CN106851259A - 监控系统中的视频延时测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种监控系统中的视频延时测试装置，包括：视频信号发生器，用于产生连续变化的时变视频信号和每帧图像的时间戳，并将图像模式信息与时间信息打包传输至延时分析单元；视频延时分析单元，用于对解码视频的帧模式进行识别，以确定该帧模式产生的系统时间，并将当前解码显示的系统时间与该帧模式发生时间相减，以获得系统的视频传输延时；同步链路，用于实现视频信号发生器及视频延时分析单元的同步。本发明解决了实际工程应用中的视频延迟测量问题，向相关专业机构及施工单位提供了可实现的视频延时测量装置及方法，填补该测量领域的空白，提高我国安防系统尤其是监控系统的技术水平。

Description

监控系统中的视频延时测试装置

技术领域

本发明涉及一种视频延时测量装置，尤其涉及一种监控系统中的视频延时测试装置，对以摄像部作为图像输入的多媒体系统的视频延时进行测量，该装置可在实验室环境中实现对多媒体系统视频延时性能的测量，也可用于工程现场实现对大物理跨度下的多媒体系统的视频延时性能的测量。

背景技术

视频延时是多媒体系统的一项重要技术指标。在端到端的应用中，视频延时包括了视频编码器的编码延时，传输延时和解码显示延时三部分，如在视频门禁设备中，视频延时会影响用户的主观感受；在闭环视频监控系统中，延时决定了视频信息的时效性。在安防相关规范，如国际标准IEC62820，ISO/IEC11801，国家标准GB/T28181，GB20815等中均对工程现场的视频延时指标作出了明确要求。我国相关专业检测检验机构目前采用直连方式在实验室环境中可以对闭环系统的视频延时指标进行测量。然而在实际工程应用中，线路的铺设、路由器的分布及网络拥堵等均会对视频延时产生影响，所以实验室理想环境中测量出的延时指标往往显著优于实际性能指标。在这一测量的专业领域，目前尚无性能满意的测量方案和仪器。

发明专利CN102428704 A中阐述了一种基于延时测量的压缩视频方法。该系统的主服务器与客户终端通过internet网络相连接，采用共同的时间基准，由客户端解码计算显示时间并计算延时并反馈至发送端。该方法不适用于安防系统这样的闭环回路，因为闭环回路中没有共同的时钟基准信号，无法同步发送端和接收端。

发明专利CN 104980775A基于云网络实现对视频流传输的控制，根据视频解码终端的延时决定路由策略。与CN102428704 A相似，该专利必须基于公网中的共同的时钟信号，并且要求视频编码端可以插入添加时钟信息。

发明专利CN 102158728 A中给出了一种闭环系统视频延时的测量方法，该方法将视频信号发生器产生的信号馈入多媒体系统，再将信号发生器的输出信号与多媒体系统的输出信号同时馈入示波器比较时延。该方法需要被测试系统开放输入接口，而多数待检测的多媒体系统不开放接口，所以应用面受到很大限制。

发明专利CN 103826117A解决了视频源信号的馈入问题，采用图像源作为信号输入。该方法要求将信号源图像与多媒体输出图像并排放置，并用照相机在一个画面中同时捕捉两幅图像。在工程应用中，视频编码器和解码显示单元往往被安置于物理距离很远的两侧，无法用摄像机同时捕捉两端信号，所以该发明专利也无法适用于工程中的视频延时计算。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种监控系统中的视频延时测试装置，用于解决实际工程应用中的视频延迟测量问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种监控系统中的视频延时测试装置，所述视频延时测试装置包括：视频信号发生器，用于产生连续变化的时变视频信号和每帧图像的时间戳，并将图像模式信息与时间信息打包传输至延时分析单元；视频延时分析单元，用于对解码视频的帧模式进行识别，以确定该帧模式产生的系统时间，并将当前解码显示的系统时间与该帧模式发生时间相减，以获得系统的视频传输延时；同步链路，用于实现视频信号发生器及视频延时分析单元的同步。

