CN101060618A - 智能电视墙监控系统及其存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可视网络视频设备，尤其涉及一种智能监控存储系统，该系统特征如下：1.对被监控的多路视频流进行管理，并对电视墙进行相应优化，使监控人员更方便快捷准确的了解本监控地点的情况，更人性话，更智能，一旦系统启动几乎不需要在对屏幕做任何切换，就可以达到很好的监控效果。2.传统的监控系统在存储方面需要非常巨大的空间，但确绝大部分用来存储无用的数据，用于本发面只关心运动变化的场景，所以将大大缩小存储空间，将节约很大部分的投资，而且可以大大提高检索的效率。

Description

智能电视墙监控系统及其存储系统

技术领域

本发明涉及监控系统，尤其涉及一种高效率的智能监控系统及其存储系统，以及相关电视墙的一些改进。

背景技术

传统的带有电视墙的监控系统通常是把接收到的画面分别在不同的数字终端上显示出来。对显示的画面或声音内容没有区分，没有重点，监控人员需要盯住每一幅画面来实时监视现场的情况。但是在实际的应用中——如安保系统，往往只关心运动变化的视频帧，而如果画面没有变化，则说明被监控地点一切情况正常，即没有情况是最好的情况。传统的监控系统在存储方面的做法是将所有的摄像头拍摄到的数据全部发送到存储设备进行存储或备份，由于大部分视频帧没有变化，从而使存储系统中绝大部分的信息是相同的，而监控人员真正关心的则是发生变化的数据帧的信息。传统存储的做法造成了存储资源的巨大浪费，实际上也是经济上的浪费，而且为重要信息的检索也带来不必要的麻烦。本发明针对传统监控系统的缺点，发明了旨在重点关注运动变化的帧的智能监控系统和配套的存储系统，并对传统的电视墙进行改进以配合本发明使用。

发明内容

本发明旨在提供一种监控效果好，实施效率高，运营成本低，人性化程度高的智能电视墙监控系统及其存储系统。

本发明的技术解决方案可依如下方式实现：

智能监控系统及其存储系统的实现方法，它包括如下步骤：

(1)设定视频灵敏度参数v；如果同时设定默认帧——即没有运动变化图像的理想状态，则采用实时接收到的监控图像和默认帧对比的方法来判断监控地点是否存在物体移动或变化；如果不设定默认帧可以采用前一帧和后一帧之间的变化来判断被监控地点是否存在物体移动或变化；

(2)按监控人员的视线范围设定电视墙上显示终端的优先级，即最容易观察的范围内的显示终端优先级较高，边缘显示终端的优先级较低；并同时设定视频流解码器的不同优先级视频输出对应不同优先级的视频矩阵输入；

(3)通过监控摄像头摄取的被监控地点的视频信息通过视频编码器形成的视频编码并同时通过计算在编码中加入优先级；

(4)视频编码通过传输交换设备传送到存储设备和视频解码设备。

(5)当视频编码传送到储存设备时，储存设备判断编码中的优先级参数是否发身变化或直接比较当前帧和默认帧的区别或比较前一帧于后一帧的区别来判断是否要储存当前帧；如果编码中优先高或发生明显变化则保存，否则丢弃；

(6)当视频解码传送到视频流解码设备时，视频流解码设备查看视频编码中的优先级，并根据步骤(2)的设置传送到电视墙；

在步骤(5)中，也可以采用中间设备参与计算，如果视频流编码优先级低或者当前帧和默认帧比较或和前一帧比较没有明显变化，可以不将这部分流送到存储设备。判断是否发生明显变化可以采用以下算法：

判断当前视频和前一帧的变化是否超过视频灵敏度参数v或判断当前帧和默认帧(步骤(1)中设定)的变化是否超过视频灵敏度参数v；

本发明步骤(1)，设定视频灵敏度参数v目的是为了设定一个监控的灵敏度范围。如果是一个活动的摄像头，即该摄像头会在一定范围内反复运动，则可以设定一个默认视频帧的集合来判断监控目标的变化情况。判断的方法一致，不同的是需要把默认帧集合编号，即在没有物体运动变化的时候，把摄像头转动到某一个极限角度拍摄的一帧作为第一帧默认帧，转到另一边的极限角度的那一帧作为最后一帧默认帧，在做比较的时候把当前帧和对应的默认帧做比较判断即可；

本发明步骤(3)中，可以在加入优先级同时生成报警消息，报警消息发送到电视墙数字控制端的处理器，直接作用于屏幕或声音报警装置，以便监控人员发觉。

本发明步骤(1)中设定优先级需要电视墙或视音频解码器支持。

本发明同样需要在视频数据包中加入时间标志，在步骤(3)中实现，以便把特定的视频帧和具体的时间对应起来。这部分在传统的监控系统中已有成功实现，就不在本发明中详细表述。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明系统结构图；

图2为本发明的设备规划图；

图3为本发明的视频流的处理流程图；

图4为本发明的电视墙端的处理流向图；

图5为本发明的电视墙端的系统结构图；

图6为本发明的电视墙实例图；

图7为本发明的另一电视墙实例图；

图8为本发明的视频流解码器输入输入实例图；

图9为本发明的视频流解码器处理流程图；

详细描述

如图2所示，本发明智能电视墙监控系统及其存储系统包括：

1、摄像头——在被监控的地点的某一角落安装的视频信息采集设备。

2、网络视频编码器——将摄像头采集的模拟信号或数字信号的流进行编码，形成统一的高效的编码方式。本专利推荐使用MPEG-2、MPEG-4、H.264等高效的编码格式，并且在编码中加入流的优先级、时间戳等参数，以便对流进行分类管理和减少储存压力；

3、网络传输交换设备——在视频信息传输过程中使用到的交换机路由器等网络设备。可以采用华为s650X交换机。

4、储存设备——包括主存储服务器和备份储存服务器。通过主存储服务器用户可以通过观看到多天以前的监控内容；备份储存服务器主要用来实现数据备份。该编/解码器可采用华为Neocean系列产品。

5、点击下载服务器——为用户查看储存设备中的视频文件提供一个公共接口。

6、网络视频解码器——将数字信号转换成电视机能识别的模拟信号并输入视频矩阵。在本发明中，要求视频解码器能识别嵌入到视频流中的优先级信息。

7、电视墙——监控中心显示的电视群组，由电视墙处理系统和电视墙显示系统以及远端的控制系统组成。电视墙处理系统包括底层视频矩阵、Lan模块、视频流输出输入控制模块、处理器以及远端控制设备等。

图1显示了本系统从摄像头原始数据采集到数据存储到最终电视墙监控的过程。

图1中涉及到的视频敏感度参数是一个百分比概念。对于不能自动旋转的摄像头有两种实例可以实现这一方法：

1、设定一个默认帧，这一帧通常是被监控地点的正常状态，也就是说如果监控人员看到这一帧，将会认为一切正常，没有紧急情况发生。还需要获得当前帧——即摄像头在监控过程中当前时刻所拍摄下来的帧。然后将默认帧和当前帧内逐点进行比对，记录下发生变化的点的个数s，一帧中所有点的个数为n，则得出当前视频变化率

$t=\frac{s}{n};$

视频敏感度参数即认为设定一个参数v，来比较t和v之间的大小关系，如果t＞v即现在的变化足够小，小到我们可以去忽视当前的变化，而去关注更主要的变化。当t＝＜v时，说明现在被监控地点发生了用户希望关心的变化，用户就需要重点关注这个地区了。这样做的目的是为了在整个系统实施过程中避免一些无关信息打扰而降低本系统的效率，打个比方说，空气中灰尘漂过或蚊子的飞过我们并不关心。这样做也可以有效控制优先级过多设置而降低优先级本身的意义。

2、比较当前视频帧的前一帧的变化情况，同方法一类似，同样可以得出当前视频帧相比前一帧的变化程度t，通过t和用户设定的视频敏感参数v进行比较来判断是否需要关心当前帧的变化，是否需要存储此视频信息，是否需要加入优先级信息等。

需要说明的是我们可以为视频存储和视频播放优先级上使用不同的v值，以便我们可以在存储服务器中找到更为全面的监控信息。为了让监控的信息有连续感，可以在一段记录的最后一个超过视频敏感参数的活动帧的后面在连续存储一段时间或一定数量的视频帧，这可以在视频流编码器中实现也可以在存储服务器中实现。

图1和图3中优先级的概念是一个表明视频流重要程度的一个关键指标，目的是为了用户有重点的区分各个被监控的场所。如图3和图5所示，本发明视频流的优先级默认为0，当帧变化率达到门限值v后会重新结合帧变化率t的大小和被监控地点本身的重要程度来从新设定优先级。由于优先级信息将会和电视墙的特定视频矩阵端口对应，而视频矩阵端口又会和电视墙中具体显示器的位置对应，所以高优先级的流会传输到电视墙中便于观看的重要位置。优先级还有一个好处就是在带宽如果出现不够用的情况下，首先传送优先级高的视频流。图5中为一个优先级使用实例，图5中电视墙被分为A、B、C三个区域，实际上也就对应三个优先级，即P0、P1、P2三个优先级，其中P1＞P2＞P0，P1对应A区域，P2对应B区域，P0对应C区域。详细的视频流解码器中的切换算法如图9所示，当一路视频流a进入视频流解码器时候，首先判断流a的优先级，如果优先级为P0(即0)则不作切换任何处理，以图5为例，如果a流优先级为P1但同时在A区域或优先级为P2但同时在B区域则也不错切换任何处理。但是如果a的优先级为P1但是出现在C区域，则判断现在A区域有没有被占满，如果没有占满，则用a流将A区中按顺序第一个优先级小于P1的流b替换出，如果从b流优先级为P0则交换a和b，如果b流优先级为P2，则在B区域中按顺序(如图5中箭头所示顺序)找到第一个优先级为P0的流c，用流b将流c换出，最后用流c去填补流a的位置。这样做法的好处是可以尽可能少的较少被切换的屏幕数量，又能保证使用优先级来控制不同的流，达到高效的目的。

图5中展示了远端控制屏幕，实际上也可以上述算法来控制不同的流，使高优先级的流始终在最容易被监控的位置或根本就不显示优先级最低流。

图8给出了图5中AB区的视频流切换过程的实例。初始优先级全部都是P0，不同的9线载有不同优先级的流在不同时间点到视频流解码器的输入输出实例。

图1、图3所示，系统具有触发报警消息的功能，这条消息将含有对应的流的信息，将直接发送给电视墙的处理器进行处理，在对应的显示屏幕上或周围通过声音或闪烁的图像进行报警。如图3所示，报警参数w可以单独设定，同样和帧变化率t比较大小，看是否形成报警条件。

需要指出的是，和存储中情况一样，如果一个流被赋予高的优先级并在电视墙相应的屏幕上播出，为了防止屏幕频繁切换，保证播放的一定的连贯性，则可以通过设定最短时间优先级流的方法来保证某一个具有优先级的流在特定屏幕上的播放最短播放时间或最好播放帧。这一工作可以在视频流解码器或电视墙处理器中控制完成。

如图4、5所示，用户首先需要根据实际情况以及电视墙的位置等选择电视墙一个或多个屏幕作为核心矩阵，也就是说通常情况下，监控人员只需要盯着核心屏幕就可以达到监控全局的目的了。

如图5所示，本发明为了给监控人员提供更方便的监控视角，首先用不同的优先级区分不同视频流的重要性，以方便对视频流的管理，其次需要在电视墙中众多的屏幕中根据实际情况划定出不同优先级的播放区域。图5中，就划出了A、B、C三个区域，A区域放在最容易观察的地方，相应A区域将播放优先级最高的视频流，同理B区域播放次优先级的视频流，C区域播放没有发生变化的更低优先级的视频流。

图6展示了高低优先级间切换的过程，位于C区域的编号11的屏幕原先播放的视频流获得高优先级，此时位于A区域的编号13的屏幕优先级为0(最低)，则直接调换屏幕11和屏幕13的视频流。在本系统中在视频流加码器中实现，自动实现屏幕11和屏幕13之间自动切换。

同理如图7所示，如果A区域的屏幕13的视频流的优先级仍然大于0，而B区域的屏幕11的视频流优先级最高，而B区域屏幕12的视频流优先级为0，则自动做如图7所示的视频调换。

在切换算法实施的过程中，重点是要保证高优先级视频流进入对应的主显示区域(A)，而次优先级视频流进入对应的次显示区域(B)，最后把优先级最低的视频流放在整个电视墙的边缘的屏幕。

在播放时候尽可能减少频繁切换屏幕对监控人员的影响，所以在本发明涉及过程中，在进行高低优先级视频流切换时，保证被切换的低优先级的主显示区(A)或次显示区(B)视频流在播放完最好一帧高优先级帧后再自动播放一段设定的时间或设定的帧。这也可以在视频流解码器或视频流编码器中实现这一功能。

Claims (7)

1、智能监控存储系统，其特征在于：包括如下步骤：

(1)设定视频灵敏度参数，如果不设定此值则默认灵敏度参数为最大值，即存在帧的任何变化都存储；

(2)设定电视墙终端的优先级；

(3)在视频流编码中加入优先级；

(4)在视频流中加入优先级并传输到存储设备和视频解码设备；

(5)当视频编码传送到存储设备时，存储设备判断编码中的优先级参数是否发生变化或直接比较当前帧和默认帧的区别或比较前一帧与后一帧的区别来判断是否要存储当前帧，如果编码中优先级高或发生明显变化则保存，否则丢弃；

(6)当视频解码传送到视频流解码设备时，视频流解码设备查看视频编码中的优先级，并根据步骤(2)的设置传送到电视墙。

2、按照权利要求1所述的智能监控存储系统，其特征在于：在步骤(2)，在本专利中给出了实例图，但具体的规划方案需要根据实际情况来定，比如电视墙的位置，视频终端的数目以及监控人员的位置等。

3、按照权利要求1所述的智能监控存储系统，其特征在于：通过前后帧或和默认帧的比较来判断是否要存储当前视频流信息。这种做法的目的是使最少的空间保留最多的有用信息。

4、按照权利要求1所述的智能监控存储系统，其特征在于：在完成步骤(3)后，该步骤目的是对视频流进行处理，并加入产生优先级信息。本步骤可以在视频流编码器中实现，而视频流编码器可以是单独设备或做在监视器或传输中的设备中。

5、按照权利要求1所述的智能监控存储系统，其特征在于：步骤(5)，可以在进入存储设备之前或在存储设备中加入本专利提到的比较算法来判断是否需要保存当前视频流信息。

6、按照权利要求1所述的智能监控存储系统，其特征在于：在步骤(2)，用户可以选择那些电视播放或那些电视不播放或在需要时播放时自动播放，来尽可能小的减少监控人员的负担，使监控人员能够更准确的监控更大范围。

7、按照权利要求1所述的智能监控存储系统，其特征在于：在步骤(6)后，使用本专利描述的调度算法来实现不同优先级视频流的调度。

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