分散式視覺網路

分散式視覺網路是由分布在不同地點且具有多個終端的節點機互連而成的。分散式視覺網路中任一點均至少與兩條線路相連，當任意一條線路發生故障時，通信可轉經其他鏈路完成，具有較高的可靠性。同時，網路易於擴充。

基本介紹

• 中文名：分散式視覺網路
• 外文名：Distributed visual network
• 分散式服務：資料庫操作、監控操作服務
• 缺點：不利於集中管理，安全性不好控制
• 優點：不會因中心遭破壞而造成整體崩潰
• 套用領域：計算機科學、通信工程、控制科學

視覺網路

計算機視覺目的在於從圖像或者圖像序列中提取有意義的描述性信息。視覺網路系統主要由全向反射鏡面和攝像機組成，環境光線經反射後，由攝像機鏡頭折射後成像。這種全向視覺網路系統視角寬廣，成像迅速，結構簡單，價格適中，能夠滿足作為視覺感測器系統的要求。在視覺感測器網路中，利用全向視覺系統節點，可以很容易地檢測出待檢測目標與錨節點之間的方位角。

分散式視覺網路監控系統

如圖1描述了我們所設計的分散式網路視覺監控系統軟體的組成結構，網路監控系統要求具有實時性(所採集的監控數據不能有太長延時)、高可靠性(網路上任意一台結點機出了問題不能影響整個系統的運行)和高安全性、使用監控系統的用戶要求嚴格按許可權分級)，另外，由於監控系統所採集的數據多為圖像、聲音等，數據量具大，這些數據需要在網路上共享，合理地設計它們的存儲方式是保證網路監控系統正常運行的前提。

圖1

分散式數據存儲和管理

(1)錄像數據與錄像描述數據

錄像數據以壓縮數據流形式由攝像通道設備實時產生，特點是實時性要求高、數據量大，是監控系統需要保存的最重要的數據。錄像數據允許區域網路中的任何結點機或廣域網通過Internet訪問。在設計上，我們按照錄像任務的要求將對應攝像通道設備產生的壓縮數據流以檔案形式保存在監控結點機上。錄像描述數據是隨著一個錄像檔案的成功記錄而產生，是管理、查詢和操作錄像檔案的唯一依據。

將此類數據以資料庫記錄的形式與所描述的錄像檔案存放在同一個結點機上。錄像數據和錄像描述數據的存儲操作放在本地機(監控結點)上完成，最大程度地確保了記錄數據的實時性要求，同時大大降低了網路流量，有利於整個網路在訪問錄像操作時，數據流量和網路負荷的均衡。

(2)運行狀態數據與運行管理數據

此類數據是伴隨著各類監控事件的發生和相應的系統回響而產生，用於記錄事件的類型、發生的時間和引起的操作。此類數據以系統事件日誌記錄和用戶操作日誌記錄的形式保存在網路伺服器的主資料庫中，這樣保存便於用戶對整個監控網路運行狀態的查詢和處理。

運行管理數據由監控網路的系統管理員在系統軟體第一次運行時創建，並允許在以後的運行中進行修改，它是監控系統的所有註冊用戶在任何網路主機上登錄監控系統訪問和操作監控結點和監控設備的依據。此類數據以用戶註冊記錄(用戶的各種屬性)、用戶資源記錄(用戶對監控設備的訪問、操作許可權)和監控結點記錄(該網路主機的各種屬性)的形式保存在網路伺服器的主資料庫中，這樣保存確保了管理數據的唯一性和安全性。

(3)設備描述數據

設備描述數據是各類監控設備初始化和操作的依據。此類數據的產生分為兩種情況-可以被系統動態偵測到的設備(例如，攝像通道設備)將由系統動態偵測並自動添加該設備的預設描述數據；對設備擁有管理許可權的註冊用戶可以在任何網路主機上合法登錄後添加、修改、刪除這類數據。為了減少網路流量，設備描述數據資料庫記錄的形式保存在設備所連線的網路結點上。

(4)截圖數據與截圖描述數據

隨著視頻實時預覽和錄像播放過程中的截圖操作，該數據以點陣圖格式實時產生。此類數據實時性要求高、數據量較大，是監控系統需要保存的重要輔助信息數據。截圖數據允許被網路上任意結點機訪問。我們將其以檔案形式保存在監控結點上(本地機)，這樣保存最大程度地確保了記錄數據的實時眭要求。截圖描述數據是伴隨著一個截圖檔案的成功完成而產生，是管理、查詢和操作截圖檔案的唯一依據。它以資料庫記錄的形式與所描述的截圖檔案存放在同一個結點機上。

