CN101459829A - 一种低延迟的全数字监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低延迟的全数字监控系统。其包括依次连接的视频信号编码器、计算机和显示器，视频信号编码器包括摄像头模块、模数转换模块、CPU与DSP模块和第一网络控制模块，计算机包括第二网络控制模块、CPU模块、显示控制模块和前端控制模块。CPU与DSP模块除对YUV格式信号进行压缩编码和打包发送外，还将YUV格式信号抽取成视频信号，然后打包发送，计算机将收到的视频信号在显示器上予以显示，可实时观察到监控前端的情形；需对摄像头模块进行调整时，由CPU与DSP模块对控制指令进行解析，并将结果送至摄像头模块，同时摄像头模块对控制指令的执行结果体现在显示器上。其在控制台处可看到与模拟系统同样低延迟视频信号，复杂度低、成本低、易于维护。

Description

一种低延迟的全数字监控系统

技术领域

本发明涉及一种数字监控系统，尤其是一种低延迟的全数字监控系统。

背景技术

目前，监控系统已经从模拟监控转向数字监控。和模拟监控相比，数字监控的优点是可压缩，容易存储和传输，易智能处理，如检索、识别等。但数字监控也有缺点，主要缺点有两个：一是数字图像的压缩都是有损压缩，压缩后图像的清晰度有所下降；二是由压缩、解压缩带来的延迟比较大，具体的延迟时间由压缩算法的复杂度和系统的处理能力决定，主流系统的延迟一般在500ms左右。

对于数字监控系统的第一个缺点，由于人的眼睛在生理结构上具有一定的容错特性，一定限度内的清晰度降低对实际监控系统的影响不大。而第二个缺点在某些实时性要求不高的场合，不会影响实际使用，如教学监控系统；但在安防类等对实时控制要求比较高的系统中，会造成很大影响。以派出所对某个案发率比较高的场所进行监控为例，警务人员在派出所通过监控台察看现场，发现可疑人员后，警务人员希望能够在控制台处通过调整监控现场的摄像头实时地跟踪可疑人员，由于数字监控系统压缩、解压缩带来的延迟，在控制台处看到的图像总是被延迟了几百ms以上，实现不了模拟系统中“手到球转”的效果，很可能错过最关键的画面，如此高的实时性要求是数字监控系统无法达到的。

为了克服这个问题，现有安防监控系统经常会采用模拟数字混合的监控方式。在监控前端采用模拟摄像机将模拟图像送到监控系统的控制台处，在控制台处看到的是模拟信号，延迟非常小，实现控制的实时性，然后再把模拟图像送到数字视频服务器或数字硬盘录象机做压缩、存储、传输。这样设计的系统优点是在控制台处看到的是模拟信号，延迟小，缺点是模拟信号的可靠传输距离小，难以扩展，系统的成本高、复杂度高，不易维护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在控制台处可看到与模拟系统同样低延迟视频信号、复杂度低、成本低、易于维护的低延迟的全数字监控系统。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该系统包括依次连接的视频信号编码器、计算机和显示器，其结构特点是：

所述视频信号编码器包括摄像头模块、模数转换模块、CPU与DSP模块、第一网络控制模块，其中，

所述摄像头模块，用于采集监控现场的模拟视频信号并送至模数转换模块；

所述模数转换模块，用于对模拟视频信号做采样量化，并输出BT656数字视频信号至CPU与DSP模块；

所述CPU与DSP模块，用于对BT656数字视频信号做同步成帧预处理成YUV格式信号，然后由DSP对YUV格式信号进行压缩编码，压缩后的视频信号被打包送至第一网络控制模块后再发送到计算机处；同时由CPU对YUV格式信号进行抽取，抽取后的视频信号也被打包送至第一网络控制模块后再发送到计算机处；

所述计算机包括第二网络控制模块、CPU模块、显示控制模块和前端控制模块，其中，

所述第二网络控制模块，用于将从第一网络控制模块收到的压缩后和抽取后的视频信号送至CPU模块；

所述CPU模块，用于运行解压缩程序对压缩后的视频信号解码，并运行显示驱动程序将解码后的视频信号和抽取后的视频信号送至显示控制模块；

所述显示控制模块，用于将解码后的视频信号和抽取后的视频信号送至显示器，由显示器将视频信号显示出来；

所述前端控制模块，用于向CPU模块发出控制指令，再由第二网络控制模块发送至第一网络控制模块，第一网络控制模块将接收到的控制指令发送至CPU与DSP模块，由CPU解析该控制指令后将解析结果送至摄像头模块，摄像头模块根据解析结果完成控制指令；同时摄像头模块对控制指令的执行结果直接显示在显示器上。

