CN105187793B - 一种智能网络摄像机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能网络摄像机，包括网络摄像机模块，所述网络摄像机模块包括图像传感器、摄像机单芯片、第一存储器和第一以太网接口，所述摄像机单芯片连接于所述图像传感器、所述第一存储器及所述第一以太网接口，所述智能网络摄像机还包括用于智能视频分析的智能处理模块及接口模块，所述智能处理模块通过所述第一以太网接口连接于所述摄像机单芯片，所述接口模块和所述摄像机单芯片相连接，且和所述智能处理模块相连接。所述智能网络摄像机设置智能处理模块作为增强的智能处理单元，可以显著提升智能视频分析所需要的运算性能，同时，所述智能网络摄像机结构简单清晰、可实施性强，对智能网络摄像机应用的提升和普及具有非常现实的意义。

Description

一种智能网络摄像机

技术领域

本发明涉及智能视频监控技术领域，尤其涉及一种智能网络摄像机。

背景技术

网络摄像机(IP Camera，简称IP-Cam、IPC，也叫Network Camera)是视频监控网络中前端摄像机的一种，是摄像机与计算机合二为一的系统。与计算机一样，网络摄像机有自己的IP地址，可以直接连接网络；网络摄像机具有web服务器、FTP(文件传输协议)等功能，并且包括许多其它IP网络和安全协议。

随着芯片和软件技术的成熟、价格的降低和网络环境的完善，网络摄像机在大多数情况下，从处理、传输和存储等几个方面来说，其系统构成的性价比都是很高的，目前已经成为视频监控网络中主流的前端摄像机。

普通网络摄像机的组成示意图如图1所示，由镜头(图未示)、图像传感器、核心部件——网络摄像机单芯片(IP Camera SoC，SoC即System-on-a-Chip)、存储器、以太网接口和输入/输出接口等构成。普通网络摄像机对视频图像的处理过程是：镜头生成的光学图像由图像传感器转换为电信号图像，输入到网络摄像机单芯片中，由图像处理子系统进行自动对焦/自动曝光/自动白平衡等控制，以及对图像进行去抖、降噪、矫正、增强和缩放等处理，然后由视频编码子系统对图像数据进行视频编码，生成的视频码流由以太网控制器通过以太网接口发送至后端。其中的CPU(一般是ARM架构的)主要负责运行操作系统和嵌入式软件。

普通网络摄像机可以形象地比拟为人的眼睛，它并不去理解视频图像所包含的内容，也称为非智能网络摄像机。

在视频监控网络的智能化、前端化的技术趋势推动下，智能网络摄像机(Intelligent IP Camera或Smart IP Camera)成为网络摄像机新的发展方向。智能网络摄像机运用智能视频分析(IVS，即Intelligent Video Surveillance)技术，在前端本地实现诸如车牌车型识别、行为分析、事件检测，以及人脸识别等智能功能。形象地讲，智能网络摄像机不止有眼睛，而且有大脑，它能够理解视频图像所包含的内容，进行实时的智能视频分析，或者为后端智能分析提供预处理。

现有的智能网络摄像机的组成示意图如图2所示，与图1所示普通网络摄像机相比，其核心部件——智能网络摄像机单芯片(Intelligent IP Camera SoC)中，增加了智能视频分析子系统，一般是基于数字信号处理器(DSP，即Digital Signal Processor)或智能分析加速引擎(IVS Engine，一般是硬件化的)构成。

智能视频分析子系统作为智能处理单元，运行智能视频分析算法，对图像数据进行智能分析或预处理，分析的结果或预处理后的数据，与视频码流一起由以太网控制器通过以太网接口发送至后端。其它各功能部分的作用与普通网络摄像机的相同。

可知，智能网络摄像机是指其具有智能视频分析功能，智能视频分析的核心是算法，算法依靠智能处理单元的运算来实现。智能视频分析的应用场景越复杂，算法复杂度也越高，加上实时性要求，因此对智能处理单元的运算性能要求也越高；可以预计，未来的应用场景会更复杂，算法复杂度会更高，对智能处理单元运算性能的要求只会更高。

