CN102625082A

CN102625082A - 一种视频监控系统

Info

Publication number: CN102625082A
Application number: CN2012100499913A
Authority: CN
Inventors: 陈子琦; 罗笑南; 李飞燕; 傅明; 林谋广
Original assignee: National Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University; National Sun Yat Sen University
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明实施例公开了一种视频监控系统，该视频监控系统包括：视频采集模块、视频处理与系统控制模块、系统存储模块、外部接口模块；视频采集模块用于对所采集到的模拟信号进行数字化转换获得数字信号，并将数字信号发送给视频处理与系统控制模块；视频处理与系统控制模块用于对视频采集模块所获得的数字信号进行双流编码，获得编码后的数据；系统存储模块用于存储视频处理与系统控制模块所获得的编码后的数据；外部接口模块用于发送视频处理与系统控制模块所获得的编码后的数据。实施本发明实施例，能够保证在带宽受限条件下视频传输的实时性和有异常时视频图像的高质量，节约本地的存储空间和传输通路的带宽资源，提升监控系统的整体工作效率。

Description

一种视频监控系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种视频监控系统。

背景技术

随着社会经济和科学技术的迅速发展，视频监控系统以其反应灵敏、防范能力强等优点已经应用到人们日常生活中的各个方面。按照视频监控系统的实现方式来看，视频监控的发展经历了模拟视频监控系统和数字视频监控系统两个阶段。而随着计算机技术的迅猛发展以及视频压缩编码技术的日益成熟，数字化、网络化、智能化将是视频监控发展的必然趋势。

目前，在绝大部分的安防监控应用中，用户只关注有异常事件发生阶段的视频信息，没有异常事件的视频包含有用的信息较少。随着监控探头布设的快速增长以及数量的大幅提升，监控视频数据由于这些大量冗余信息的存在，形成的海量数据给网络传输带来巨大的压力，在无线视频监控系统中这种问题就显得尤为突出。

由于无线信道具有时变性和不稳定性，且带宽受限、误码率较高，如何同时保证监控视频的实时性和高质量的需求，成为影响应用的难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种视频监控系统，能够保证无线等带宽受限条件下视频传输的实时性和有异常时视频图像的高质量，并能够有效地节约本地的存储空间和传输通路的带宽资源，大大降低视频信息检索的难度，提升监控系统的整体工作效率。

为了解决上述问题，本发明提出了一种视频监控系统，所述视频监控系统包括：视频采集模块、视频处理与系统控制模块、系统存储模块、外部接口模块；

所述视频采集模块用于对所采集到的模拟信号进行数字化转换获得数字信号，并将所述数字信号发送给所述视频处理与系统控制模块；

所述视频处理与系统控制模块用于对所述视频采集模块所获得的数字信号进行双流编码，获得编码后的数据；

所述系统存储模块用于存储所述视频处理与系统控制模块所获得的编码后的数据；

所述外部接口模块用于发送所述视频处理与系统控制模块所获得的编码后的数据。

优选地，所述视频处理与系统控制模块还用于对所述数字信号进行异常检测获得检测结果，并根据所述检测结果分别向所述系统存储模块与所述外部接口模块发送与所述检测结果相对应的数据。

优选地，所述视频处理与系统控制模块还用于采用背景差分法或者高光谱图像异常检测算法对所述数字信号进行异常检测获得检测结果。

优选地，所述视频处理与系统控制模块还用于根据所述检测结果对所获得的数字信号对应的视频帧按不同的编码参数进行编码，以获得不同质量和不同比特率的视频流。

优选地，所述视频处理与系统控制模块还用于将低比特率的编码视频流发送给所述外部接口模块，并将包含有异常事件发生高比特率的编码视频流发送给所述系统存储模块，以进行本地存储。

优选地，所述视频处理与系统控制模块采用具有硬件编解码模块的片上系统SoC。

优选地，所述系统存储模块包括同步动态随机存储器SDRAM、SD卡、硬盘、闪存中的一种或者任意组合。

优选地，所述视频监控系统还包括电源模块。

优选地，所述电源模块采用低功耗的电源芯片。

实施本发明实施例，能够保证在无线等带宽受限条件下视频传输的实时性和有异常时视频图像的高质量，并能够有效地节约本地的存储空间和传输通路的带宽资源，大大降低视频信息检索的难度，提升监控系统的整体工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例的视频监控系统的结构组成示意图；