分散式服務

(1)資料庫操作服務

數據採用分布存儲使得資料庫分布在監控網路的伺服器和不同監控結點機上，因此對資料庫的創建、查詢、添加、修改、刪除等操作也是由伺服器和不同監控結點網路主機分布提供的，其中：對運行管理數據和運行狀態數據的操作服務是由網路套用伺服器提供的；對錄像描述數據、截圖描述數據和設備描述數據的操作服務是由監控結點機提供的。

(2)監控操作服務

所謂監控操作是針對視音頻監控數據和報警信息數據的，對這些數據的操作主要包括壓縮視音頻數據流的實時傳送、攝像通道設備操作(圖像質量和監控場景的調整)和錄像檔案的傳送、報警信息的實時傳送和手動干預等。提供這類操作服務方法在網段內、網段之間和廣域網三種情況下有所不同。壓縮視音頻數據流的實時傳送服務和報警信息的實時傳送服務在區域網路內是由監控結點機通過UDP協定組播(多播)的方法提供的；在廣域網中是通過Intemet連線；由監控結點機通過TCP協定以點對點傳送方法提供的。錄像檔案的傳送服務、攝像通道設備操作和報警操作的手動干預服務均由監控結點機通過TcP協定點對點傳送的方法提供的。

三層結構的軟體組成

軟體的三層結構是將軟體的組成從邏輯和構造上劃分為用戶表示層、套用邏輯層和數據服務層。從功能邏輯上分析，從用戶表示層到數據服務層是自上而下的功能調用關係；從構造邏輯上分析，從數據服務層到用戶表示層是自下而上的功能支撐關係。

(1)用戶表示層

用戶表示層承擔著用戶與套用之間的對話功能，它提供給用戶一個入機互動的界面，用戶通過該界面調用套用功能、為套用準備操作條件翻獲鎝套用結果。用戶表示層與軟體運行的宿主平台密切相關的，但如果在用戶界面與所調用的套用之間設計出與宿主平台無關的、合理的接陰，會使套用功能更具有通用性。在客戶端版本和瀏覽器版本軟體中都包含了用戶表示層，二者的設計均採用了MVC模式，通過一組相對抽象的接口使得它們與套用邏輯層的偶合度大大降低。

(2)數據服務屢

數據服務層的任務是為整個系統提供數據服務。數據服務層所提供的服務是否具有適用性對於在站基礎上建造的軟體能否兼容運行是十分關鍵的。目前，數據服務層多採用具有廣泛通用性的DBMS實現，例如，MSSQLServer，Oracle，Sybase等。DNVMS的數據服務層中除了使用DBMS提供對系統運行管理數據、設備描述數據、錄像描述數據、截圖描述數據和運行狀態數據的操作服務，還包括藉助檔案系統提供錄像檔案和點陣圖檔案的創建、訪悶、複製、刪除等操作服務。

(3)套用邏輯層

套用邏輯層是建立在數據套用的基礎上，用予實現用戶表示層的所有功能要求的，是聯繫用戶表示層和數據服務層的紐帶。套用邏輯層是整個軟體開發中最複雜、工作量最大的部分。為了提高系統的重照性、構成的靈活性、通用性和可維護性，設計上我們採用面向對象的技術和組件技術將不同的功能模組封裝成類或組件。這樣的設計可以根據不同用戶表示層中對套用功能的調用需求，將套用邏輯層中相應的功能模組或組件連同支撐它們的數據服務層一起添加到由用戶表示層提供的運行框架中，可方便、靈活地構成不同需求的軟體版本。

分散式線上數據關聯

近年來，有關視覺感測網路的數據關聯問題引起了國內外學者的高度關注，研究人員在此方面展開了大量的研究工作。目前有關視覺感測網路的數據關聯方法可大致分為兩類:基於最佳化的方法和基於推理的方法。通過建立適當的模型，數據關聯問題可轉化為最最佳化問題。

將分散式最大期望(Expectationmaximization，EM)算法套用於視覺感測網路數據關聯中，實現了基於純外觀觀測的分散式關聯推理以及目標外觀模型的估計。事實上，目前受到廣泛關注的分散式EM算法均可以看作是基於純外觀的分散式數據關聯算法。在此基礎上，引入時空觀測進行分散式關聯推理，進一步提高了關聯準確率。

在分散式數據關聯的研究中，仍存在如下兩個問題需要解決:1)以往的研究中通常假設同一目標在各感測節點的外觀觀測服從單一的高斯分布，但由於視覺感測網路各節點的觀測條件往往存在較大差異，同一目標在不同節點處的外觀觀測難以用單峰高斯分布來描述。因此，在這種情況下，傳統方法難以取得理想的效果;2)前述算法均屬於離線推理方法，無法套用於線上跟蹤等套用場合。值得注意的是，有文獻提出一種線上分散式EM算法，然而該算法只是利用外觀信息進行關聯推理，同時要基於單外觀模型的假設。