另外，智能视频分析还要能够适应应用场景的多样化和个性化要求。对不同的应用场景，需要开发不同的算法来适应；对看似相近的应用场景，也需要调整算法以达到最好的效果，这就要求智能处理单元的软件开发和维护容易、使用灵活。

现有的智能网络摄像机中的智能处理单元，是智能网络摄像机单芯片中的智能视频分析子系统，一般基于数字信号处理器或智能分析加速引擎构成，存在着两个主要缺点：其一，运算性能不足以承载高复杂度的算法。比如，TI公司的DaVinci系列Digital MediaProcessor中的数字信号处理器，虽然能够满足车牌识别等智能算法的要求，但是在处理人脸识别等更复杂的应用时，其性能就显得不足了；海思公司的HD IP Camera SoC中的智能分析加速引擎，其性能目前只能支持到较为简单的越界/区域入侵侦测等智能算法。其二，基于数字信号处理器的软件开发难度大，面向多样化和个性化应用时，开发投入的成本高、时间长、效率低；而硬件化的智能分析加速引擎，在使用灵活性上更是受到制约。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术存在的上述问题，提供一种智能网络摄像机，以解决现有技术存在的不足和缺陷。

一种智能网络摄像机，包括网络摄像机模块，所述网络摄像机模块包括图像传感器、摄像机单芯片、第一存储器和第一以太网接口，所述摄像机单芯片连接于所述图像传感器、所述第一存储器及所述第一以太网接口，所述智能网络摄像机还包括用于智能视频分析的智能处理模块及接口模块，所述智能处理模块通过所述第一以太网接口连接于所述摄像机单芯片，所述接口模块和所述摄像机单芯片相连接，且和所述智能处理模块相连接。

其优势在于：本发明提供的一种智能网络摄像机在现有的网络摄像机技术方案(指核心部件及其嵌入式软件)的基础之上，设置智能处理模块作为增强的智能处理单元，可以显著提升智能视频分析所需要的运算性能，同时，所述智能网络摄像机结构简单清晰、可实施性强，对智能网络摄像机应用的提升和普及具有非常现实的意义。

本发明一较佳实施方式中，所述智能处理模块包括X86单芯片或多片芯封装芯片、第二存储器、第二以太网接口、第二以太网控制器、第三以太网控制器及第二输入/输出，所述X86单芯片或多片芯封装芯片通过所述第二以太网控制器及所述第二以太网接口连接至所述第一以太网接口。

可知，本发明提供的一种智能网络摄像机采用包括高性能、低功耗、小型化的X86单芯片或多片芯封装芯片的智能处理模块20，作为增强的智能处理单元，可以充分利用X86平台的通用性和开放性，为智能分析算法和软件的开发、编程、调试和维护，提供极大的方便，非常有利于产品的快速实施。

本发明一较佳实施方式中，所述接口模块包括第一输入/输出接口、第三以太网接口及第二输入/输出接口，所述第一输入/输出接口连接至所述摄像机单芯片，所述第三以太网接口连接至所述第三以太网控制器，所述第二输入/输出接口连接至所述第二输入/输出。

本发明一较佳实施方式中，所述的智能网络摄像机还包括网络集线器或网桥或网络交换机，所述智能处理模块包括X86单芯片或多片芯封装芯片、第二存储器、第二以太网接口、第二以太网控制器及第二输入/输出，所述X86单芯片或多片芯封装芯片通过所述第二以太网控制器及所述第二以太网接口连接至所述网络集线器或网桥或网络交换机，所述网络集线器或网桥或网络交换机连接至所述第一以太网接口。

本发明一较佳实施方式中，所述接口模块包括第一输入/输出接口、第三以太网接口及第二输入/输出接口，所述第一输入/输出接口连接至所述摄像机单芯片，所述第三以太网接口连接至所述网络集线器或网桥或网络交换机，所述第二输入/输出接口连接至所述第二输入/输出。