作为本发明的监控系统中的视频延时测试装置的一种优选方案，所述视频信号发生器的图像采用其模式编码表征，以降低信道传输所需带宽。

作为本发明的监控系统中的视频延时测试装置的一种优选方案，所述视频信号发生器在接收到同步链路发送的同步信号时，开始产生图像模式信息及时间戳，并将这些信息传输至视频延时分析单元。

作为本发明的监控系统中的视频延时测试装置的一种优选方案，所述视频信号发生器通过驱动步进电机产生均匀运动的对象，并以此运动对象作为图像序列，步进电机旋转步进至某一图像模式所需的时间Δt″与触发时间t相加产生该图像模式对应的绝对时间t2＝t+Δt″，绝对时间t2经二进制编码后与图像模式编码打包传输。

作为本发明的监控系统中的视频延时测试装置的一种优选方案，所述视频信号发生器包括：电机驱动模块、步进电机、MCU单元、无线通信模块及GPS模块，所述电机驱动模块产生方波驱动步进电机，同时将方波馈入MCU单元，MCU单元对方波进行计数，其计数值与步进电机显示图像的显示时间成正比，计数脉冲数及脉冲步长的积为该图案的产生时间Δt″，所述MCU单元通过串口与GPS模块相连，所述同步链路的同步信号发生器采用GPS模块触发MCU单元，MCU单元被触发的时间为t与Δt″的和为该图像模式对应的绝对时间t2，对t2和图像的模式进行编码，再通过无线通信模块传输至视频延时分析单元。

作为本发明的监控系统中的视频延时测试装置的一种优选方案，所述同步链路用于同时触发视频信号发生器及视频延时分析单元，将触发时刻视频信号发生器的系统时间t2传输至视频延时分析单元，并将触发时刻视频信号发生器的图像模式信息传输至视频延时分析单元。

作为本发明的监控系统中的视频延时测试装置的一种优选方案，所述视频延时分析单元在预设时刻截取多媒体系统解码显示单元显卡中的图像信息并进行分析，然后解析图像模式。

作为本发明的监控系统中的视频延时测试装置的一种优选方案，所述视频延时分析单元采用摄像头在预设时刻以非接触形式获取多媒体系统解码显示单元的显示图像，然后进行图像模式识别处理。

作为本发明的监控系统中的视频延时测试装置的一种优选方案，所述视频延时分析单元从同步触发时刻计时，将预设的捕获解码图像的延时Δt′与所接收到的视频延时分析单元触发系统时间t相加，产生延时分析部的解码显示时间戳t1＝t+Δt′，当存在与t1时刻捕捉到的图像相匹配的编码模式时，将解码显示时间t1与其对应的编码时间t2相减，其差值Δt＝t1-t2即为系统的视频延时，当不存在与t1捕捉到的图像相匹配的编码图像时，则通过调整Δt′重新捕捉解码图像直至捕捉到的解码图像与编码图像相匹配。

如上所述，本发明的监控系统中的视频延时测试装置，具有以下有益效果：

本发明可以对以摄像部作为图像输入的多媒体系统的视频延时进行精确的测量，不仅可在实验室环境中实现对多媒体系统视频延时性能的测量，也可用于工程现场实现对大物理跨度下的多媒体系统的视频延时性能的测量。本发明解决了实际工程应用中的视频延迟测量问题，向相关专业机构及施工单位提供了可实现的视频延时测量装置及方法，填补该测量领域的空白，提高我国安防系统尤其是监控系统的技术水平。