本发明还设置有后处理设备，CPU与DSP模块中的DSP部分对YUV格式信号进行压缩编码，压缩后的视频信号也可被打包送至第一网络控制模块后再发送到后处理设备处，由后处理设备对视频信号进行存储、检索、解压缩显示或其他处理。

本发明所述CPU与DSP模块中的CPU部分将YUV信号抽取成M行N列的视频信号，M和N的值为352和288，或者176和144。

本发明所述计算机为PC机或工作站或服务器或嵌入式设备。

本发明所述后处理设备为存储柜或数字视频矩阵或解码器。

本发明所述CPU与DSP模块中的DSP部分对YUV格式信号进行压缩编码的压缩标准为MPEG4或H.264或AVS或其他视频压缩标准。

本发明所述视频编码器安装在前端监控现场处，计算机和显示器安装在控制台处。

本发明所述后处理设备安装在控制台处或根据需要安装在其他地方。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：在视频信号编码器中设置的CPU与DSP模块除对YUV格式信号进行压缩编码和打包发送外，还将YUV格式信号抽取成M行N列的视频信号，然后打包发送，计算机将收到的M行N列的视频信号在显示器上予以显示，可实时观察到监控前端的现场情形；需要对摄像头模块进行调整时，由CPU与DSP模块对前端控制模块发来的控制指令进行解析，并将解析结果送至摄像头模块，同时摄像头模块对控制指令的执行结果直接体现在控制台处的显示器上，这样在控制台处就能看到最新的监控前端的现场情形，视频信号的延迟可低至90ms，可实现和目前常用的模数混合系统不相上下的低延迟的实时控制；且在整个监控系统中传输、存储的都是数字视频信号，是一个全数字系统，降低了系统的复杂度，成本低，易于维护。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明实施例1的结构示意图。

图3为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明包括依次连接的视频信号编码器1、计算机2、显示器3和后处理设备4，其中视频信号编码器1、计算机2、显示器3是必备的，后处理设备4是可选的。视频编码器1安装在前端监控现场处，计算机2和显示器3安装在控制台处。后处理设备4安装在控制台处或根据需要安装在其他地方。

视频信号编码器1包括摄像头模块11、模数转换模块12、CPU与DSP模块13、第一网络控制模块14，其中，

摄像头模块11，用于采集监控现场的模拟视频信号并送至模数转换模块12；

模数转换模块12，用于对模拟视频信号做采样量化，并输出BT656数字视频信号至CPU与DSP模块13；

CPU与DSP模块13，用于对BT656数字视频信号做同步成帧预处理成YUV格式信号，然后由DSP对YUV格式信号进行压缩编码，压缩标准为MPEG4或H.264或AVS或其他视频压缩标准，压缩后的视频信号被打包送至第一网络控制模块14后再发送到计算机2或后处理设备4处；同时由CPU对YUV格式信号进行抽取，将YUV信号抽取成M行N列的视频信号，为控制数据流量，通常M和N的值为352和288(即CIF格式)，或者176和144(QCIF格式)，抽取后的视频信号也被打包送至第一网络控制模块14后再发送到计算机2处；

计算机2包括第二网络控制模块21、CPU模块22、显示控制模块23和前端控制模块14，其中，

第二网络控制模块21，用于将从第一网络控制模块14收到的压缩后和抽取后的视频信号送至CPU模块22；

CPU模块22，用于运行解压缩程序对压缩后的视频信号解码，并运行显示驱动程序将解码后的视频信号和抽取后的视频信号送至显示控制模块23；

显示控制模块23，用于将解码后的视频信号和抽取后的M行N列的视频信号送至显示器3，由显示器3将视频信号显示出来，控制台处的工作人员根据以上视频信号就可以实时地观察到监控前端的现场情形；

前端控制模块24，用于向CPU模块22发出控制指令，再由第二网络控制模块21发送至第一网络控制模块14，第一网络控制模块14将接收到的控制指令发送至CPU与DSP模块13，由CPU解析该控制指令后将解析结果送至摄像头模块11，摄像头模块11根据解析结果完成控制指令；同时摄像头模块11对控制指令的执行结果直接显示在显示器3上。