本发明一较佳实施方式中，所述摄像机单芯片为网络摄像机单芯片，所述网络摄像机单芯片包括通过内部互连总线实现连接的图像处理子系统、视频编码子系统、ARM CPU子系统、存储控制器、第一以太网控制器及第一输入/输出，所述图像处理子系统连接所述图像传感器，所述存储控制器连接所述第一存储器，所述第一以太网控制器连接所述第一以太网接口，所述第一输入/输出连接所述第一输入/输出接口。

本发明一较佳实施方式中，所述摄像机单芯片为智能网络摄像机单芯片，所述智能网络摄像机单芯片包括通过内部互连总线实现连接的图像处理子系统、视频编码子系统、ARM CPU子系统、存储控制器、第一以太网控制器、第一输入/输出及智能视频分析子系统，所述图像处理子系统连接所述图像传感器，所述存储控制器连接所述第一存储器，所述第一以太网控制器连接所述第一以太网接口，所述第一输入/输出连接所述第一输入/输出接口。

本发明一较佳实施方式中，所述智能网络摄像机还包括壳体，所述网络摄像机模块、所述智能处理模块及所述接口模块均设置于所述壳体内。

本发明一较佳实施方式中，所述智能网络摄像机还包括镜头，所述镜头安装于所述壳体内或所述壳体上。

附图说明

图1为现有技术中普通网络摄像机的组成示意图；

图2为现有技术中智能网络摄像机的组成示意图；

图3为本发明提供的智能网络摄像机的组成示意图；

图4为本发明第一实施例提供的智能网络摄像机的组成示意图；

图5为本发明第二实施例提供的智能网络摄像机的组成示意图；

图6为本发明第三实施例提供的智能网络摄像机的组成示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图3，本发明提供一种智能网络摄像机100，包括网络摄像机模块10、用于智能视频分析的智能处理模块20及接口模块30，所述网络摄像机模块10包括图像传感器11、第一存储器12、摄像机单芯片13和第一以太网接口14，所述摄像机单芯片13连接于所述图像传感器11、所述第一存储器12及所述第一以太网接口14；所述智能处理模块20通过所述第一以太网接口14连接于所述摄像机单芯片13；所述接口模块30和所述摄像机单芯片13相连接，且和所述智能处理模块20相连接。

请参阅图4，本发明第一实施例提供一种智能网络摄像机100，所述摄像机单芯片13为网络摄像机单芯片(如图1所示)，包括通过内部总线实现连接的图像处理子系统131、视频编码子系统132、ARM CPU子系统133、存储控制器134、第一以太网控制器135及第一输入/输出136，所述图像处理子系统131连接所述图像传感器11，所述存储控制器134连接所述第一存储器12，所述第一以太网控制器135连接所述第一以太网接口14，所述第一输入/输出136连接至所述接口模块30。

本实施例中，所述智能处理模块20包括X86单芯片或多片芯封装芯片21、第二存储器22、第二以太网接口23、第二以太网控制器24、第三以太网控制器25及第二输入/输出26，所述X86单芯片或多片芯封装芯片21通过所述第二以太网控制器24及所述第二以太网接口23连接至所述第一以太网接口14。

可以理解的是，多片芯封装芯片(MCP，即Multi-Chip-Packaging)即一个封装上有多个片芯的芯片。

本实施例中，所述接口模块30包括第一输入/输出接口31、第三以太网接口32及第二输入/输出接口33，所述第一输入/输出接口31连接至所述摄像机单芯片13，具体地，所述第一输入/输出接口31连接至所述第一输入/输出136，所述第三以太网接口32连接至所述第三以太网控制器25，所述第二输入/输出接口33连接至所述第二输入/输出26。