附图说明

图1显示为本发明的监控系统中的视频延时测试装置的应用示意图。

图2显示为本发明的监控系统中的视频延时测试装置中的视频信号发生器的电路结构框图。

图3显示为本发明的视监控系统中的视频延时测试装置中的频信号发生器的机械圆盘示意图。

元件标号说明

10 视频信号发生器

101 步进电机

102 电机驱动模块

103 MCU单元

104 无线通信模块

105 GPS模块

20 视频延时分析单元

30 同步链路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1～图3所示，本实施例提供一种监控系统中的视频延时测试装置，所述视频延时测试装置包括：视频信号发生器10，用于产生连续变化的时变视频信号和每帧图像的时间戳，并将图像模式信息与时间信息打包传输至延时分析单元；视频延时分析单元20，用于对解码视频的帧模式进行识别，以确定该帧模式产生的系统时间，并将当前解码显示的系统时间与该帧模式发生时间相减，以获得系统的视频传输延时；同步链路30，用于实现视频信号发生器10及视频延时分析单元20的同步。

作为示例，所述视频信号发生器10的图像采用其模式编码表征，以降低信道传输所需带宽。

作为示例，所述视频信号发生器10在接收到同步链路30发送的同步信号时，开始产生图像模式信息及时间戳，并将这些信息传输至视频延时分析单元20。

作为示例，所述视频信号发生器10通过驱动步进电机101产生均匀运动的对象，并以此运动对象作为图像序列，步进电机101旋转步进至某一图像模式所需的时间Δt″与触发时间t相加产生该图像模式对应的绝对时间t2＝t+Δt″，绝对时间t2经二进制编码后与图像模式编码打包传输。

作为示例，所述视频信号发生器10包括：电机驱动模块102、步进电机101、MCU单元103、无线通信模块104及GPS模块105，所述电机驱动模块102产生方波驱动步进电机101，同时将方波馈入MCU单元103，MCU单元103对方波进行计数，其计数值与步进电机101显示图像的显示时间成正比，计数脉冲数及脉冲步长的积为该图案的产生时间Δt″，所述MCU单元103通过串口与GPS模块105相连，所述同步链路30的同步信号发生器采用GPS模块105触发MCU单元103，MCU单元103被触发的时间为t与Δt″的和为该图像模式对应的绝对时间t2，对t2和图像的模式进行编码，再通过无线通信模块104传输至视频延时分析单元20。

作为示例，所述同步链路30用于同时触发视频信号发生器10及视频延时分析单元20，将触发时刻视频信号发生器10的系统时间t2传输至视频延时分析单元20，并将触发时刻视频信号发生器10的图像模式信息传输至视频延时分析单元20。

作为示例，所述视频延时分析单元20在预设时刻截取多媒体系统解码显示单元显卡中的图像信息并进行分析，然后解析图像模式。

作为示例，所述视频延时分析单元20采用摄像头在预设时刻以非接触形式获取多媒体系统解码显示单元的显示图像，然后进行图像模式识别处理。

作为示例，所述视频延时分析单元20从同步触发时刻计时，将预设的捕获解码图像的延时Δt′与所接收到的视频延时分析单元20触发系统时间t相加，产生延时分析部的解码显示时间戳t1＝t+Δt′，当存在与t1时刻捕捉到的图像相匹配的编码模式时，将解码显示时间t1与其对应的编码时间t2相减，其差值Δt＝t1-t2即为系统的视频延时，当不存在与t1捕捉到的图像相匹配的编码图像时，则通过调整Δt′重新捕捉解码图像直至捕捉到的解码图像与编码图像相匹配。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。

视频信号发生器10：本发明中发生的视频信号为受控的连续变化的物体，而非LED或LCD屏等显示动态对象，以保证多媒体系统的摄像部在任何时刻均可获得稳定的图像，以降低多媒体系统摄像部采样对视频延时测量精度的影响。