图2是本发明实施例的智能视频监控编码系统硬件电路框图；

图3是本发明实施例的视频监控系统的实现框图；

图4是本发明实施例中采用背景差分算法的异常检测流程示意图；

图5是本发明实施例中实现本地存储的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一般的视频监控系统通常是由3个主要部分组成：视频采集设备、视频信号传输通道、面向用户的显示和处理设备。前端视频采集设备主要完成监控视频信号的采集和处理。视频通信传输设备主要完成视频的传输工作，传输介质可以是光纤或电缆等有线网络，也可以是电磁波等无线网络。用户端的显示和处理设备为工作人员提供了直观的信息，以便作出及时的反应。

本发明实施例的系统的主要功能是实现视频的实时监控，并能对视频内容进行实时的智能分析，得到的视频文件可以通过无线网络传输进行本地存储。用户能控制摄像头云台，配置摄像头参数。根据系统的需求，该视频监控系统包括视频采集模块、外部接口模块、视频处理与系统控制模块、系统存储模块，进一步地，还可以包括电源模块。

图1是本发明实施例的视频监控系统的结构组成示意图，如图1所示，该视频监控系统包括：视频采集模块10、视频处理与系统控制模块11、系统存储模块12、外部接口模块13；

视频采集模块10用于对所采集到的模拟信号进行数字化转换获得数字信号，并将数字信号发送给视频处理与系统控制模块11；

视频处理与系统控制模块11用于对视频采集模块10所获得的数字信号进行双流编码，获得编码后的数据；

系统存储模块12用于存储视频处理与系统控制模块11所获得的编码后的数据；

外部接口模块13用于发送视频处理与系统控制模块11所获得的编码后的数据。

在具体实施中，该视频监控系统还可以包括电源模块。

图2示出了本发明实施例的智能视频监控编码系统硬件电路框图，参考图2，各模块的功能如下：

(1)视频采集模块；采用视频A/D解码芯片TVP5150完成对模拟信号进行4:2:2标准的数字化转换，传输到嵌入式处理器(视频处理与系统控制模块)。

(2)外部接口模块；包括网络发送，摄像头云台控制，与PC通信接口、调试接口、外接CDMA模块完成数据的无线传输、报警输出控制等。

(3)系统存储模块；完成对视频信息的存储，可以包括：同步动态随机存储器(Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM)、SD卡、硬盘(包括IDE硬盘、SATA硬盘等)及NAND Flash中的一种或者任意组合。

(4)视频处理与系统控制模块；嵌入式系统的核心部分，采用具有硬件编解码模块的片上系统i.MX27完成对整个系统的控制以及图像的编解码、智能视频识别、分析等工作。

(5)电源管理模块；使用低功耗的电源芯片为系统提供稳定可靠的功率。

具体实施中，视频处理与系统控制模块11还用于对数字信号进行异常检测获得检测结果，并根据检测结果分别向系统存储模块12与外部接口模块13发送与检测结果相对应的数据，该视频处理与系统控制模块11还用于根据检测结果对所获得的数字信号对应的视频帧按不同的编码参数进行编码，以获得不同质量和不同比特率的视频流。视频处理与系统控制模块11可以将低比特率的编码视频流发送给外部接口模块13，并将包含有异常事件发生高比特率的编码视频流发送给系统存储模块12，以进行本地存储。

为了满足无线环境中，在受限带宽的情况下监控视频的实时传输以及高质量视频的事后调阅，本发明采取双流编码技术，采取两路不同质量的视频编码线程，低质量的一路用于实时传输，高质量的一路用于本地存储；同时，对监控视频进行异常检测，根据异常检测的结果触发无线传输及本地存储。用户也可以根据需求，强制系统将前端采集的数据实时传输至服务器。