进一步地，所述智能网络摄像机100还包括壳体(图未示)，所述网络摄像机模块10、所述智能处理模块20及所述接口模块30均设置于所述壳体内。可以理解的是，所述智能网络摄像机100还包括镜头(图未示)，所述镜头安装于所述壳体内或所述壳体上，且和所述图像传感器11位于同一光轴上。

所述智能网络摄像机100的工作状态包括：第一种情况，不需要所述智能处理模块20的X86单芯片或多片芯封装芯片21进行智能视频分析，此时，所述智能处理模块20的作用等同于一个软件实现的网桥或虚拟的网络交换机，第二以太网接口23和第三以太网接口32相当于网桥或网络交换机的两个端口。可以理解的是，此时本发明的所述智能网络摄像机100的功能即是网络摄像机部分10的功能，亦即与图1所示普通网络摄像机或图2所示智能网络摄像机的功能是等同的。第二种情况，需要所述智能处理模块20的X86单芯片或多片芯封装芯片21进行智能视频分析，此时，所述智能处理模块20从第二以太网接口23获取来自网络摄像机模块10的视频码流，解码后得到图像数据，利用X86平台的高运算性能，运行相应的智能视频分析算法，对图像数据进行智能分析或预处理，分析的结果或预处理后的数据，与视频码流一起由第三以太网控制器25通过第三以太网接口32发送至后端。比如，运行的智能视频分析算法是人脸识别算法，可分为人脸侦测和抓取、人脸图像预处理、人脸图像特征提取以及比对识别等几个步骤。其中人脸侦测和抓取，是利用脸部的特征从视频图像中快速定位人脸的位置并抓取人脸图像；人脸图像预处理主要是去除光线及环境因素等对人脸图像的影响；人脸图像特征提取是从人脸图像中提取出一些可辨别身份的属性(如人脸器官的形状描述以及它们之间的距离等)，并形成一个数字代码；比对识别则是将当前提取的人脸图像特征数据与数据库中存储的特征模板进行搜索匹配，确定相似性的过程。

请参阅图5，本发明第二实施例提供一种智能网络摄像机200，所述摄像机单芯片13为智能网络摄像机单芯片(如图2所示)，其与本发明第一实施例的区别在于：还包括智能视频分析子系统137。所述智能视频分析子系统137，可以是不使能的，此时智能网络摄像机200与本发明第一实施例描述的工作状态相同；它也可以是使能的，对图像数据进行预处理(如人脸侦测和抓取、人脸图像预处理)，此时所述智能处理模块20的X86单芯片或多片芯封装芯片21，能够对预处理后的图像数据进行增强的智能分析(如人脸图像特征提取和比对识别)。

本实施例中，所述摄像机单芯片13的其他组成部件及功能与本发明第一实施例所述相同，此处不再赘述。

请参阅图6，本发明第三实施例提供一种智能网络摄像机300，其与本发明第二实施例提供的智能网络摄像机200的区别在于：利用网络集线器或网桥或网络交换机40代替所述智能处理模块20中的第三以太网控制器25，同时所述X86单芯片或多片芯封装芯片21通过所述第二以太网控制器24及所述第二以太网接口23连接至所述网络集线器或网桥或网络交换机40，所述网络集线器或网桥或网络交换机40连接至所述第一以太网接口14及所述第三以太网接口32。采用所述网络集线器或网桥或网络交换机40的好处在于：所述X86单芯片或多片芯封装芯片21，不必承担所述第二以太网控制器24与所述第三以太网控制器25之间的端口数据转发，能够将更多的运算性能用于智能视频分析。

本实施例中，所述智能网络摄像机300的其他组成部件及功能与本发明第二实施例所述相同，此处不再赘述。

可以理解的是，本发明第一实施例中，也可以利用网络集线器或网桥或网络交换机40代替所述智能处理模块20中的第三以太网控制器25，同时所述X86单芯片或多片芯封装芯片21通过所述第二以太网控制器24及所述第二以太网接口23连接至所述集线器或网桥或交换机40，所述集线器或网桥或交换机40连接至所述第一以太网接口14及所述第三以太网接口32。显然，此时与第三实施例提供的智能网络摄像机300的区别仅在于摄像机单芯片13是否具有智能视频分析子系统137。

