CN106231250A - 不同型号的视频监控设备同步控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不同型号的视频监控设备同步控制的方法，涉及视频同步控制技术领域，包括以下步骤:S1.获取单位时间内各子视频源的历史帧率；S2.获取各子视频源当前的实时帧率；S3.获取每一个子视频源的实时帧率后，依据提前预设的基础帧率对每一个子视频源进行帧间处理，为了适应实时帧率的动态变化，采用正负逼近补偿的方法；S4.通过正负逼近补充的方法，得到各子视频源在基础帧率下的输出，将每一路子视频源的输出进行比例变换，使其为同样的尺寸，进而将变换后的同步帧拼接成业务需求要的形式。本发明具有如下有益效果：本发明可以满足用户对多路不同规格的视频监控设备进行同步控制与集中显示。

Description

不同型号的视频监控设备同步控制的方法

技术领域

本发明涉及视频同步控制技术领域，具体涉及一种不同型号的视频监控设备同步控制的方法。

背景技术

视频帧拼接的过程，即将多路视频做适当尺度变换后拼接成一路视频的过程，在视频路数很大的情况下，通过这种处理方式可以达到对监控视频同步显示的目的，这种方式大大减少对监视器个数的依赖，并且大大减少了多路视频传输过程中对网络带宽的要求。但是目前视频监控市场竞争激烈，视频监控设备层出不穷，在一个视频监控的业务中，很难保证所使用的视频监控设备型号完全一致，由于各个厂家的视频监控设备的参数不尽一致，这导致多路视频源帧率存在差异，即每一秒钟的帧数输出不一致，在多视频拼接的过程中，会出现时间不同步的严重后果。

目前对于视频帧拼接方面已有现有技术，如“一种具有多路视频拼接功能的显示设备”(申请号:201521020020.1)，但是其中只涉及单纯对帧的拼接过程，对于更加关键的同步因素则没有考虑，这样仍然不具备现实的实现意义。

再如“一种视频拼接显示的多路同步方法及装置”(申请号：201310185770.3)，其中为了解决视频同步的问题，采用了同步信号的方式，但跟进同步信号是一种很麻烦的方式，因为如果要实时处理多路视频的同步状况，这就需要在每一个同步时刻处理多路视频的同步信号，另一方面，不同厂商提供的视频监控设备是否会输出这样的同步信号是个未知数，因此通过视频的同步信号来同步各个视频监控设备的输出视频变得不现实。

再如“一种防止视频回退的图像拼接方法及装置”(申请号：201410676260.0)，其中考虑了视频同步的问题，并且对于该问题给出了比较细致的解决方案，该方案在视频同步的处理过程中，采用对比帧率的方式，将不一致的帧率转换成一致的帧率，随后再进行帧拼接。但是这种方式也有一个明显缺点：它并没有考虑监控设备视频输出的稳定性，而将视频输出的帧率看成是一个常量。在理论中，对于某种设备的输出帧率可以说是一个不变的常量，但是在实际使用的过程中，输出的帧率是会被多种因素所影响(例如设备的偶然异常，网络条件的异常，温度对电子元件的作用)而不断变化。因此这种方法是不稳定的，不能保证在一段时间后的视频同步。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种不同型号的视频监控设备同步控制的方法，可以满足用户对多路不同规格的视频监控设备进行同步控制与集中显示。

本发明通过如下技术方案实现：一种不同型号的视频监控设备同步控制的方法，包括以下步骤：S1.获取单位时间内各子视频源的历史帧率；S2.获取各子视频源当前的实时帧率；S3.获取每一个子视频源的实时帧率后，依据提前预设的基础帧率对每一个子视频源进行帧间处理，为了适应实时帧率的动态变化，采用正负逼近补偿的方法；S4.通过正负逼近补充的方法，得到各子视频源在基础帧率下的输出，将每一路子视频源的输出进行比例变换，使其为同样的尺寸，进而将变换后的同步帧拼接成业务需求要的形式。

作为优选，S1具体如下：根据各摄像设备的输出帧来确定其在上一个单位时间内的历史帧率，设定的单位时间为1秒。

作为优选，S2具体如下：通过单高斯模型拟合摄像设备工作时输出的帧率，并对单高斯模型进行实时更新，在单高斯模型初始化时，将最近一次的历史帧率作为初始单高斯模型的均值，并设定初始单高斯模型的方差为均值一半的二次方；通过对所有子视频源生成关于各自历史帧率的单高斯模型，将得到的单高斯模型的均值作为各子视频源的前的实时帧率；

