CN104683768A - 一种嵌入式智能视频分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种嵌入式智能视频分析系统，设置于视频输入模块与后台主机之间，包括：视频分析模块，用于从视频输入模块产生的视频帧序列中筛检出至少一种视觉信息，根据预定的分析规则对携带有视觉信息的视频帧进行分析，生成视频分析结果；视频编码模块，用于对视频帧序列根据预定的编码格式进行压缩编码，生成视频编码数据；以及视频传送模块，用于接收视频分析结果和视频编码数据，并通过网络接口传送至后台主机。相比于现有技术，本发明充分利用视频分析模块中的可编程资源和嵌入式处理器资源，在监控系统前端实时进行高分辨率的视频分析，不仅极大减少了网络带宽，而且还大幅减轻了监控系统的后端主机的数据处理压力。
Description
技术领域
本发明涉及视频处理和视频传输技术领域，尤其涉及一种嵌入式智能视频分析系统。
背景技术
现有的智能视频分析系统能够对视频区域内出现的运动目标自动识别出目标类型并跟踪，对目标进行标记并画出目标运动轨迹，能够同时监测同一场景里的多个目标，并可根据防范目标的特点进行灵活设置。此外，它能适应不同的环境变化，包括光照、四季、昼夜、晴雨等，并能够很好地抗摄像头抖动。其改变了以往视频“被动”监控的状态，不再局限于提供视频画面，还能主动对视频信息进行智能分析、识别和区分物体。
在传统的视频监控系统中，视频占用了大量的存储空间和网络传输带宽。此外，大量无用的视频信息被存储、传输，既浪费了存储空间，又占用了带宽。针对传统视频监控的上述问题，现有技术也逐渐开发出了一些改进型产品。从产品形态来说，大致划分为两类：其中的一类是由智能算法数字信号嵌入式处理器来实现，常见于安装在监控系统前端的智能分析摄像机，其是将具备智能分析功能的软硬件系统前置在监控系统的视频采集端。为了缓解视频存储所需要的空间和传输所需的带宽压力，或者对于一些不重要的视频采用低码流方式进行压缩和传输，这样更有助于提升监控系统的应用价值。但是，基于嵌入式处理器的系统计算资源较少，不能对较高分辨率的输入视频使用高精度的视频分析算法进行实时处理，影响监控系统的实时性以及分析结果的准确性。
其中的另一类是在视频监控系统的后端采用PC服务器作为硬件并在其上运行智能分析软件的运行模式，诸如Aimetis、iOmniscient等视频分析系统供应商都是采用此种方式。因为由后端PC服务器来进行处理，从处理性能上来说，要优于前端智能分析摄像机的处理。这是因为视频分析算法对硬件资源要求很高，后端的PC服务器有较强的扩展性，相较于前端嵌入式处理方式具备更为强大的分析处理能力，其通常应用于非常重要的智能分析场合。但是，基于PC服务器的后台视频分析系统体积庞大，成本高，不能适应多种视频监控场合，缺乏灵活性。
发明内容
针对现有技术的智能视频分析系统所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新颖的嵌入式智能视频分析系统。
依据本发明的一个方面，提供了一种嵌入式智能视频分析系统，设置于视频输入模块与后台主机之间，所述嵌入式智能视频分析系统包括：
视频分析模块，用于从所述视频输入模块产生的视频帧序列中筛检出至少一种视觉信息，根据预定的分析规则对携带有所述视觉信息的视频帧进行分析，生成视频分析结果；
视频编码模块，用于对从所述视频输入模块产生的视频帧序列根据预定的编码格式进行压缩编码，生成视频编码数据；以及
视频传送模块，与所述视频分析模块和所述视频编码模块相连接，用于接收所述视频分析结果和所述视频编码数据，并通过网络接口将所接收的视频分析结果和所述视频编码数据传送至所述后台主机。
在其中的一实施例，所述嵌入式智能视频分析系统还包括视频输出模块，与所述视频分析模块和所述视频输入模块相连接，用于在从所述视频输入模块产生的视频帧序列中合成所述视频分析结果，并通过视频输出接口输出到视频显示设备进行实时显示。