本发明实施例的视频监控系统的实现框图如图3所示，利用TVP5150和具备高性能中央处理器(Central Processing Unit，CPU)以及硬件编解码模块的片上系统(System on Chip，SoC)的视频接口采集相应的视频信息。摄像头产生的模拟视频信号经过视频A/D解码芯片进行模数转化，然后传递给SoC的视频接入端，完成视频信号的采集。如图3所示，视频采集线程完成视频信号的采集并经缩放等预处理后，传送给SoC相应的线程，对所采集转化后的数据分别进行异常检测和双流编码。按照异常检测的结果触发无线数据发送和本地存储，并进行报警设置等工作。

进一步地，视频处理与系统控制模块11还用于采用背景差分法或者高光谱图像异常检测算法对数字信号进行异常检测获得检测结果。

具体实施中，异常检测可以采用较为简单且运算复杂度较低的背景差分法。采用背景差分算法的异常检测流程示意图如图4所示。

首先对图像进行时域空域下采样，即将当前图像首先进行时域下采样判决，当其时域帧序号能够被采样系数M整除时，进行空域下采样；如果不能整除，抛弃该帧(不利用该帧进行异常事件检测)。空域下采样为均匀的每隔一行、每隔一列采样一个像素点，达到1/4下采样。然后进行基于背景更新和帧差分相结合的运动目标检测方法进行异常事件侦测，即将时空下采样后的当前帧与缓存的前一帧图像、背景图像同时进行差分计算。与前一帧图像的像素差值，若大于阈值则标记为1(本实施例中这里所采用的阈值为10)，否则为0；然后，将当前帧与背景帧做差分，若像素差分的结果大于阈值则标记为1(本实施例中这里所采用的阈值为15)，否则为0。做完两次差分后，分别进行背景更新和异常检测。

1、背景更新。对两次二值化的结果进行求和，当结果大于等于1时，则对应的像素点按照式(1)进行更新；若结果为0，则对应的像素点按式(2)进行更新。其中avg为背景图像，frame为当前采集图像。

avg_ij(t)＝(frame_ij(t)+7×avg_ij(t-1))/8 (1)

avg_ij(t)＝(frame_ij(t)+15×avg_ij(t-1))/16 (2)

2、异常检测。对当前图像和背景图像差分的结果进行统计计算，若得到的结果大于预先设定的阈值，则作为非法入侵，并标示相应的标志位。

由于无线网络的传输带宽受限，无法实时传输大量的数据，而用户需要高质量的监控视频以获得更多的信息，为了解决这个冲突，本发明实施例在异常事件自动侦测的基础上，采用双流编码技术，对采集到的视频帧分别按不同的编码参数进行分别编码，以获取不同质量和比特率的视频流，实现对单一一路输入视频进行两路不同质量的编码，将得到的低质量实时编码的比特流进行远程传输和远程存储；将高质量编码选择有异常事件发生的视频段进行本地存储，同时满足本地存储和无线发送的不同要求。

本发明中采用的ARM处理器为Freescale的i.MX27，该处理器内嵌一个采用特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)的硬件视频处理单元(Video Processor Unit，VPU)。i.MX27 VPU是一个高性能、多标准的视频编解码模块。能够完成H.263P3、MPEG-4SP、H.264BP的编解码工作，同时VPU也支持全双工的视频图形阵列(Video Graphics Array，VGA)编解码和半双工的D1实时编解码。它也支持多标准多视频源的同时编解码。另外，它还包含了一个16位的数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)内核——专有的位(BIT)处理器，BIT处理器控制了所有的内部视频编解码指令，这样使得外部主处理器(ARM)计算资源占用很少。BIT处理器可以通过主处理器的接口完成通信。用户可以对一些特定寄存器进行配置，从而控制i.MX27VPU视频IP以获得低的计算复杂度。

在本发明实施例中，主要通过对主处理芯片硬件编解码单元，即i.MX27的VPU，配置不同的编码参数来开辟两个编码器：编码器1配置为高量化参数(Quantization Parameter，QP)、低分辨力的低质量编码器，生成低码率的比特流，以适用于低带宽的无线网络传输。编码器2采用较小的QP和较高的图像分辨力，生成高质量的比特流。这两个编码器并行工作，分别对采集到的图像进行实时编码。这样既能实现低带宽条件下的远程传输，满足实时监控的需要，同时获得了有异常发生时的高质量的历史监控视频，满足调查取证的需要。