每一个单高斯函数用表示，其中下标t表示第t帧，μ_t表示第t帧时刻的高斯分布的均值，是第t帧时刻高斯分布的方差；引入学习率α来表示高斯模型的参数的更新速度，则关于帧率的高斯分布的参数按以下来更新：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\μ}}_{t+1}=(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\μ}}_t+\mathrm{\α}{r}_t\\ {\mathrm{\σ}}_t^2=(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\σ}}_t^2+\mathrm{\α}{(r_t-{\mathrm{\μ}}_t)}^2\end{array}\right.$

其中r_t是当前第t帧时刻的，前一秒的历史帧率。

作为优选，S3具体如下：针对某时刻实时帧率低于基础帧率的情况，将上一帧作为原型帧，并用此原型帧补充该时刻之后的帧；针对某时刻实时帧率高于基础帧率的情况，将上一帧作为起始帧，并从此起始帧开始连续跳过后面的若干帧，以此对齐基础帧率；补充的帧数与跳过的帧数通过对比当前实时帧率与基础帧率得到；在补充或跳过的过程中，计算出正负补偿的上帧数和下帧数，通过这二者反复地对基础帧率来逼近。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明立足于现实，充分考虑了各种异常环境，提出了一种不同型号的视频监控设备同步控制的方法，这是一种实时同步控制的技术。本发明通过实时对帧率进行控制，能够保证在长时间范围内各视频的同步，对于当前社会视频监控设备的多样性有很强的包容性，并且采取这种各子视频源独立的方式，即使其中一路子视频出现问题也不会影响其他的子视频源时间同步的过程，本发明有着很好的适用性，可以满足用户对多路不同规格的视频监控设备进行同步控制与集中显示。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明内容做进一步说明。

本发明通过计算当前的实时帧率，以基础帧率和当前的实时帧率对比后，来进行子视频源时间同步的操作，具体步骤如下：

S1.单位时间内各子视频源历史帧率的获得

对于输出帧率不一样的摄像设备，通过对帧率的调整来达到拼接视频时间同步的目的，为了保证子视频源实时的同步性，将根据各摄像设备的输出帧来确定其在上一个单位时间内的帧率，本方法中设定的单位时间为1秒；

S2.单高斯模型的生成与当前实时帧率的确定

对于一般的摄像设备，在理想的情况下的帧率输出是一个稳定值，但是在实际使用中会出现各种情况，如网络环境与设备运行的不稳定，在一定时间窗口(如10分钟)内，摄像设备的工作时输出的帧率成一种单峰分布，可以通过单高斯模型来拟合；为了保证帧率分布的单峰性，本方法对单高斯模型进行实时更新，在单高斯模型初始化时，将最近一次的历史帧率作为初始单高斯模型的均值，并设定初始单高斯模型的方差为均值一半的二次方；通过对所有子视频源生成关于各自历史帧率的单高斯模型，将得到的单高斯模型的均值作为各子视频源的前的实时帧率；

每一个单高斯函数用表示，其中下标t表示第t帧，μ_t表示第t帧时刻的高斯分布的均值，是第t帧时刻高斯分布的方差。

引入学习率α来表示高斯模型的参数的更新速度。则关于帧率的高斯分布的参数按以下来更新：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\μ}}_{t+1}=(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\μ}}_t+\mathrm{\α}{r}_t\\ {\mathrm{\σ}}_t^2=(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\σ}}_t^2+\mathrm{\α}{(r_t-{\mathrm{\μ}}_t)}^2\end{array}\right.$

其中r_t是当前第t帧时刻的，前一秒的历史帧率。

本发明中，对实时帧率的获得是基于建立单高斯模型来解决的，这是机器学习的算法中的一种，还存在很多其他的算法来得到当前的实时帧率。

S3.正负逼近补偿

在得到每一个子视频源的实时帧率后，依据提前预设的基础帧率对每一个子视频源进行帧间处理，为了适应实时帧率的动态变化，采用正负逼近补偿的方法；针对某时刻实时帧率低于基础帧率的情况，将上一帧作为原型帧，并用此原型帧补充该时刻之后的帧；针对某时刻实时帧率高于基础帧率的情况，将上一帧作为起始帧，并从此起始帧开始连续跳过后面的若干帧，以此对齐基础帧率；补充的帧数与跳过的帧数通过对比当前实时帧率与基础帧率得到；在补充或跳过的过程中，计算出正负补偿的上帧数和下帧数，通过这二者反复地对基础帧率来逼近。

[例1：计算的到的某子视频源的当前实时帧率为17，而基础帧率为20。也就是说当前的帧率不够，需要补充到20，即当前每输出一帧，就要补充3/17帧。对于帧数只能取整数，按照上述所说，需要得到上帧数和下帧数，上帧数就是向上取整，3/17向上取整就是1，下帧数就是向下取整，向下取帧就是0。当前需要对子视频源进行补帧，补帧的过程即将上一帧再保留一帧的时间。当前需要补充3/17帧，假设先以上帧数开始补充第1次，补充1帧，则当前平均补充了1帧，大于3/17，则下次必须按下帧数补充，即补充第2次，补充0帧，则当前平均补充了1/2帧，大于3/17，则下次仍按下帧数补充，即补充第3次，补充0帧，则当前平均补充了1/3帧，大于3/17…以此类推，当补充后的平均补充帧数小于3/17，则下帧按上帧数进行补充。]