视频信号发生器10的电路系统结构框架如图2所示。电机驱动模块102产生方波驱动步进电机101，同时将方波馈入MCU单元103。MCU单元103对方波进行计数，其计数值与步进电机101显示图像的显示时间成正比，计数脉冲数及脉冲步长的积即为该图案的产生时间Δt″。MCU单元103通过串口与GPS模块105相连，同步信号发生器采用GPS模块105触发MCU单元103单元。设MCU单元103被触发的时间为t，t与Δt″的和即为该图案产生的绝对时间t2。对t2和图像的模式进行编码，再通过同步链路30传输至延时计算部。在本实施例中，上述信息通过3G无线信道传输。上述信息不局限于用3G信道进行传输，也可由局域internet网络、2G和4G信道等低延时网络传输。

在本实施例中，连续运动的影像由86步进电机10186BYG250H产生。该电机转速可调，每秒可实现51200步进，即每个脉冲的分辨率约为0.02ms。该电机驱动一圆盘结构，如图3所示。圆盘为白色转盘，上有一黑色径向指示标线。系统上电时，做复位处理，即标线指向0点位置，同时MCU单元103中的脉冲计数器被复位为0。开机后，电机驱动产生连续脉冲信号，步进电机101开始匀速旋转，产生连续变化的图像序列。

同步链路30：本实施案例中，同步链路30包括GPS模块105及3G通信模块。在本案例实施过程中，首先应用GPS模块105同步信号发生器和延时计算部的系统时钟。随后视频信号发生器10将MCU单元103中的高精度时钟t2通过同步链路30中的3G通信模块传输至视频延时分析模块。

视频延时分析单元20：本实施例中分两种方式实现视频延时分析单元20。

多媒体系统解码平台开放时，我们将视频延时分析算法嵌入解码平台，由解码平台的硬件资源完成对视频延时的分析运算。以基于Intel CPU的服务器架构和微软Win 7操作系统的解码平台为例，我们利用服务器的网口构建基于局域网的数据传输通道来接收视频信号发生器10产生的信号，通过串口模块与GPS同步模块相连，并应用C++和OpenGL API开发的显卡数据捕获程序及分析程序实现延时计算功能。在视频信号发生器10与延时计算部取得同步后的Δt′时间点捕捉多媒体系统的解码图像并解析由视频信号发生器10的传输来的图像模式及其触发时t2。因为同步链路30的数据传输实时性远低于延时分析单元的图像捕获及分析时间，所以延时计算单元在触发捕获后，即绝对时间t1后，将接收并存储所有到的来自于视频信号发生器10的图像模式及其对应的绝对编码时间戳t1。如果存储图像模式序列中有与t1时刻捕获到的图像一致的图像模式时，说明延时计算部捕获到了视频信号发生器10产生的内容，则此时刻的视频延时为Δt＝t1-t2。由于监控系统的采样时间不一定与视频信号发生器10严格同步，所以解码图像序列中图像可能不存在与t1时刻捕捉到的图像严格一致的图像模式，则我们舍弃该次分析过程，然后调整Δt′和t1，再重新捕获解码器图像，直至延时计算单元捕捉到与视频信号发生器10一致的图像模式。

当被测试的多媒体系统为封闭系统时，我们采用外置视频延时计算部的方法实现对多媒体系统视频延时性能的分析和计算。该模块由Ti公司的ARM A9芯片AM4379为运算核心，通过串口模块与GPS同步模块相连，通过USB口与3G通信模块相连实现与视频信号发生器10之间的数据通信。AM4379通过USB口与外部的数字高清相机相连，并利用该相机获取多媒体平台的解码显示图像。AM4379实现对相机捕获时间的控制、数据链路的数据接收和对视频延时的分析和计算。以外置方式测量视频延时，需对相机的编码时间及视频延时分析单元20中图片解码时间进行标定，并在视频延时计算中扣除该上述系统误差时间。

