CN105472336B - 一种低功耗图像压缩模块 - Google Patents

Abstract

为了降低监控点的压缩待传输到监控端的图像或视频信息所消耗的电力，进而减少监控端的服务器压力，本发明提供了一种低功耗图像压缩模块，包括监控点的监控设备以及监控端服务器，其中，监控设备包括：图像采集单元、图像预处理单元、图像压缩信息记录单元和通信单元；监控端服务器包括图像压缩存储单元。本发明能够通过监控设备智能地判断当前待监控区域的图像是否发生了超过预期的变化，且仅在发生时传输相应变化的图像区域，此外，还利用晶体管设计而成的图像处理电路简略地进行不同时刻图像的处理，而不需要采用耗电较高的CPU专门处理，从而大大减少了待传输、处理和存储的图像信息量，在根本上降低了图像压缩处理需要面对的数据量。

Description

一种低功耗图像压缩模块

技术领域

本发明涉及图像信息处理技术领域，更具体地，涉及一种低功耗图像压缩模块。

背景技术

随着计算机和网络技术的不断发展，视频监控系统正从模拟时代向数字化、网络化和智能化方向过渡。网络化的视频采集、传输和处理对于安防监控(例如楼宇监控)尤其是不可或缺的。

现代化的楼宇监控点分布具有分散性且个数越来越多，各个监控点的视频采集设备都向中心监控室传输图像信号或视频信号。虽然现有技术中的图像压缩算法已经非常完备，但其本身一般都比较复杂，大量图像的压缩需要耗费较多的机器运行时，而且给监控端的服务器带来了较大的工作负荷。、

现有技术中，申请号为CN02216295.X的中国实用新型专利公开了一种网络型嵌入式实时编码器，设有前后依次相连的图像语音采集压缩模块1和编码数据流传输及控制模块2，其中图像语音采集压缩模块1包括并列的图像采集芯片11、语音采集芯片12，所述的图像语音采集压缩模块1还设有一可直接与图像采集芯片11及语音采集芯片12相连的压缩编码芯片13。然而，虽然其能够提高压缩处理的实时性并适用于远程图像传输系统，但其采用的嵌入式芯片无疑增加了系统成本。

发明内容

为了降低监控点的压缩待传输到监控端的图像或视频信息所消耗的电力，进而减少监控端的服务器压力，本发明提供了一种低功耗图像压缩模块，包括监控点的监控设备以及监控端服务器，其中，

