1 基于 H.261 算法压缩域合成 .42.2.2 基于 YUV 像素域合成 .73 多画面合成设计 .83.1 多画面合成思路 .83.2 多画面合成流程图 .83.2.1 多画面合成系统流程图 .83.2.2 视频文件多画面合成流程图 .93.2.3 拍摄头多画面合成流程图 .103.3 视频文件的多画面合成 .103.3.1 视频格式转码 .103.3.2 视频读入 .123.3.
9、3 获取视频序列 .123.4 摄像头拍摄的多画面合成 .133.4.1 获取通过 USB 接口的视频数据 .133.4.2 视频图像的压缩编码 .133.4.3 视频图像格式转换 .134 视频画面区域缩放设计 .144.1 视频画面区域缩放思路 .144.2 视频画面区域缩放系统流程图 .145 多画面合成与视频画面区域缩放的实验与测试 .155.1 实验环境 .155.1.1 实验平台 .155.1.2 运行环境 .155.2 视频文件的多画面合成与视频画面区域缩放实验 .155.3 摄像头拍摄的多画面合成与视频画面区域缩放实验 .196 总结和展望 .246.1 总结 .246.2 展
10、望 .25致谢 .26参考文献 .27附 录 .28浙江传媒学院本科毕业论文 监控视频画面区域自动缩放的研究与实现作者：杨相娇 第 1 页 共 31 页1 绪论1.1 选题背景及意义现如今，随着社会不断的发展，公共安全的问题也越来越受到各界的关注，实时视频监控系统作为现代安防体系的重要组成部分在这样的环境下得到了很大的发展和进步 1。从过去到现在，科学技术不断的飞跃，摄像机作为视频监控的必要组成部分，也从模拟逐步发展到数字，从低清发展到标清再到高清。在现在飞速进步的社会当中，在生活当中视频监控给我们带来了非常大的便利。在以前的监看系统中，大部分都是采用一对一的方式来进行监看，并不能实时的监看每
11、一路视频画面。过去使用的这种方法主要是依靠大量的人力、物力去监看，不仅要保证传输安全，同时又要保证播出安全，所以在这样越来越高的要求情况下，对于相关的工作人员的精神压力也变得越来越大，难度也越变越高 2；目前，数字技术的应用越来越广泛，视频监控技术的发展也越来越成熟，在前端也有越来越多的数字节目需要被同时传输，而传统的显示器的屏幕大小是非常有限的，这就使得传统的电视机想要对数字电视传输的每个节目同时进行实时监看是不现实的。故多画面合成技术就成了人们所关注的技术之一。与此同时，当下的用户对于视频监控终端的需求也是在不断的提高，对视频图像提供的信息要求要更加清晰、全面。现在数字高清视频监控系统具有
12、画面清晰，分辨率较高等优势，故在场景监控、防御报警及目标跟踪等方面具备很高的应用价值与潜力。但是，在具体的实际应用当中，数字高清视频监控系统的高清优势却不易体现出来，这是因为在实际情况当中，发生状况的目标点往往只是整幅监控画面中非常小的一部分，于是就存在了画面过小而看不清细节的情况，所以为了满足用户想要掌握目标点处清晰的局部信息这一需求，监控视频画面区域自动缩放的研究与实现就必然成为了人们所关注的热点之一。1.2 国内外研究现状近年来，由于高清视频监控技术逐渐发展起来，并且在未来安防监控领域中很有可能成为未来技术发展的方向。随着科学技术的进步与创新，信号传输技术、图像处理技术、网络安全防护技术
13、和计算机数字化技术等在安全防护系统中得以更好地应用，从而推动了视频监控技术的发展 3。目前高清视频监控快速发展，主要是提高了监控系统中整体视频图像的质量，让人们看的更清楚一些。在日常生活当中，视觉是获取信息最主要的渠道，而图像正是人们获取视觉信息的主要途径，因此对图像的处理（即图像处理技术）就成了不可或缺的一项浙江传媒学院本科毕业论文 监控视频画面区域自动缩放的研究与实现作者：杨相娇 第 2 页 共 31 页 技术。图像处理，简单来说就是对图像信息进行精加工来满足人的视觉心理和需求。到目前为止，数字图像处理已经渗透到各个工业、工厂、医疗、航空航天、军事等领域。在 20 世纪 20 年代的报纸行
14、业，首次采用数字压缩技术传输了第一幅数字照片 4，就 1920 年的技术水平而言，如果图像不进行压缩处理，传一幅图像要 7 天时间，而压缩后只需要 3 个小时 5。1964 年的喷气推进实验室(JPL) 6，用一台计算机对卫星传递的图像进行处理，来纠正航天器产生的图像畸变 7。1972年用于头颅诊断的 X 射线计算机断层摄影装置，即 CT（Computer Tomograph) 成功研发。根据人的头部截面的投影来重建截面图像，也就是所谓的图像重建。在1975 年又获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像 8。自 1986 年以来，小波理论与变换方法逐渐发展并能够用于局部分析。1988 年 Mall
15、at 将小波分析成功地用在图像分解和图像重构上。到目前为止，在国内外的数字图像处理技术研究主要有图像变换、图像增强和复原、图像分割、图像描述、图像分类（识别）以及图像编码压缩等。1.3 研究目的及意义多画面合成技术，是为了人们能获得直观、方便、信息丰富的内容，方便对多路视频信号进行统一实时监控；视频画面区域缩放，是为了人们能获得高质量的图像信息内容。多画面合成与视频画面区域缩放技术的研究不仅在人们的生活当中带来了视觉上的感官效果，在许多方面上也有相当明显的贡献。比如在交通监控管理上，该技术不仅可以准确掌握监控，并且监控范围广，还可以保证在交通堵塞或事故发生时第一时间通知警方，解决问题；在超市、
16、银行、厂房、工地等地点安装监控系统，不仅可以掌握全局的动态，还可以了解室内的情况以及人的行为，从而提高城市安全水平；在军事上，还可用于军情勘测，目标追踪等。综上所述，对多画面合成技术与视频画面区域缩放技术的研究是具有十分重要的实践和理论意义。该技术的研究不仅可以用于人们工作，提高信息获取的效率，还可以推动监控行业的发展，使该技术在监控行业中能够得到更好更广泛的应用。2 多路画面合成及视频画面区域缩放的概要研究2.1 多路画面合成及视频画面区域缩放的应用方向及特点随着现在电视技术、数字图像处理技术以及计算机的迅猛发展，过去的安防监控已经远远满足不了我们当代人越来越高的需求了。多画面视频监控与画面
17、区浙江传媒学院本科毕业论文 监控视频画面区域自动缩放的研究与实现作者：杨相娇 第 3 页 共 31 页 域缩放以其直观、丰富并且高质量的信息内容等优点，被广泛地应用到各个不同场合、领域当中，其应用方向有大致如下几个方面：（1）视频会议系统。目前视频会议系统在许多场合经常被用到，在远距离的通信上，视频会议系统有着非常好的优势，对于多点视频会议来说，用得最多的就是多画面视频会议。多画面视频会议可以在同一时刻接收不同地点的画面，有时候为了节省显示器的数量，采用多画面合成器将多路的画面信息同时显示在同一台显示器上，提供更加全面丰富的视频信息 9。（2）通信指挥系统。现代化通信指挥系统大多都由多台联网的
18、计算机终端组成，并采用集中指挥、分散控制的操作模式以实现快速响应，各类指挥、态势信息均分散地分布在各个计算机终端上。为了能够全面、实时地了解动态实况，并做出正确的判断，需将多个图像数据信息以多画面的形式显示在一个显示器上 10。（3）舰载作战指挥系统。现代舰载作战指挥系统采用集中指挥、分散控制的原则，和以前的单片机单控相比较，有着明显的差异。许多的武器装备也采用了可视化的电视跟踪技术，另外还对重要部位实施了电视监控，所以，利用现有的资源对图像信息集中显示，让指挥员及时了解重要地点的实际情况和环境状况，该技术对指挥员的指挥判断起了很大的作用。这样便对显示的方式提出了相应的要求 11。 （4）多剧
19、情影视制作。在影视制作上，都会大量的采用画面合成技术，无论是使用“ 特技效果编辑” 还是“ 非特技效果编辑” 的节目内容。多画面合成的应用，使许多看上去难以实现的情节成为可能。移动摄像机被人们移动到尽可能多的摄像头能捕捉到目标的视场上 12，对此让制片人拥有更多更有效的方法，将电视节目的内容变得炫彩斑斓，更加引人入胜，同时也为电视节目制作拓宽了领域范围。比如某些情节需要根据现场实况拍摄的画面，现在就只需要分成两边拍摄，如外景拍摄和演播室拍摄，然后再通过画面合成的方法，制作成现场拍摄的效果。多画面合成技术的应用非常多，以上的应用只是其中的一小部分，运用多画面合成技术将多路视频画面合成以后，也出现
20、了不足的地方，由于不同的显示器其屏幕的分辨率也是不尽相同的，故来自多路视频的画面在合成时必然是被压缩的，当然其画面质量也是相应的降低，为了满足在人们需要时将某些局部画面放大显示，能够得到原采集时的画面质量，采用视频画面区域缩放技术就正好改善了这一问题，该技术最大的特点就是能够将被压缩后的视频画面在局部时以采集到的精度放大显示。浙江传媒学院本科毕业论文 监控视频画面区域自动缩放的研究与实现作者：杨相娇 第 4 页 共 31 页 多画面合成技术的特点：（1）信息集中显示在一个监看器上，降低工作人员压力，而信息内容的丰富以及获取信息的快速，更能提高工作的效率，保证质量。（2）设备数量减少，人力、物力
21、减少，成本降低。（3）操作非常方便、迅速和经济，并且可进行多次重复。视频画面区域缩放的特点：（1）提高局部画面的质量。（2）提高人们在视觉上的感官效果。（3）操作简单。2.2 多路视频画面压缩合成原理多画面合成指将来自多路不同的视频数据，通过一定的算法，合成一路数据，使每个终端都可以同时监看多个其它终端的图像。相对于传统监视监看来说，它把每个终端接收的视频信息变得更加丰富，信息量也成倍增加。多画面合成的实现方法多不胜数，可以分为：基于H.261算法压缩域合成和基于YUV像素域合成两类。2.2.1 基于 H.261 算法压缩域合成H.261 算法有QCIF 和CIF 两种图象格式，如表2-1所示。表2-1 H.261 算法的两种图象格式比较CIF QCIF像素纵横比均为34 pixels/ 行 行/ 帧 pixels/ 行 行/ 帧352 288 176 144亮度Y色度CB 、CR 176 144 88 72通过研究，CIF 格式图象大小是 QCIF 的4倍 ，深入到图象的层次编码就发现，CIF和QCIF除了图像层，像素层、宏块层、块组层具有同样的结构，即CIF 的图象有12 个块组，而QCIF 只有3 个块组，换句话说，CIF 格式图象的块组是QCIF 的4倍( 如图2-1所示)。