另外，为了提高带宽的利用率和节省本地存储资源，在本发明实施例中，还根据运动目标检测方法所产生的异常检测结果，对两路编码后的数据流进行选择性的远程传输和基于环形缓存器的异常事件存储。在有异常发生时，编码器1生成的低比特率的编码视频流开始进行传输，异常结束时传输即停止；在无异常发生时，系统可以通过安全传输协议(Secure Shell，SSH)中的SCP(securecopy)命令(用于在Linux下进行远程拷贝文件的命令)，将本地存储的高质量视频传输到无端的服务器，供工作人员的事后调阅。传输时可以采用RTP/UDP/IP协议栈，以保证网络传输的实时性，为监控业务提供较低质量但高实时性的实时监控视频流。

系统对编码器2生成的高比特率视频流采取基于环形结构的缓存模型和触发式本地存储。本地存储的流程示意图如图5所示。编码的视频流首先预存在缓存区中，一旦缓存储存满则将缓存指针移到缓存的顶部继续存储。若异常发生时，在本地的存储介质中新建一个以当前时间为名字的文件，并将环形缓存中自该帧开始往前N min内的视频流写到这个文件中去；如果异常持续时间大于1，则将当前编码后的比特流添加在该文件中；如果异常结束，则关闭本地存储介质的存储文件，完成异常视频的存储。这样，本地的存储介质只存储异常发生前N min到异常结束这段时间的视频，没有异常的视频则不存储。由于只对有异常发生时的视频片断进行高质量的编码存储，使得整个监控系统的传输和存储负荷大大降低，可在保证有限带宽条件下，视频监控系统高实时性浏览和高质量历史数据查阅取证的双重要求，也大大降低了视频文件的查阅与检索的工作量。

由于采用码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)无线信道传输，网络的不稳定性会对系统的性能产生影响，另外存储介质容量有限，无法无限制地存储视频信息，为了提高系统的稳定性，本发明实施例还可以采用Linux系统中cron服务，实现了对网络状态及存储介质容量的定时检测功能，提高了系统的稳定性。

另外，由于本发明实施例采用了嵌入式ARM处理器，提供了基于CDMA的智能无线视频监控系统，通过双流编码和运动目标检测(异常检测)实现了低带宽下低存储成本的视频监控，保证了无线条件下监控视频的实时浏览和高质量视频的事后调阅。同时，使用Linux定时服务完成了对网络及存储介质状态的检测，在出现故障时能够进行相应的操作，提高了系统的抗干扰能力，确保系统工作在正常的状态下。在实际使用中，系统的各项指标均能达到预期的要求，具有很强的实用性。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的视频监控系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种视频监控系统，其特征在于，所述视频监控系统包括：视频采集模块、视频处理与系统控制模块、系统存储模块、外部接口模块；

2.如权利要求1所述的视频监控系统，其特征在于，所述视频处理与系统控制模块还用于对所述数字信号进行异常检测获得检测结果，并根据所述检测结果分别向所述系统存储模块与所述外部接口模块发送与所述检测结果相对应的数据。

3.如权利要求2所述的视频监控系统，其特征在于，所述视频处理与系统控制模块还用于采用背景差分法或者高光谱图像异常检测算法对所述数字信号进行异常检测获得检测结果。

4.如权利要求2或3所述的视频监控系统，其特征在于，所述视频处理与系统控制模块还用于根据所述检测结果对所获得的数字信号对应的视频帧按不同的编码参数进行编码，以获得不同质量和不同比特率的视频流。

5.如权利要求4所述的视频监控系统，其特征在于，所述视频处理与系统控制模块还用于将低比特率的编码视频流发送给所述外部接口模块，并将包含有异常事件发生高比特率的编码视频流发送给所述系统存储模块，以进行本地存储。

6.如权利要求1至3任意一项所述的视频监控系统，其特征在于，所述视频处理与系统控制模块采用具有硬件编解码模块的片上系统SoC。

7.如权利要求1所述的视频监控系统，其特征在于，所述系统存储模块包括同步动态随机存储器SDRAM、SD卡、硬盘、闪存中的一种或者任意组合。

8.如权利要求1所述的视频监控系统，其特征在于，所述视频监控系统还包括电源模块。

9.如权利要求8所述的视频监控系统，其特征在于，所述电源模块采用低功耗的电源芯片。