相较于现有技术，本发明在现有的网络摄像机技术方案(指核心部件及其嵌入式软件)的基础之上，采用包括高性能、低功耗、小型化的X86单芯片或多片芯封装芯片的智能处理模块20，作为增强的智能处理单元，构造一种新型结构的智能网络摄像机100，一方面可以显著提升智能视频分析所需要的运算性能，另一方面，这种新型结构的智能网络摄像机100所带来的X86平台的通用性和开放性，为智能分析算法和软件的开发、编程、调试和维护，提供了极大的方便，非常有利于产品的快速实施。此外，本发明的智能网络摄像机100结构简单清晰、可实施性强，对智能网络摄像机应用的提升和普及具有非常现实的意义。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种智能网络摄像机，包括网络摄像机模块，所述网络摄像机模块包括图像传感器、摄像机单芯片、第一存储器和第一以太网接口，所述摄像机单芯片连接于所述图像传感器、所述第一存储器及所述第一以太网接口，其特征在于，所述智能网络摄像机还包括用于智能视频分析的智能处理模块及接口模块，所述智能处理模块通过所述第一以太网接口连接于所述摄像机单芯片，所述接口模块和所述摄像机单芯片相连接，且和所述智能处理模块相连接，所述智能处理模块包括X86单芯片或多片芯封装芯片、第二存储器、第二以太网接口、第二以太网控制器、第三以太网控制器及第二输入/输出，所述X86单芯片或多片芯封装芯片通过所述第二以太网控制器及所述第二以太网接口连接至所述第一以太网接口；所述摄像机单芯片包括通过内部互联总线实现连接的图像处理子系统、视频编码子系统、ARMCPU子系统、存储控制器、第一以太网控制器及第一输入/输出，所述图像处理子系统连接所述图像传感器，所述存储控制器连接所述第一存储器，所述第一以太网控制器连接所述第一以太网接口，所述第一输入/输出连接所述第一输入/输出接口。

2.如权利要求1所述的智能网络摄像机，其特征在于，所述接口模块包括第一输入/输出接口、第三以太网接口及第二输入/输出接口，所述第一输入/输出接口连接至所述摄像机单芯片，所述第三以太网接口连接至所述第三以太网控制器，所述第二输入/输出接口连接至所述第二输入/输出。

3.如权利要求1所述的智能网络摄像机，其特征在于，所述的智能网络摄像机还包括网络集线器或网桥或网络交换机，所述智能处理模块包括X86单芯片或多片芯封装芯片、第二存储器、第二以太网接口、第二以太网控制器及第二输入/输出，所述X86单芯片或多片芯封装芯片通过所述第二以太网控制器及所述第二以太网接口连接至所述网络集线器或网桥或网络交换机，所述网络集线器或网桥或网络交换机连接至所述第一以太网接口。

4.如权利要求3所述的智能网络摄像机，其特征在于，所述接口模块包括第一输入/输出接口、第三以太网接口及第二输入/输出接口，所述第一输入/输出接口连接至所述摄像机单芯片，所述第三以太网接口连接至所述网络集线器或网桥或网络交换机，所述第二输入/输出接口连接至所述第二输入/输出。

5.如权利要求1所述的智能网络摄像机，其特征在于，所述摄像机单芯片还包括智能视频子分析系统。

6.如权利要求1～5任一项所述的智能网络摄像机，其特征在于，所述智能网络摄像机还包括壳体，所述网络摄像机模块、所述智能处理模块及所述接口模块均设置于所述壳体内。

7.如权利要求6所述的智能网络摄像机，其特征在于，所述智能网络摄像机还包括镜头，所述镜头安装于所述壳体内或所述壳体上。