在监控点的监控设备内，包括：

图像采集单元，其采集监控图像；

图像预处理单元，其对所述图像采集单元采集的图像信息进行预处理；

图像压缩信息记录单元，其基于所述图像预处理单元的输出记录监控端服务器所需的压缩辅助信息；

通信单元，其用于根据所述压缩辅助信息传输所述压缩辅助信息和/或未经压缩的图像信息；

监控端服务器包括：

图像压缩存储单元，用于存储压缩辅助信息，从而实现对来自监控设备的图像的压缩。

进一步地，所述图像采集单元包括：

图像光学采集单元，用于获得图像的光学信号；

声音采集单元，用于采集声音信息。

进一步地，所述图像预处理单元包括：

光电转换单元，用于根据不同时刻的光学信号获得与其对应的、表示图像信息的电气信号；

判断单元，所述光电转换单元输出的电气信号确定当前的光学信号是否需要输出到图像传输单元；

图像传输单元，用于根据所述判断单元的输出将所述图像采集单元采集的图像对应的电气信号传输到监控端的图像压缩单元。

进一步地，所述图像采集单元采用光学透镜组件。

进一步地，所述光电转换单元包括由多个光电感应单元构成的阵列，其中每个光电感应单元对应于一个图像区域。

进一步地，所述光电感应单元包括：NMOS晶体管T1-T9和电容C，其中T1的栅极连接时钟信号CLK1，源极连接前一时刻图像的电气信号IMG1，漏极连接T4的源极，T4的漏极连接T5的源极，T5的漏极连接T6的源极，T6的漏极连接T8的源极，T8的漏极连接T9的源极，T9的漏极连接输出端Sout，T3的栅极连接时钟信号CLK2，T3的源极连接当前时刻图像的电气信号IMG2，T3的漏极连接T2的漏极、电容C的一端以及T8的源极，T2的栅极连接CLK2，T4的栅极连接CLK1以及T7的源极和T7和T8的栅极，T7的漏极接地，T5的栅极连接电容C的另一端，T2的源极连接电源VDD，T9的栅极连接电源VDD。

进一步地，所述图像预处理单元包括滤波降噪单元。

进一步地，所述滤波降噪单元采用高斯滤波器。

进一步地，所述压缩辅助信息包括：

帧标识信息，其表示连续多个帧中的前一帧图像的时间戳和监控设备的编号；

图像区域位置信息，其表示所述图像区域在所述帧标识信息标识的图像中的位置信息。

本发明的有益效果是：

(1)能够通过监控设备智能地判断当前待监控区域的图像是否发生了超过预期的变化，且仅在发生时传输相应变化的图像区域，从而大大减少了待传输、处理和存储的图像信息量，在根本上降低了图像压缩处理需要面对的数据量；

(2)能够利用晶体管设计而成的图像处理电路简略地进行不同时刻图像的处理，而不需要采用耗电较高的CPU专门处理，也无需为此给监控点的图像采集设备增加额外的负担，从根本上降低了图像压缩所需要的电力消耗；

(3)图像压缩时仅需要对变化的图像区域进行压缩，从而极大地减少了图像压缩对监控端服务器及其数据库的工作负荷，降低了服务器功耗。

附图说明

图1示出了根据本发明的低功耗图像压缩模块的组成框图。

图2示出了根据本发明的光电感应单元的电路图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的低功耗图像压缩模块包括：监控点的监控设备以及监控端服务器，其中，所述监控设备可以为多个，且通常分散地或者分布式地设置于安防监控区域的不同位置，所述监控设备与所述监控端服务器之间通过有线或者无线数据通信方式连接。

具体来讲，在监控点的监控设备内，包括：

图像采集单元，其采集监控图像，该监控图像以帧的形式被采集。根据本发明的一些实施例，图像采集单元采集到的监控图像可以是光学信号。根据本发明的另一些实施例，图像采集单元采集的监控图像是被数字化的电子图像数据。

其中，图像采集单元包括：

图像光学采集单元，用于获得图像的光学信号。根据本发明的实施例，所述图像采集单元采用光学透镜组，例如多个被粘接在一起的凸透镜。

声音采集单元，用于采集声音信息。该单元可以采用录音笔、麦克风等音频输入设备。

根据本发明的优选实施例，所述预处理单元包括：光电转换单元和判断单元和图像传输单元。其中：

所述光电转换单元用于根据不同时刻的光学信号获得与其对应的、表示图像信息的电气信号。根据本发明的优选实施例，所述光电转换单元包括由多个光电感应单元构成的阵列，其中每个光电感应单元对应于一个图像区域。根据本发明的一个实施例，该图像区域对应于一个像素或多个像素的集合。

如图2所示，所述光电感应单元包括：NMOS晶体管T1-T9和电容C，其中T1的栅极连接时钟信号CLK1，源极连接前一时刻图像的电气信号IMG1，漏极连接T4的源极，T4的漏极连接T5的源极，T5的漏极连接T6的源极，T6的漏极连接T8的源极，T8的漏极连接T9的源极，T9的漏极连接输出端Sout，T3的栅极连接时钟信号CLK2，T3的源极连接当前时刻图像的电气信号IMG2，T3的漏极连接T2的漏极、电容C的一端以及T8的源极，T2的栅极连接CLK2，T4的栅极连接CLK1以及T7的源极和T7和T8的栅极，T7的漏极接地，T5的栅极连接电容C的另一端，T2的源极连接电源VDD，T9的栅极连接电源VDD。根据本发明的一些实施例，为了节省电力开销，所述判断单元采用MCU，而不采用DSP或者更复杂、通常耗电更高的处理器。

