CN106170022A - 一种分布式多媒体传感器控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分布式多媒体传感器控制系统，本发明使得单个控制单元的负担降低，使得单个控制单元可以进行更好的工作，对所控制的传感器进行更好的调整。多个控制单元可以通过协商进行传感器分配，可以将以前一个控制单元所需要进行处理的任务平分到多个控制单元上进行处理，从而可以降低单个控制单元的负担；传感器有更多的选择，变得更加灵活，从而能够使传感器做出提高传感器的工作效率的选择。因为系统中存在多个控制单元，因此控制单元带给了传感器多个选择，传感器可以根据实际情况选择一个合适的控制单元。
Description
技术领域
本发明涉及一种一种分布式多媒体传感器控制系统。
背景技术
多媒体传感器系统广泛应用在环境监控，工业控制，医疗保健，安全防盗等领域。典型的多媒体传感器摄像头通过镜头采集图像后，由摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转换成数字信号，进行下一步的数据传输。多媒体传感器与其他传感器相比，它所收集的所处环境的多媒体信息，如音频，视频，图像等具有数据量大，连续传输，占用带宽高等特点。
如图1所示，现有的多媒体传感器的控制主要采用集中控制，即单一控制器控制所有多媒体传感器的采集，通信，处理等过程。
在发明CN1407758中公开了一种数字视频系统的远程集中式控制方法，用于数字视频系统的远程集中式管理。其对数字视频系统中的适配器接口进行改造，在原有的适配器远程接口上模拟出一个网管IP用的广域网接口，在这个新增的广域网接口和原有的以太网接口之间增加网管IP数据转发功能，把网管IP数据转换成和业务数据相同的传输流分组TSP，与业务数据共享通道传输。
在发明CN202818485中公开了一种视频图像集中控制器，以解决现有中小型固定式和方舱式指挥所现有视频图像集中控制方式存在的问题，以满足中小型军民指挥系统中和方舱式指挥所图像监控系统的对视频信号从图像采集、解码输出、输入-输出切换至显示输出的集中式控制需求。
集中控制方法受限制于多媒体传感器的数量，当多媒体传感器达到一定规模时，由于传输信息的特点，网络会发生拥塞，同时集中式控制器的故障也会影响整个系统的工作。同时集中式控制需要强大的服务器和昂贵的存储资源，也安全性稍低。
虚拟化方法可以重新划分资源，实现资源的动态分配，灵活调度，跨域共享，提高资源利用率，灵活响应不同应用的请求，多媒体传感器网络中可以将某一区域中的多个同类或异类的传感器资源虚拟化为一个传感器，实现宽度或是功能的扩展。但集中式控制下的多媒体传感网络实现虚拟化需要占用紧缺的CPU等资源，灵活性也不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式多媒体传感器控制系统，能够解决多媒体传感器控制中存在的控制程序负担大，控制效率不高，传感器的传输效率低等问题。
为解决上述问题，本发明提供一种分布式多媒体传感器控制系统，包括：
多个多媒体传感器，
多个多媒体设备控制单元，每个多媒体设备控制单元分别与一个或多个多媒体传感器连接，多媒体设备控制单元用于对多媒体传感器进行发现和控制，并对数据进行处理和传输的部分，所述多媒体传感器是提供数据的部件，多媒体传感器受与其连接的多媒体设备控制单元的指令的控制。
进一步的，在上述系统中，所述多媒体设备控制单元还与其它的多媒体设备控制单元连接。
进一步的，在上述系统中，多媒体设备控制单元包括：
多媒体设备管理模块，用于对网络中存在的多媒体传感器进行发现与其连接，并进行管理和控制，同时与其它多媒体设备控制单元进行通信；
多媒体数据处理模块，用于对多媒体传感器上传的数据进行与处理；
第一网络通信模块，用于对网络的通信进行管理并提供服务；