[例2：计算的到的某子视频源的当前实时帧率为29，而基础帧率为20。也就是说当前的帧率很大，需要丢弃帧，直到20，即当前每输出一帧，就要丢弃(29-20)/20＝9/20帧。对于帧数只能取整数，按照上述所说，需要得到上帧数和下帧数，上帧数就是向上取整，9/20向上取整就是1，下帧数就是向下取整，向下取帧就是0。当前需要对子视频源进行丢帧，丢帧的过程即将上一帧输出后，对下一帧进行丢弃。当前需要补充9/20帧，假设先以上帧数开始丢弃第1次，丢弃1帧，则当前平均丢弃了1帧，大于9/20，则下次必须按下帧数丢弃，即丢弃第2次，丢弃0帧，则当前平均丢弃了1/2帧，大于9/20，则下次仍按下帧数丢弃，即丢弃第3次，补充0帧，则当前平均丢弃了1/3帧，小于3/17，则第4次丢弃帧数为上帧数，即1帧，…以此类推]

本发明中，对帧数的补充和丢弃，采用了上帧率和下帧率两个数据来实现帧率的实时控制，本发明选择这两个数据进行同步的实时控制，存在很多方法来实现替代，比如可以用三个或以上的帧率数据来实时控制，其实时同步控制的效率会更快，但它们都是基于正负补偿的思路，本发明主要因为算法的简便性故只采用了上帧率和下帧率两个数据。

S4.比例变换与帧拼接输出

通过正负逼近补充的方法，得到各子视频源在基础帧率下的输出，将每一路子视频源的输出进行比例变换，使其为同样的尺寸，进而将变换后的同步帧拼接成业务需求要的形式。

Claims (4)

1.一种不同型号的视频监控设备同步控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.获取单位时间内各子视频源的历史帧率；S2.获取各子视频源当前的实时帧率；S3.获取每一个子视频源的实时帧率后，依据提前预设的基础帧率对每一个子视频源进行帧间处理，为了适应实时帧率的动态变化，采用正负逼近补偿的方法；S4.通过正负逼近补充的方法，得到各子视频源在基础帧率下的输出，将每一路子视频源的输出进行比例变换，使其为同样的尺寸，进而将变换后的同步帧拼接成业务需求要的形式。

2.根据权利要求1所述的一种不同型号的视频监控设备同步控制的方法，其特征在于，S1具体如下：根据各摄像设备的输出帧来确定其在上一个单位时间内的历史帧率，设定的单位时间为1秒。

3.根据权利要求1或2所述的一种不同型号的视频监控设备同步控制的方法，其特征在于，S2具体如下：通过单高斯模型拟合摄像设备工作时输出的帧率，并对单高斯模型进行实时更新，在单高斯模型初始化时，将最近一次的历史帧率作为初始单高斯模型的均值，并设定初始单高斯模型的方差为均值一半的二次方；通过对所有子视频源生成关于各自历史帧率的单高斯模型，将得到的单高斯模型的均值作为各子视频源的前的实时帧率；

每一个单高斯函数用表示，其中下标t表示第t帧，μ_t表示第t帧时刻的高斯分布的均值，是第t帧时刻高斯分布的方差；引入学习率α来表示高斯模型的参数的更新速度，则关于帧率的高斯分布的参数按以下来更新：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\μ}}_{t+1}=(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\μ}}_t+\mathrm{\α}{r}_t\\ {\mathrm{\σ}}_t^2=(1-\mathrm{\α}){\mathrm{\σ}}_t^2+\mathrm{\α}{(r_t-{\mathrm{\μ}}_t)}^2\end{array}\right.$

其中r_t是当前第t帧时刻的，前一秒的历史帧率。

4.根据权利要求3所述的一种不同型号的视频监控设备同步控制的方法，其特征在于，S3具体如下：针对某时刻实时帧率低于基础帧率的情况，将上一帧作为原型帧，并用此原型帧补充该时刻之后的帧；针对某时刻实时帧率高于基础帧率的情况，将上一帧作为起始帧，并从此起始帧开始连续跳过后面的若干帧，以此对齐基础帧率；补充的帧数与跳过的帧数通过对比当前实时帧率与基础帧率得到；在补充或跳过的过程中，计算出正负补偿的上帧数和下帧数，通过这二者反复地对基础帧率来逼近。