在该电路中，光电感应单元根据时钟信号CLK1和CLK2的控制，进行将前一时刻的光学信号对应的电气信号IMG1取反，与IMG2叠加。这些IMG1和IMG2信号表示此光电感应单元对应的像素点在不同时刻的灰度对应的电压信号，该像素对应的光电感应单元的输出值表示此像素点对应的输出信号Sout在灰度值上的改变。

所述判断单元所述光电转换单元输出的电气信号确定当前的光学信号是否需要输出到图像传输单元。该判断单元采用MCU或DSP等信号处理器件。当电气信号的上述灰度值超过预设阈值时，判断单元将当前图像采集单元采集的光学图像对应的电气信号输出给图像传输单元。

图像传输单元，用于根据所述判断单元的输出将所述图像采集单元采集的图像对应的电气信号传输到监控端的图像压缩单元。当判断单元确定此时的此像素值的灰度值改变超过预设阈值时，则表明此时的该像素点的图像发生了较大改变，则该信号将进行进一步处理和上传到监控端，从而减少了上传和进行后续处理的像素的数量，减少了操作步骤，节省了电力消耗。

本发明中的图像压缩信息记录单元包括存储器(例如EEPROM或者FLASH实现)，其基于所述图像预处理单元的输出记录监控端服务器所需的压缩辅助信息。根据本发明的优选实施例，所述压缩辅助信息包括：帧标识信息和图像区域位置信息。该图像压缩信息记录单元仅当图像预处理单元接收到上述图像区域的灰度超过预设阈值时才对上述辅助信息进行记录并通过通信单元传输到监控端服务器。其中：

帧标识信息表示连续多个帧中的前一帧图像的时间戳和监控设备的编号；若当前图像帧为第一帧，则此帧标识信息表示该第一帧的序号，例如为十六进制的“0000H”。

图像区域位置信息表示所述图像区域在所述帧标识信息标识的图像中的位置信息。该图像区域位置信息表示根据图像预处理单元的输出需要向监控端服务器传输的图像中，灰度变化超过预设阈值的图像区域相对于前一帧的图像中的位置，该位置优选地通过该区域的左上坐标和右下坐标表示。由于监控设备对待监控区域的监控方位不发生变化，因此当前的帧图像与前一帧图像的背景不应发生改变。虽然图像区域位置信息表示当前帧的图像区域相对于前一帧的位置，但实际上这也表示了其相对于当前帧的位置。其向监控端服务器发送时，服务器根据此时发生改变的图像区域即可更新前一帧图像的相应区域，从而获得当前帧的图像。

本发明监控设备中的通信单元用于根据所述压缩辅助信息传输所述压缩辅助信息和/或未经压缩的图像信息。其可以采用有线或无线的方式与监控端服务器进行数据通信。

作为本发明的监控端服务器，其中包括：

图像接收单元，用于与监控设备的通信单元相适配，接收监控设备传输来的图像。

图像处理单元，用于对图像接收单元接收的数据进行处理、显示、压缩和/或存储。

图像压缩存储单元，用于存储压缩辅助信息，从而实现对来自监控设备的图像的压缩。除第一帧以外，该图像压缩存储单元仅存储监控设备发送来的关于图像灰度变化超过预设阈值的图像区域的图像信息(优选地，该区域的像素信息以及与之关联的压缩辅助信息)。因此，存储的数据量被大大降低，图像处理单元对图像数据的接收、处理、压缩等操作均大大减少，相比现有的技术方案降低了图像压缩的功耗。