上层接口模块，用于针对上层不同要求的平台提供服务接口，在完成本系统内部工作之后向外部提供服务时，通过对要接入的不同系统所使用的协议提供不同的服务接口。
进一步的，在上述系统中，所述上层接口模块对来自外界系统的指令进行翻译，将外界系统的指令转换成本系统的指令并加以传输。
进一步的，在上述系统中，所述上层接口模块，还用于将其所属的多媒体设备控制单元模拟成一个或多个多媒体传感器，将自己所控制的多媒体传感器对其他控制单元进行隐藏。
进一步的，在上述系统中，所述多媒体设备管理模块，还用于当其所属的多媒体设备控制单元加入到系统中时，向所有其他的多媒体设备控制单元发出信息表示自己的加入，并向其他的多媒体设备控制单元发出信息表示自己的存在。
进一步的，在上述系统中，所述多媒体传感器提供三种类型的数据：视频、音频和图片
进一步的，在上述系统中，所述多媒体传感器包括：
数据收集模块，用于从外界收集数据；
处理模块，用于对收集到的信息进行预处理；
第二网路通信模块，用于对网络的通信进行管理并提供服务。
进一步的，在上述系统中，所述第一网络通信模块或第二网络通信模块存在以太网和IEEE 802.11bgn两种模式。
进一步的，在上述系统中，所述多媒体传感器，用于在网络中发送信息表示自己的存在，以告知其他多媒体设备控制单元自己目前没有受控，当收到多媒体设备控制单元反馈的可以进行连接的信息之后，试图与所述发出反馈的多媒体设备控制单元进行连接，一旦连接建立，多媒体传感器将停止在网络中发送表示自己存在的信息，并开始接受与其连接的多媒体设备控制单元的控制。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
单个控制单元的负担降低，使得单个控制单元可以进行更好的工作，对所控制的传感器进行更好的调整。多个控制单元可以通过协商进行传感器分配，可以将以前一个控制单元所需要进行处理的任务平分到多个控制单元上进行处理，从而可以降低单个控制单元的负担；
传感器有更多的选择，变得更加灵活，从而能够使传感器做出提高传感器的工作效率的选择。因为系统中存在多个控制单元，因此控制单元带给了传感器多个选择，传感器可以根据实际情况选择一个合适的控制单元；
控制单元可以使系统可以进行快速的扩展而不引起对现有系统结构的修改。控制单元可以通过将自己伪装成一个多媒体传感器加入到系统中去，从而将自己内部的结构成与外界进行分离，在不引起对现有系统结构进行大幅修改的情况下对系统进行快速的扩充，同时，由于控制单元加入和离开系统并不需要复杂的统一认证，因此新的控制单元加入系统并不是非常复杂，从而可以使控制单元快速加入系统，完成系统的扩充；
多个控制单元能够使得系统中关系经常进行更新。控制单元周期性的相互传输控制单元的信息和数据，从而是控制单元能够及时地调整自己，从而使得系统的各部分之间的关系经常进行更新；
控制单元可以控制对外交流的协议，从而可以使系统可以比较快的融入其他系统。
附图说明
图1是传统系统结构图；
图2是本发明一实施例的一种分布式多媒体传感器控制系统的多控制单元结构图；
图3是本发明一实施例的一种分布式多媒体传感器控制系统的多控制单元进行级联扩展图；
图4是本发明一实施例的传感器接收信息流程图；
图5是本发明一实施例的控制单元处理信息流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，本发明提供一种分布式多媒体传感器控制系统，包括：
多个多媒体传感器，
多个多媒体设备控制单元，每个多媒体设备控制单元分别与一个或多个多媒体传感器连接，多媒体设备控制单元用于对多媒体传感器进行发现和控制，并对数据进行处理和传输的部分，所述多媒体传感器是提供数据的部件，多媒体传感器受与其连接的多媒体设备控制单元的指令的控制，因此它的正常工作必须要在多媒体设备控制单元的协助下完成。具体的，本系统由多媒体设备控制单元和多媒体传感器两个大的部分组成。其中，多媒体设备控制单元可以独立运行工作，而多媒体传感器在没有多媒体设备控制单元的条件下无法进行数据传输等复杂的工作。本系统在之前系统的基础上，在一个系统中将一个控制单元换成了多个控制单元进行分布式控制以达到效果，解决多媒体传感器控制中存在的控制程序负担大，控制效率不高，传感器的传输效率低等问题。