在其中的一实施例，所述视频分析模块包括嵌入式处理单元和可编程逻辑单元，所述可编程逻辑单元包括图像处理部，用于对携带有所述视觉信息的视频帧进行并行处理，得到图像处理结果；所述嵌入式处理单元包括分析统计部，用于对所述图像处理结果进行分析和统计，并输出所述视频分析结果。
在其中的一实施例，所述视频分析模块还包括片外存储器，具有至少一视频帧缓存，所述视频帧缓存用于所述图像处理部对携带有所述视觉信息的视频帧实现帧间处理。
在其中的一实施例，所述视频分析模块还包括片内存储器，具有至少一视频行缓存，所述视频行缓存用于所述图像处理部对携带有所述视觉信息的视频帧实现行间处理。
在其中的一实施例，所述视频分析模块还包括片内寄存器，具有至少一视频像素缓存，所述视频像素缓存用于所述图像处理部对携带有所述视觉信息的视频帧实现像素间处理。
在其中的一实施例，所述图像处理部用于对所述视频帧进行颜色空间转换、视频格式转换、滤波、图像增强、边缘检测、背景建模和/或分割。
在其中的一实施例，所述可编程逻辑单元包括视频输入接口和视频输出接口，所述视频输入接口与所述视频输入模块相连接，用于接收所述视频输入模块产生的视频帧序列；所述视频输出接口与视频输出模块相连接，用于将所述视频分析结果提供给所述视频输出模块。
在其中的一实施例，所述视觉信息包括视频运动向量、图像亮度和色度、图像边缘特征、图像纹理特征。
在其中的一实施例，所述视频输入模块的视频帧为高速SDI视频信号。
采用本发明的嵌入式智能视频分析系统，其设置于视频输入模块与后台主机之间，视频分析模块从视频输入模块产生的视频帧序列中筛检出至少一种视觉信息，根据预定的分析规则对携带有视觉信息的视频帧进行分析并生成视频分析结果，视频编码模块对视频帧序列根据预定的编码格式进行压缩编码，生成视频编码数据，视频传送模块接收视频分析结果和视频编码数据，并通过网络接口传送至后台主机。相比于现有技术，本发明充分利用视频分析模块中的可编程资源和嵌入式处理器资源，在监控系统前端实时进行高分辨率的视频分析，不仅极大减少了网络带宽，而且还大幅减轻了监控系统的后端主机的数据处理压力。此外，由于本发明的嵌入式智能视频分析系统部署在监控系统前端，可实时进行警情分析和视频存储。当报警发生时，还可实时上报警情和即时视频，进而提高了系统的应急响应性能。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出依据本发明一实施方式的嵌入式智能视频分析系统的结构组成示意图；
图2示出图1的嵌入式智能视频分析系统中的视频分析模块的一较佳实施例的结构示意图；
图3示出图1的嵌入式智能视频分析系统中的视频分析模块的一较佳实施例的存储架构示意图；以及
图4为实现图1的嵌入式智能视频分析系统的一具体实施例。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
图1示出依据本发明一实施方式的嵌入式智能视频分析系统的结构组成示意图。参照图1，在该实施方式中，本发明的嵌入式智能视频分析系统10设置在视频输入模块110与后台主机160之间，该系统10包括视频分析模块120、视频编码模块130和视频传送模块140。其中，视频输入模块110可产生一视频帧序列。例如，该视频帧序列为高速SDI视频信号。
详细而言，视频分析模块120与视频输入模块110和视频传送模块150相连接。视频分析模块120用于从视频输入模块110产生的视频帧序列中筛检出至少一种视觉信息，然后根据预定的分析规则对携带有该视觉信息的视频帧进行分析，生成视频分析结果。在此，视觉信息包括视频运动向量、图像亮度和色度、图像边缘特征、图像纹理特征，视频分析模块120可筛检出这些视觉信息中的一种或多种。视频编码模块130与视频输入模块110和视频传送模块150相连接。视频编码模块130用于对从视频输入模块110产生的视频帧序列根据预定编码格式进行压缩编码，生成视频编码数据。视频传送模块150连接至视频分析模块120、视频编码模块130和后台主机160。视频传送模块150用于接收来自视频分析模块120的视频分析结果，以及来自视频编码模块130的视频编码数据，并通过网络接口将所接收的视频分析结果和视频编码数据传送至后台主机160。
在一具体实施例，该嵌入式智能视频分析系统10还包括视频输出模块140。该视频输出模块140与视频分析模块120和视频输入模块110相连接。视频输出模块140用于在从视频输入模块110产生的视频帧序列中合成来自视频分析模块120的视频分析结果，并通过视频输出接口打包输出到视频显示设备进行实时显示。例如，该视频输出接口可以是SDI高速视频输出接口。
本领域的技术人员应当理解，视频分析模块120输出的分析结果既可以通过视频传送模块150的网络接口传送给监控系统的后台主机160，也可以再通过视频输出模块140输出到视频显示设备进行实时显示，但本发明并不只局限于此。例如，视频分析模块120的分析结果还可以保存在系统的存储资源中，诸如由集成电路芯片构成的嵌入式智能视频分析系统的片内存储器、片内寄存器或者透过接口扩展的片外存储器。
图2示出图1的嵌入式智能视频分析系统中的视频分析模块的一较佳实施例的结构示意图。
参照图2，在该示意性的实施例中，视频分析模块120包括可编程逻辑单元310和嵌入式处理单元320。其中，可编程逻辑单元310主要用于实现视频分析算法的逻辑部分，而嵌入式处理单元320则用于实现视频分析算法的软件部分。在图2中，可编程逻辑单元310包括图像处理部240，该图像处理部240用于对携带有视觉信息的视频帧进行并行处理，得到图像处理结果。例如，图像处理部240用于对视频帧进行颜色空间转换、视频格式转换、滤波、图像增强、边缘检测、背景建模和/或分割。嵌入式处理单元320包括分析统计部250，该分析统计部250用于对图像处理结果进行分析和统计，并输出视频分析结果。
在一具体实施例，可编程逻辑单元310包括视频输入接口210和视频输出接口220。其中，视频输入接口210与视频输入模块110相连接，用于接收视频输入模块110产生的视频帧序列。视频输出接口220与视频输出模块140相连接，用于将视频分析结果提供给视频输出模块140。
此外，在图2所示的实施例中，图像处理部240和片外存储器330共同构成视频分析模块120的存储架构，该片外存储器330可用来存储视频分析结果270。较佳地，该片外存储器330具有至少一视频帧缓存280。该视频帧缓存280用于图像处理部240对携带有视觉信息的视频帧实现帧间处理。该视频帧缓存280的数量可根据实际需求配置，如2帧缓存可以产生3帧延时。
图3示出图1的嵌入式智能视频分析系统中的视频分析模块的一较佳实施例的存储架构示意图。
参照图3，该视频分析模块120的图像处理部240还包括片内存储器410。该片内存储器410具有至少一视频行缓存(诸如视频行缓存0、视频行缓存1)。视频行缓存用于所述图像处理部对携带有视觉信息的视频帧实现行间处理。例如，视频行缓存的数量可根据实际需求配置，如2行缓存可以产生3行延时。此外，该视频分析模块120的图像处理部240还包括片内寄存器420。该片内寄存器420具有至少一视频像素缓存。该视频像素缓存用于图像处理部对携带有视觉信息的视频帧实现像素间处理。视频像素缓存的数量也可根据实际需求配置。此外，图像处理部240还可包括多个M×N窗口430。举例来说，2行缓存可以产生行延时为0、1、2的M＝3行视频数据，用于视频分析算法的行间处理；2个像素缓存可以得到延时分别为0、1、2的N＝3个像素，用于视频分析算法的像素间处理，如此一来，M行缓存和N个像素共同构成1个M×N窗口430从而用来进行视频分析算法的处理。
图4为实现图1的嵌入式智能视频分析系统的一具体实施例。在该实施例中，例如，GV7601为SDI视频输入接口芯片，GV7600为SDI视频输出接口芯片，XC7Z020为Xilinx公司的ZYNQ芯片，基于ZYNQ的嵌入式视频分析系统有可扩展的架构，能够根据不同的视频分析应用需求配置视频分析模块，输出视频和分析结果。Hi3516A为海思公司的视频编码芯片(即，视频编码模块)，用来实现压缩编码后的视频流和视频分析结果的网络传输。从图4可知，该系统对SDI输入的视频数据，执行实时的智能视频分析算法，然后将视频压缩编码流和视频分析结果通过千兆网络上传给远程的监控系统后台主机160。当然，也可将视频帧序列合并了视频分析结果后，再通过SDI接口输出给视频显示设备。
采用本发明的嵌入式智能视频分析系统，其设置于视频输入模块与后台主机之间，视频分析模块从视频输入模块产生的视频帧序列中筛检出至少一种视觉信息，根据预定的分析规则对携带有视觉信息的视频帧进行分析并生成视频分析结果，视频编码模块对视频帧序列根据预定的编码格式进行压缩编码，生成视频编码数据，视频传送模块接收视频分析结果和视频编码数据，并通过网络接口传送至后台主机。相比于现有技术，本发明充分利用视频分析模块中的可编程资源和嵌入式处理器资源，在监控系统前端实时进行高分辨率的视频分析，不仅极大减少了网络带宽，而且还大幅减轻了监控系统的后端主机的数据处理压力。此外，由于本发明的嵌入式智能视频分析系统部署在监控系统前端，可实时进行警情分析和视频存储。当报警发生时，还可实时上报警情和即时视频，进而提高了系统的应急响应性能。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种嵌入式智能视频分析系统，设置于视频输入模块与后台主机之间，其特征在于，所述嵌入式智能视频分析系统包括：
视频分析模块，用于从所述视频输入模块产生的视频帧序列中筛检出至少一种视觉信息，根据预定的分析规则对携带有所述视觉信息的视频帧进行分析，生成视频分析结果；
视频编码模块，用于对从所述视频输入模块产生的视频帧序列根据预定的编码格式进行压缩编码，生成视频编码数据；以及
视频传送模块，与所述视频分析模块和所述视频编码模块相连接，用于接收所述视频分析结果和所述视频编码数据，并通过网络接口将所接收的视频分析结果和所述视频编码数据传送至所述后台主机。
2.根据权利要求1所述的嵌入式智能视频分析系统，其特征在于，所述嵌入式智能视频分析系统还包括：
视频输出模块，与所述视频分析模块和所述视频输入模块相连接，用于在从所述视频输入模块产生的视频帧序列中合成所述视频分析结果，并通过视频输出接口输出到视频显示设备进行实时显示。
3.根据权利要求1所述的嵌入式智能视频分析系统，其特征在于，所述视频分析模块包括嵌入式处理单元和可编程逻辑单元，所述可编程逻辑单元包括图像处理部，用于对携带有所述视觉信息的视频帧进行并行处理，得到图像处理结果；所述嵌入式处理单元包括分析统计部，用于对所述图像处理结果进行分析和统计，并输出所述视频分析结果。
4.根据权利要求3所述的嵌入式智能视频分析系统，其特征在于，所述视频分析模块还包括片外存储器，具有至少一视频帧缓存，所述视频帧缓存用于所述图像处理部对携带有所述视觉信息的视频帧实现帧间处理。
5.根据权利要求3所述的嵌入式智能视频分析系统，其特征在于，所述视频分析模块还包括片内存储器，具有至少一视频行缓存，所述视频行缓存用于所述图像处理部对携带有所述视觉信息的视频帧实现行间处理。
6.根据权利要求3所述的嵌入式智能视频分析系统，其特征在于，所述视频分析模块还包括片内寄存器，具有至少一视频像素缓存，所述视频像素缓存用于所述图像处理部对携带有所述视觉信息的视频帧实现像素间处理。
7.根据权利要求3所述的嵌入式智能视频分析系统，其特征在于，所述图像处理部用于对所述视频帧进行颜色空间转换、视频格式转换、滤波、图像增强、边缘检测、背景建模和/或分割。
8.根据权利要求3所述的嵌入式智能视频分析系统，其特征在于，所述可编程逻辑单元包括视频输入接口和视频输出接口，所述视频输入接口与所述视频输入模块相连接，用于接收所述视频输入模块产生的视频帧序列；所述视频输出接口与视频输出模块相连接，用于将所述视频分析结果提供给所述视频输出模块。
9.根据权利要求1所述的嵌入式智能视频分析系统，其特征在于，所述视觉信息包括视频运动向量、图像亮度和色度、图像边缘特征、图像纹理特征。
10.根据权利要求1所述的嵌入式智能视频分析系统，其特征在于，所述视频输入模块的视频帧为高速SDI视频信号。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150603 |