后处理设备4为存储柜或数字视频矩阵或解码器或其他同类设备，CPU与DSP模块13中的DSP部分对YUV格式信号进行压缩编码，压缩后的视频信号也可被打包送至第一网络控制模块14后再发送到后处理设备4处，由后处理设备4对压缩编码后的视频信号进行存储、检索、解压缩显示或其他处理。

计算机2为PC机或工作站或服务器或嵌入式设备或其他同类设备。

此外，上述的有些部分可以合并，具体地讲，计算机2和显示器3可以合并成一个带显示功能的嵌入式设备；上述的某些部分也可以分解，具体地讲，视频信号编码器1可以分解成一个摄像机和一个编码器。

实施例1：

本实施例是一个用于基层派出所的实际的数字监控系统。其中视频信号编码器1安装在一个商业区的广场上，计算机2是一个带显示模块的嵌入式设备，安装在派出所的控制台处。控制台处还安装有作为后处理设备4的存储柜，用于对从监控前端传过来的压缩过的视频信号进行存储、检索、回放。

视频信号编码器1的摄像头模块11采用三星的CCD模块ICX409AK，模数转换模块12采用TVP5150芯片，CPU与DSP模块13分别采用DSP芯片TI6416和CPU芯片IXP425，第一网络控制模块14采用Intel82551芯片。摄像头模块11将现场采集到的模拟视频信号送到模数转换模块12中，模数转换模块12对模拟视频信号做采样量化，输出带有同步信息和帧信息的BT656数字视频信号。BT656数字视频信号被送入CPU与DSP模块13的CPU芯片IXP425，CPU芯片首先对BT656数字视频信号做同步成帧预处理成YUV格式信号，然后做两项处理：一是由DSP芯片TI6416对YUV格式信号做MPEG4标准的压缩编码，完成压缩后，被压缩过的MPEG4标准的压缩视频信号被打包送到第一网络控制模块14处，而后被送到控制台处的后处理设备4用做存储、检索、解压缩显示；二是由CPU芯片IXP425对YUV信号格式做抽取，抽取成176行144列的视频信号，而后也被打包由第一网络控制模块14送到控制台处的计算机2。

计算机2的第二网络控制模块21采用Intel82551芯片，CPU模块22采用用S3C2410芯片，显示控制模块23是一个集成的TFT显示屏LQ057Q3DC12，前端控制模块24包括三维摇杆和数字键盘两部分。第二网络控制模块21将收到的176行144列的视频信号送至CPU模块22，CPU模块22调用显示驱动程序，将视频信号传递给显示控制模块23显示出视频信号。需要调整监控前端摄像头模块11的焦距或方向时，控制台处的工作人员通过操纵前端控制模块24向CPU模块22发布控制指令，控制指令由第二网络控制模块21发送到监控前端的第一网络控制模块14处，再送给CPU与DSP模块13中的CPU芯片，由CPU芯片解析该控制指令，并将解析结果送到摄像头模块11，摄像头模块11完成该控制的指令要求。此时，摄像头模块11对控制指令的执行结果直接体现在控制台处的显示控制模块23上，在显示控制模块23上看到的就是最新的监控前端现场情形。此视频信号的延迟可以低到90ms。

实施例2：

本实施例是一个用于火车站的数字监控系统。其中视频信号编码器1安装在候车室，计算机2是一台PC机，PC机的外接键盘作为前端控制模块24，PC机外接显示器3，计算机2和显示器3都安装在火车站指挥室的控制台处。控制台处还安装有作为后处理设备4的数字矩阵，用于对从监控前端传过来的压缩过的视频信号进行存储、检索、回放，为方便观看，数字矩阵上还接有大屏幕。

视频信号编码器1的摄像头模块11采用三星的CCD模块ICX409AK，模数转换模块12采用TVP5150芯片，CPU与DSP模块13采用TI6446芯片，TI6446芯片是一块将DSP与CPU集成在一起的芯片，第一网络控制模块14采用Intel82551芯片。摄像头模块11将现场采集到的模拟视频信号送到模数转换模块12中，输出带有同步信息和帧信息的BT656数字视频信号。BT656数字视频信号被送入CPU与DSP模块13的CPU部分，CPU部分首先对BT656数字视频信号做同步成帧预处理成YUV格式信号，然后做两项处理：一是将该YUV信号送至CPU与DSP模块13的DSP部分，DSP部分对YUV格式信号做H.264标准的压缩编码，完成压缩后，被压缩过的H.264标准的压缩视频信号被打包送到第一网络控制模块14处，而后被送到控制台处的后处理设备4用做存储、检索、解压缩显示；二是CPU与DSP模块13的CPU部分对YUV格式信号做抽取，抽取成352行288列的视频信号，而后也被打包由第一网络控制模块14送到控制台处的计算机2。