优选的，如图3所示，所述多媒体设备控制单元还与其它的多媒体设备控制单元连接，从而多个控制单元可以通过协商进行传感器分配，可以将以前一个控制单元所需要进行处理的任务平分到多个控制单元上进行处理，从而可以降低单个控制单元的负担，或者实现级联扩展。
优选的，多媒体设备控制单元包括：
多媒体设备管理模块，用于对网络中存在的多媒体传感器进行发现与其连接，并进行管理和控制，同时与其它多媒体设备控制单元进行通信，具体的，这个模块需要发现网络中运行同一套通信协议的多媒体传感器，并根据自身运行状况(内存占用情况、CPU占用率、已管理设备数、网络带宽、预设定设备组、周围所有控制单元状态)决定是否对某个多媒体传感器进行管理，同时，它也会与其他的运行同一套通信协议的控制单元进行通信，为了达到目的，模块会定时与已经发现的其他控制单元进行通信来共享自己的状态信息，该模块可以对已管理设备发送命令进行控制，这些命令都是通过本系统内的网络通信协议进行传输，多媒体设备控制单元根据所掌握的信息来确定向其他设备发送的命令；
多媒体数据处理模块，用于对多媒体传感器上传的数据进行与处理，其中，如何对数据进行处理取决于用户的需要，用户自己需要确定对哪些数据进行何种处理，同时做出何种的响应；
第一网络通信模块，用于对网络的通信进行管理并提供服务，可选的，本系统中所述第一网络通信模块存在以太网和IEEE 802.11bgn两种模式，该模块会根据自身的网络环境选择合适的网络通信方式；
上层接口模块，用于针对上层不同要求的平台提供服务接口，在完成本系统内部工作之后向外部提供服务时，通过对要接入的不同系统所使用的协议提供不同的服务接口，从而使该系统在不进行大规模修改的情况下直接连入其他系统，或者在同一时刻接入多个系统，优选的，所述上层接口模块不仅仅提供向上服务，同时也会对来自外界系统的指令进行翻译，将外界系统的指令转换成本系统能够理解的指令并加以传输。
优选的，所述上层接口模块，还用于将其所属的多媒体设备控制单元模拟成一个或多个多媒体传感器，将自己所控制的多媒体传感器对其他控制单元进行隐藏，从而将自己和自己控制的多媒体传感器伪装成一个或者多个多媒体传感器，从而达到扩展系统的目的。在这种情况下该控制单元和它所控制的传感器应被视为一个或多个特殊的多媒体传感器。它能够执行所有其他多媒体传感器能够执行的功能。
多媒体设备控制单元可以自己独立正常工作，它的正常运行不依赖其他传感器或者控制单元的存在。在系统中，所有多媒体设备控制单元都是对等的，它们通过交换信息获取整个系统的运行状态从而对自己的行为做出调整。优选的，所述多媒体设备管理模块，还用于当其所属的多媒体设备控制单元加入到系统中时，向所有其他的多媒体设备控制单元发出信息表示自己的加入，并向其他的多媒体设备控制单元发出信息表示自己的存在，如果一个多媒体设备控制单元长时间没有发出自己存在的信息，那么其他的多媒体设备控制单元将认为此多媒体设备控制单元已退出系统。因此，系统中多媒体设备控制单元的加入和退出是自由的、动态的，无需进行复杂的统一确认。每个控制单元均维护各自的信息和数据。
可选的，在本系统中，所述多媒体传感器提供三种类型的数据：视频、音频和图片。
优选的，所述多媒体传感器包括：
数据收集模块，用于从外界收集数据，多媒体传感器的数据源不唯一，他可以从外界自然环境中获取数据，也可以与互联网相连，获取所需要的多媒体数据；
处理模块，用于对收集到的信息进行预处理，例如对视频中的移动物体进行标记，对食品中的阴影进行去除等功能，由于传感器的计算能力可能会受到限制，因此预处理工作的工作量通常不大；
第二网路通信模块，用于对网络的通信进行管理并提供服务，可选的，本系统中多媒体传感器的第二网络通信模块存在以太网和IEEE 802.11bgn两种模式，该模块会根据自身的网络环境选择合适的网络通信方式；