上述试验中图像获取Δt′应大于数据传输链路的通信建立时间，以确保对图像模式信息及时间戳的完整接收。

如上所述，本发明的监控系统中的视频延时测试装置，具有以下有益效果：

本发明可以对以摄像部作为图像输入的多媒体系统的视频延时进行精确的测量，不仅可在实验室环境中实现对多媒体系统视频延时性能的测量，也可用于工程现场实现对大物理跨度下的多媒体系统的视频延时性能的测量。本发明解决了实际工程应用中的视频延迟测量问题，向相关专业机构及施工单位提供了可实现的视频延时测量装置及方法，填补该测量领域的空白，提高我国安防系统尤其是监控系统的技术水平。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种监控系统中的视频延时测试装置，其特征在于，所述视频延时测试装置包括：

视频信号发生器，用于产生连续变化的时变视频信号和每帧图像的时间戳，并将图像模式信息与时间信息打包传输至延时分析单元；

视频延时分析单元，用于对解码视频的帧模式进行识别，以确定该帧模式产生的系统时间，并将当前解码显示的系统时间与该帧模式发生时间相减，以获得系统的视频传输延时；

同步链路，用于实现视频信号发生器及视频延时分析单元的同步。

2.根据权利要求1所述的监控系统中的视频延时测试装置，其特征在于：所述视频信号发生器的图像采用其模式编码表征，以降低信道传输所需带宽。

3.根据权利要求1所述的监控系统中的视频延时测试装置，其特征在于：所述视频信号发生器在接收到同步链路发送的同步信号时，开始产生图像模式信息及时间戳，并将这些信息传输至视频延时分析单元。

4.根据权利要求1所述的监控系统中的视频延时测试装置，其特征在于：所述视频信号发生器通过驱动步进电机产生均匀运动的对象，并以此运动对象作为图像序列，步进电机旋转步进至某一图像模式所需的时间Δt″与触发时间t相加产生该图像模式对应的绝对时间t2＝t+Δt″，绝对时间t2经二进制编码后与图像模式编码打包传输。

5.根据权利要求1所述的监控系统中的视频延时测试装置，其特征在于：所述视频信号发生器包括：电机驱动模块、步进电机、MCU单元、无线通信模块及GPS模块，所述电机驱动模块产生方波驱动步进电机，同时将方波馈入MCU单元，MCU单元对方波进行计数，其计数值与步进电机显示图像的显示时间成正比，计数脉冲数及脉冲步长的积为该图案的产生时间Δt″，所述MCU单元通过串口与GPS模块相连，所述同步链路的同步信号发生器采用GPS模块触发MCU单元，MCU单元被触发的时间为t与Δt″的和为该图像模式对应的绝对时间t2，对t2和图像的模式进行编码，再通过无线通信模块传输至视频延时分析单元。

6.根据权利要求1所述的监控系统中的视频延时测试装置，其特征在于：所述同步链路用于同时触发视频信号发生器及视频延时分析单元，将触发时刻视频信号发生器的系统时间t2传输至视频延时分析单元，并将触发时刻视频信号发生器的图像模式信息传输至视频延时分析单元。

7.根据权利要求1所述的监控系统中的视频延时测试装置，其特征在于：所述视频延时分析单元在预设时刻截取多媒体系统解码显示单元显卡中的图像信息并进行分析，然后解析图像模式。

8.根据权利要求1所述的监控系统中的视频延时测试装置，其特征在于：所述视频延时分析单元采用摄像头在预设时刻以非接触形式获取多媒体系统解码显示单元的显示图像，然后进行图像模式识别处理。

9.根据权利要求1所述的监控系统中的视频延时测试装置，其特征在于：所述视频延时分析单元从同步触发时刻计时，将预设的捕获解码图像的延时Δt′与所接收到的视频延时分析单元触发系统时间t相加，产生延时分析部的解码显示时间戳t1＝t+Δt′，当存在与t1时刻捕捉到的图像相匹配的编码模式时，将解码显示时间t1与其对应的编码时间t2相减，其差值Δt＝t1-t2即为系统的视频延时，当不存在与t1捕捉到的图像相匹配的编码图像时，则通过调整Δt′重新捕捉解码图像直至捕捉到的解码图像与编码图像相匹配。