计算机2的网卡将收到的352行288列的视频信号送给计算机2的CPU，CPU调用显示驱动程序，将视频信号传递给显示器3，显示器3上显示出相应的视频信号。需要调整监控前端摄像头11的焦距或方向时，控制台处的工作人员通过键盘向PC机的CPU发布控制指令，控制指令由PC机的网卡发送到监控前端的第一网络控制模块14处，再送给CPU与DSP模块13中的CPU部分，由CPU部分解析该控制指令，并将解析结果送到摄像头模块11，摄像头模块11完成该控制指令的要求。此时，摄像头模块11对控制指令的执行结果直接体现在控制台处的显示器3上，在显示器3上看到的就是最新的监控前端的现场情形。此视频信号的延迟可以低到90ms。

Claims (8)

1、一种低延迟的全数字监控系统，包括依次连接的视频信号编码器、计算机和显示器，其特征是：

所述视频信号编码器包括摄像头模块、模数转换模块、CPU与DSP模块、第一网络控制模块，其中，

所述摄像头模块，用于采集监控现场的模拟视频信号并送至模数转换模块；

所述模数转换模块，用于对模拟视频信号做采样量化，并输出BT656数字视频信号至CPU与DSP模块；

所述CPU与DSP模块，用于对BT656数字视频信号做同步成帧预处理成YUV格式信号，然后由DSP对YUV格式信号进行压缩编码，压缩后的视频信号被打包送至第一网络控制模块后再发送到计算机处；同时由CPU对YUV格式信号进行抽取，抽取后的视频信号也被打包送至第一网络控制模块后再发送到计算机处；

所述计算机包括第二网络控制模块、CPU模块、显示控制模块和前端控制模块，其中，

所述第二网络控制模块，用于将从第一网络控制模块收到的压缩后和抽取后的视频信号送至CPU模块；

所述CPU模块，用于运行解压缩程序对压缩后的视频信号解码，并运行显示驱动程序将解码后的视频信号和抽取后的视频信号送至显示控制模块；

所述显示控制模块，用于将解码后的视频信号和抽取后的视频信号送至显示器，由显示器将视频信号显示出来；

所述前端控制模块，用于向CPU模块发出控制指令，再由第二网络控制模块发送至第一网络控制模块，第一网络控制模块将接收到的控制指令发送至CPU与DSP模块，由CPU解析该控制指令后将解析结果送至摄像头模块，摄像头模块根据解析结果完成控制指令；同时摄像头模块对控制指令的执行结果直接显示在显示器上。

2、根据权利要求1所述的低延迟的全数字监控系统，其特征是：还设置有后处理设备，CPU与DSP模块中的DSP部分对YUV格式信号进行压缩编码，压缩后的视频信号也可被打包送至第一网络控制模块后再发送到后处理设备处，由后处理设备对视频信号进行存储、检索、解压缩显示或其他处理。

3、根据权利要求1所述的低延迟的全数字监控系统，其特征是：所述CPU与DSP模块中的CPU部分将YUV信号抽取成M行N列的视频信号，M和N的值为352和288，或者176和144。

4、根据权利要求1所述的低延迟的全数字监控系统，其特征是：所述计算机为PC机或工作站或服务器或嵌入式设备。

5、根据权利要求2所述的低延迟的全数字监控系统，其特征是：所述后处理设备为存储柜或数字视频矩阵或解码器。

6、根据权利要求1所述的低延迟的全数字监控系统，其特征是：所述CPU与DSP模块中的DSP部分对YUV格式信号进行压缩编码的压缩标准为MPEG4或H.264或AVS或其他视频压缩标准。

7、根据权利要求1所述的低延迟的全数字监控系统，其特征是：所述视频编码器安装在前端监控现场处，计算机和显示器安装在控制台处。

8、根据权利要求2或5所述的低延迟的全数字监控系统，其特征是：所述后处理设备安装在控制台处或根据需要安装在其他地方。

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