如图4和5所示，多媒体传感器虽然可以在没有多媒体设备控制单元的情况下进行工作，但是在这种状态下它的大多数功能将无法实现。优选的，多媒体传感器，用于在网络中发送信息表示自己的存在，以告知其他多媒体设备控制单元自己目前没有受控，当收到多媒体设备控制单元反馈的可以进行连接的信息之后，试图与所述发出反馈的多媒体设备控制单元进行连接，一旦连接建立，多媒体传感器将停止在网络中发送表示自己存在的信息，并开始接受与其连接的多媒体设备控制单元的控制。多媒体传感器需要提供的数据类型，数据量和数据发送的地址均由控制单元进行控制。传感器和控制单元之间的连接通过协议中的心跳数据包进行维持，传感器长时间不向控制单元发送心跳数据包时，控制单元可以认为传感器已经脱离自己的控制退出系统。当控制单元退出系统后，传感器因长时间无法收到来自控制单元发送的心跳数据包而认为控制单元已经退出系统，从而重新开始寻找控制单元。
如图4和5所示，系统中控制单元和多媒体传感器是多对多的关系，但是一个传感器一次只能收一个控制单元的控制。控制单元在发现传感器之后可以选择是否允许此传感器连接，如果允许，它将向此传感器发送连接反馈；传感器在收到多条允许连接的反馈后，可以从其中选择一个进行连接从而完成受控。控制单元可以通过与其它控制单元的协商而将某一个传感器的控制权进行转让，在这种情况下，传感器受控的控制单元将发生改变。
如图4和5所示，可选的，系统中所使用的通信协议是基于UDP开发的应用层协议。传输通信协议所需要的IP地址和端口号需要在多媒体传感器与多媒体设备控制单元建立连接时进行动态设置。多媒体设备控制单元可以开启多个端口对多媒体传感器进行通信，其中的任意一个端口可以用来对多个多媒体传感器进行通信，传输指令的端口和接受多媒体数据的端口应该相互独立不受影响。传输指令和接受多媒体数据的端口可以被用来向多个传感器发送指令。一个多媒体传感器在同一时间可开启一个端口与多媒体设备控制单元进行通信。为了保证该协议传递的信息能够准确的被接受，在需要进行确认的信息被收到后，收到信息的一方将会发送一个确认信息数据UDP包，如果发送者发现接受者长时间未给予应答，则发送者会重新传输数据。
详细的，我们将这种方法应用在了一个测试系统中进行运行。这个测试系统使用了三个控制单元和十二个视频传感器。其中的控制单元的硬件是BananaPi开发板，视频传感器的硬件为华为Hi3518C板，他们的参数如下：
| BananaPi | 华为Hi3518C | |
| CPU | 双核1.0GHz CPU | ARM926，单核400MHz |
| 内存1 | GB DDR3内存 | 128MB内存 |
| 无线网络模块 | Wi-Fi | Wi-Fi |
| 有线网络模块 | 以太网 | 以太网 |
| 操作系统 | Android 4.0.2 | 嵌入式Linux |
我们所使用的局域网的带宽为10Gbps，可以向设备同时提供有线和无线两种网络模式。视频传感器传出的数据为视频和音频数据，视频数据为经过压缩的h.264格式的视频数据，清晰度为720p，帧率为16FPS，音频数据为amr格式，帧率与视频数据相同。在测试的过程中，我们让控制单元进行调整，每个控制单元控制4个传感器，并且控制单元中内置了视频预处理，能够对四个视频中20％的视频帧进行处理并重新压缩为h.264视频帧。在这种情况下，控制单元可以使得所控制的传感器发出的视频流能够稳定的传输。
综上所述，本发明有以下有益效果：
单个控制单元的负担降低，使得单个控制单元可以进行更好的工作，对所控制的传感器进行更好的调整。多个控制单元可以通过协商进行传感器分配，可以将以前一个控制单元所需要进行处理的任务平分到多个控制单元上进行处理，从而可以降低单个控制单元的负担；
