基本信息
- 项目名称：
- 基于3G网络技术的移动流媒体监控机器人
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 随着计算机网络以及图像处理、网络传输技术的飞速发展，为视频监控技术提供了很大的发展空间，经历了模拟监控、数字监控、智能监控发展过程。同时随着人们物质生活水平提高对家居安全、生活安全要求越来越高，据不完全统计国内安防市场产值预计将达到2000亿元，国家也提出相应的政策，包括“平安城市”、“无线城市”、“3111工程”建设，旨在构建一个安全和谐平安的社会。 本系统正是基于这种背景，分析了现在主流监控系统的不足与可改进之处，提出一种基于3G网络技术移动流媒体机器人监控系统。手机视频监控一度成为监控发展最大进步，但同时其对无线网络带宽要求也成为其最大的瓶颈，并且当前视频监控往往需要复杂的安装和繁琐的布线工作，固定的摄像头和需要安装多个摄像头不仅加大了成本也使得监控存在安全死角。本系统考虑以上的弱点，采用基于机器人移动式视频监控取代原始固定摄像头模式，更加简单、便捷、安全。遵循3GPP标准协议，自主研发实现3G网络视频服务器，采用高压缩率H.264视频编码，对算法、容纠错能力、QOS等方面进行相应的优化，保证流媒体服务质量。采用手机终端，用户可以随时随地接入服务器，远程控制机器人这双“眼睛”实现监控移动性与准确性，做到让用户“你想走多远就能走多远”。同时融合无线传感网络技术，采用多种传感节点形成其“神经脉络”，实现温度、湿度、光、空气环境监测，提供一个多维度立体空间安全监控系统。在3G网络方兴未艾的时代背景下，本文本着创新和与时俱进的思想，将前沿移动机器人与手机视频监控相结合，融合无线传感网络技术，旨在寻求一种简单、便捷、安全视频监控解决方案。与传统固定摄像头监控模式相比该产品无论是在技术创新还是产品应用创新上都具有广阔和诱人的市场前景。
- 详细介绍：
- 本系统以市场需求为导向，认真分析和研究当前的安防市场视频监控技术，结合前沿热点网络监控模型、手机监控模型等不足与可改进之处，并结合无线传感网络与机器人技术发挥系统自身优势，综合信息领域不同技术的优势，大胆地提出并实现一种全新的监控理念，目标是为了提供一种流行通用的视频监控方案：移动、简单、便捷、安全。 系统以机器人为“核心大脑”，遵循3GPP标准协议前提下，融合移动的音视频采集技术、IP网络流媒体传输技术、无线手机终端接入技术、无线传感网络技术等，自主研发实现了3G网络视频服务器、自组织无线传感网络、机器人远程控制、WEB视频监控系统软件、Symbian手机客户端软件、短信与彩信远程告警等功能模块，具体描述如下： （1）3G网络视频服务器：最大的特点是功能的定制是都是符合3GPP标准协议，还有采用H.264编码技术。为了与当前移动通讯热点业务3G网络相结合，视频服务器的实现完全是根据3GPP协议实现。同时采用的视频编码H.264具有在相同视频质量下其高数据压缩比与高编码质量特点,有效降低带宽的限制，并针对无线信道与无线终端的特点，对算法、容纠错能力、QOS等方面进行相应的优化，以减少对网络资源的占用率，并保证流媒体服务质量，为系统实现手机端的视频监控与控制提供了可能。采用基于IP网络的传输，使得用户可以使用PC端接入，同时也支持多种无线网络（GPRS/CDMA/WiFi等），用户可以方便用手机、PDA等移动手持设备接入视频服务器。 （2）自组织无线传感网络：无线传感器网络作为21世纪三大产业支柱之一，其应用已经极为广泛，它将作为数据收集型网络渗透到各行各业。把无线传感网络与视频监控结合是本系统的一大创新点。其最大特性是实现了基于电池能量特性的低功耗协议延长了电池寿命，自动组织无线网络允许随即入网机制，具有高抗破坏性。其与视频监控的结合提供了一个新颖实用的应用平台，充分发挥了其数据收集型网络的技术优势，可以根据监测区域的实际需求任意布置监控节点和需要监测的环境信息，实现技术优势互补，极大地提高了系统地灵活性，丰富了系统功能。 （3）机器人远程控制：采用英集斯实用型机器人MT-MU，MT-MU是一款采用双轮差动驱动的轮式机器人底座。机身带有一块16位高速DSP——TMS320LF2407A用以完成机器人的驱动控制；机器人通过RS232与上位机进行通讯，通过制定控制协议，在服务器端监听指令，接收指令实现相应移动控制。本系统最大特点也是采用移动的机器人取代原始的固定摄像头监控，增加系统的灵活性与安全性，把视频监控与前沿机器人技术结合也是一个全新大胆的尝试。 （4）WEB视频监控系统软件：自主设计实现WEB端控制软件，这是为了满足视频监控系统的基本功能，基于B/S架构使也得系统可以跨平台运行。WEB端控制软件除了视频监控常规功能外，并提供视频的录像、机器人控制、多媒体播放、系统参数实时设置、软件的维护与更新等，使得视频监控系统更加完善。 （5）Symbian手机客户端软件：本系统特点之一是采用手机客户端，使得用户可以随时随地远程的控制机器人，系统支持目前市场多款智能手机以及其内置的Realplayer播放器。同时针对Symbian客户端设计实现了一款手机客户端，实现手机的H.264视频解码与机器人的远程的按键控制，测试结果具有良好的视频效果，能很好满足用户的需求。 （6）短信与彩信远程告警：为了提供实时远程告警功能，系统加入短信与彩信功能模块，可以在第一时间将监控侦测的安全隐患远程告警给用户，提高系统监控的智能性与实时性。 系统主体功能的定制可以很好满足移动、简单、便捷、安全目标需求，同时针对具体应用可以扩展其具体功能，如构建一个温馨家居视频监控模型（NUMEN）--家居安全卫士，除了提供机器人远程视频监控，还可加入家居娱乐、多媒体播放、与小孩游戏、远程视频交互、家居助理、个人助理、家居小护士等功能，使得其不仅仅只是一个视频监控的机器，更多是家庭一个成员，增加更多的人文关怀。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 【作品设计】作品以机器人为核心载体，植入3G网络视频服务器和无线传感网络作为其“核心大脑”与“神经脉络”，采用基于IP网络的流媒体传输，支持手机作为移动客户端，实现WEB客户端支持系统实时设置与维护更新，采用短信与彩信提供远程告警等。 【发明目的】以移动实时的流媒体监控机器人取代传统固定摄像头监控模式，挣脱现有视频监控的瓶颈束缚，为人们提供一款具有普适性、简单性、安全性、移动性的安防卫士。 【基本思路】以用户需求为核心，以简单、移动、便捷的目标为导向，以市场变化和国家政策为风向标，以体现科学性与先进性为前提设计实现本系统。 【创新点】技术上，自主研发的3G网络视频服务器符合3GPP标准协议，采用高压缩率的H.264编码，对算法、容纠错能力、QOS等方面进行了优化。融合无线传感网络技术具有低功耗、自组织的特点。应用上，实现了两个移动：移动的机器人取代了原有固定的多个摄像头的弊端，移动的手机客户端使得用户做到“你想走多远就能走多远”。无需复杂的安装和布线工作，使用简单、摆设方便、随时接入控制、安全可靠。 【关键技术与指标】音频：采用GSM-AMR编码，视频：分辨率：QCIF、CIF、D1、帧率：4～30fps、码率：16kbps-1Mbps、压缩格式：H.264 ，网络性能： GPRS/CDMA/WiFi等、支持多用户同时访问、无线传感器网络实现分布式环境数据的收集，智能报警：短信与彩信实时报警，客户端：手机客户端H.264解码、WEB客户端支持实时设置与软件更新
科学性、先进性
- 【先进性】（1）采用自主研发3G视频服务器，提供移动实时的视频传输、手机客户端的视频监控，对视频监控，提供了QoS保障，保证视频服务的流畅。 （2）把视频监控与机器人相结合，以手机作为客户端，实现了移动便捷的视频监控，取代原有固定摄像头监控模式。 （3）集成了被称为21世纪三大产业支柱之一的无线传感器网络技术，对目标环境进行温湿光、气体等多方位监测和远程告警。 （4）目前国内外视频监控还未有相关机器人监控的成功产品，并且随着3G网络的发展，使得高质量、高性能流媒体监控得到可能，结合机器人与前沿的视觉技术，在智能监控方向有一定的导向意义。 【科学性】作品以市场为导向，通过对现有监控市场调查和现有监控产品进行全面分析总结。然后依据调查结果结合自身的技术实力提出目标系统的设计方案，根据详细设计实现目标系统。此过程科学合理，充分体现了市场需求驱动和技术成熟稳健的产品研发思想。
获奖情况及鉴定结果
- （1）2007年11月某市奥视科技有限公司测试使用(详见作品附加材料附件1：用户使用与测试报告） （2）2007年6月开始成功为某市环保局《某市污染源在线视频监控》项目提供全部网络视频服务器 （3）2007年10月 无线传感器网络系统参加高交会 （4）2008年1月通过某市科学技术局项目验收（详见作品附加材料附件2：项目验收证书） （5）2009年4月 2008-2009年度本校学生课外学术科技作品竞赛 一等奖 （6）2009年6月 某省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛 二等奖 （7）2009年6月 参展某省“6.18”项目成果交流会
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 合资入股
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 【技术特点与优势】技术上我们采用H.264编码技术，编码效率高存储空间要求少，适合于低带宽移动网络的实时传输，视频效果优于其他编码器。融合自主研发的无线传感网络，其具有低功耗、自组织特点。视频监控与前沿机器人技术结合，这是一个创新的理念，也是一种视频监控发展趋势，将成为领域内研究热点。 【适用范围】我们提出一个温馨家居适用模型，在实现了机器人监控安防的功能外还加入了家居娱乐、多媒体播放、与小孩游戏、远程视频交互、家居助理、个人助理、家居小护士等功能，丰富了功能。同时可以扩展机器人不同功能应用企业监控、平安城市、“3111工程”建设等。 【市场分析】随着人们生活水平提高，人们对安全家居要求越来越强烈，国内安防市场产值也就一直呈直线增长，同时国家对平安城市、“3111工程”的政策支持，使得视频监控拥有着无比广阔的市场。 【经济效益】相比传统复杂布线视频监控，我们降低了成本和人力物力。同时我们产品使用方便、摆动简单、普适性高，具有很强市场竞争力。
同类课题研究水平概述
- 随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展国内外对视频监控的研究也呈现百家争鸣的情况。特别是3G网络带来的曙光，让很多中小型企业以及电信运营服务商都对手机视频监控有很多的兴趣。国内目前做视频的监控企业很多，但是对于研究手机视频监控的企业却是很少，对于手机视频监控技术研究较好有一下几家企业如：深圳恒昕、上海猎影、北京星谷、台湾欧特斯等，他们都是提供IP网络传输与MPEG-4视频编码。可以看出现在市场采用的视频编码还是MPEG-4，而作为具有更高压缩比的H.264编码其取代MPEG-4是网络视频监控发展的趋势，而在对手机客户端都有一定的支持，特别是需要对3G手机的支持，他们都在一定程度上支持3G手机的内置播放器。 同时作为电信运营商也渐渐融入到这个行业领域，2006年底至2007年初，全球范围内有好几家知名的电信运营商开始为家庭用户提供家庭监控业务如：加拿大贝尔、中国电信、AT&T、英国电信等，这表明手机视频监控作为3G时代的通信主流业务即将进入普通用户家庭，同时这里也蕴含着一个无比广阔的商机，给视频服务器、电信运营服务商、硬件设备生产商都带来机遇，同时也带来了很多的挑战。 近年来随着图像处理技术的发展，人脸的跟踪识别技术也渐渐融入了视频监控的领域，基于IP的第二代视频监控系统与人脸识别技术的融合，是视频监控系统发展的趋势，被冠以第三代智能网络视频监控之名。而且监控与机器人结合的产品自然是少之又少，作为机器人研究领域的带头大哥日本首次提出手机遥控机器人，其通过无线网络的接入机器人，通过视频近距离的遥控机器人，而随着3G网络的普及近期与2009年，香港和韩国都推出了手机远程遥控机器人，对于其技术细节尚未公布，也未进行商业化的生产，但是作为一种趋势可以预见视频监控与人工智能结合将作为智能监控领域的一个新热点。我们希望依靠自身现有的技术特点与优势，在机器人移动流媒体监控领域处于一定重点位置，并保持与技术前沿看齐，能够更好的完善基于3G网络技术的移动流媒体机器人，最终实现产品化。