根据本发明的一些实施例，图像预处理单元还包括滤波降噪单元，例如，采用高斯滤波器。此滤波降噪单元仅在所述判断单元确定将光学图像对应的电气信号输出给图像传输单元时，对待传输的电气信号进行滤波降噪处理。

应当注意的是，本发明上述“图像对应的电气信号”通常是指来自图像采集单元的光学信号经过光电转换单元转换而成的电气信号，例如图像帧。

以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例是为解说本发明的原理以及让所属领域的技术人员以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由权利要求及其均等来决定。

Claims (5)

1.一种低功耗图像压缩模块，包括监控点的监控设备以及监控端服务器，

在监控点的监控设备内，包括：

图像采集单元，其采集监控图像；

图像预处理单元，其对所述图像采集单元采集的图像信息进行预处理；

图像压缩信息记录单元，其基于所述图像预处理单元的输出记录监控端服务器所需的压缩辅助信息；

通信单元，其用于根据所述压缩辅助信息传输所述压缩辅助信息和/或未经压缩的图像信息；

监控端服务器包括：

图像压缩存储单元，用于存储压缩辅助信息，从而实现对来自监控设备的图像的压缩；

所述图像预处理单元包括：

光电转换单元，用于根据不同时刻的光学信号获得与其对应的、表示图像信息的电气信号；

判断单元，所述光电转换单元输出的电气信号确定当前的光学信号是否需要输出到图像传输单元；

图像传输单元，用于根据所述判断单元的输出将所述图像采集单元采集的图像对应的电气信号传输到监控端的图像压缩单元；

所述光电转换单元包括由多个光电感应单元构成的阵列，其中每个光电感应单元对应于一个图像区域；

其特征在于，所述光电感应单元包括：NMOS晶体管T1-T9和电容C，其中T1的栅极连接时钟信号CLK1，源极连接前一时刻图像的电气信号IMG1，漏极连接T4的源极，T4的漏极连接T5的源极，T5的漏极连接T6的源极，T6的漏极连接T8的源极，T8的漏极连接T9的源极，T9的漏极连接输出端Sout，T3的栅极连接时钟信号CLK2，T3的源极连接当前时刻图像的电气信号IMG2，T3的漏极连接T2的漏极、电容C的一端以及T8的源极，T2的栅极连接CLK2，T4的栅极连接CLK1以及T7的源极和T7和T8的栅极，T7的漏极接地，T5的栅极连接电容C的另一端，T2的源极连接电源VDD，T9的栅极连接电源VDD；

其中，所示光电感应单元根据时钟信号CLK1和CLK2的控制，进行将前一时刻的光学信号对应的电气信号IMG1取反，与IMG2叠加，这些IMG1和IMG2信号表示此光电感应单元对应的像素点在不同时刻的灰度对应的电压信号，该像素对应的光电感应单元的输出值表示此像素点对应的输出信号在灰度值上的改变，所述判断单元根据所述光电转换单元输出的电气信号确定当前的光学信号是否需要输出到图像传输单元；当电气信号的上述灰度值超过预设阈值时，判断单元将当前图像采集单元采集的光学图像对应的电气信号输出给图像传输单元，同时压缩辅助信息被记录，并且所述压缩辅助信息包括：

帧标识信息，其表示连续多个帧中的前一帧图像的时间戳和监控设备的编号；

图像区域位置信息，其表示所述图像区域在所述帧标识信息标识的图像中的位置信息。

2.根据权利要求1所述的图像压缩模块，其特征在于，所述图像采集单元包括：

图像光学采集单元，用于获得图像的光学信号；

声音采集单元，用于采集声音信息。

3.根据权利要求1所述的图像压缩模块，其特征在于，所述图像采集单元采用光学透镜组件。

4.根据权利要求1所述的图像压缩模块，其特征在于，所述图像预处理单元包括滤波降噪单元。

5.根据权利要求4所述的图像压缩模块，其特征在于，所述滤波降噪单元采用高斯滤波器。