传感器有更多的选择，变得更加灵活，从而能够使传感器做出提高传感器的工作效率的选择。因为系统中存在多个控制单元，因此控制单元带给了传感器多个选择，传感器可以根据实际情况选择一个合适的控制单元；
控制单元可以使系统可以进行快速的扩展而不引起对现有系统结构的修改。控制单元可以通过将自己伪装成一个多媒体传感器加入到系统中去，从而将自己内部的结构成与外界进行分离，在不引起对现有系统结构进行大幅修改的情况下对系统进行快速的扩充，同时，由于控制单元加入和离开系统并不需要复杂的统一认证，因此新的控制单元加入系统并不是非常复杂，从而可以使控制单元快速加入系统，完成系统的扩充；
多个控制单元能够使得系统中关系经常进行更新。控制单元周期性的相互传输控制单元的信息和数据，从而是控制单元能够及时地调整自己，从而使得系统的各部分之间的关系经常进行更新；
控制单元可以控制对外交流的协议，从而可以使系统可以比较快的融入其他系统。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种分布式多媒体传感器控制系统，其特征在于，包括：
多个多媒体传感器，
多个多媒体设备控制单元，每个多媒体设备控制单元分别与一个或多个多媒体传感器连接，多媒体设备控制单元用于对多媒体传感器进行发现和控制，并对数据进行处理和传输的部分，所述多媒体传感器是提供数据的部件，多媒体传感器受与其连接的多媒体设备控制单元的指令的控制。
2.如权利要求1所述的一种分布式多媒体传感器控制系统，其特征在于，所述多媒体设备控制单元还与其它的多媒体设备控制单元连接。
3.如权利要求1所述的一种分布式多媒体传感器控制系统，其特征在于，多媒体设备控制单元包括：
多媒体设备管理模块，用于对网络中存在的多媒体传感器进行发现与其连接，并进行管理和控制，同时与其它多媒体设备控制单元进行通信；
多媒体数据处理模块，用于对多媒体传感器上传的数据进行与处理；
第一网络通信模块，用于对网络的通信进行管理并提供服务；
上层接口模块，用于针对上层不同要求的平台提供服务接口，在完成本系统内部工作之后向外部提供服务时，通过对要接入的不同系统所使用的协议提供不同的服务接口。
4.如权利要求3所述的一种分布式多媒体传感器控制系统，其特征在于，所述上层接口模块对来自外界系统的指令进行翻译，将外界系统的指令转换成本系统的指令并加以传输。
5.如权利要求3所述的一种分布式多媒体传感器控制系统，其特征在于，所述上层接口模块，还用于将其所属的多媒体设备控制单元模拟成一个或多个多媒体传感器，将自己所控制的多媒体传感器对其他控制单元进行隐藏。
6.如权利要求3所述的一种分布式多媒体传感器控制系统，其特征在于，所述多媒体设备管理模块，还用于当其所属的多媒体设备控制单元加入到系统中时，向所有其他的多媒体设备控制单元发出信息表示自己的加入，并向其他的多媒体设备控制单元发出信息表示自己的存在。
7.如权利要求1所述的一种分布式多媒体传感器控制系统，其特征在于，所述多媒体传感器提供三种类型的数据：视频、音频和图片。
8.如权利要求1所述的一种分布式多媒体传感器控制系统，其特征在于，所述多媒体传感器包括：
数据收集模块，用于从外界收集数据；
处理模块，用于对收集到的信息进行预处理；
第二网路通信模块，用于对网络的通信进行管理并提供服务。
9.如权利要求3或8所述的一种分布式多媒体传感器控制系统，其特征在于，所述第一网络通信模块或第二网络通信模块存在以太网和IEEE 802.11bgn两种模式。
10.如权利要求1所述的一种分布式多媒体传感器控制系统，其特征在于，所述多媒体传感器，用于在网络中发送信息表示自己的存在，以告知其他多媒体设备控制单元自己目前没有受控，当收到多媒体设备控制单元反馈的可以进行连接的信息之后，试图与所述发出反馈的多媒体设备控制单元进行连接，一旦连接建立，多媒体传感器将停止在网络中发送表示自己存在的信息，并开始接受与其连接的多媒体设备控制单元的控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |