CN107404633A - 视频监控系统及其视频压缩编码方法、联合告警追踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频监控系统，包括顺序连接的多视点视频编码模块、告警模块、联合告警追踪模块和多摄像头管理模块；多视点视频编码模块对摄像头组输出的视频流进行压缩编码后分别传输至监控中心及告警模块，告警模块输出各IP摄像头的调整信息，联合告警追踪模块对调整信息进行二次优化生成控制指令，由多摄像头管理模块对各IP摄像头进行参数调整，本发明还公开了一种视频视频压缩编码方法，通过图像比对查找冗余图像，对冗余图像熵进行计算，避免视频数据的冗余传输和存储。本发明还公开了一种联合告警追踪方法，通过对视频信号相关性分析，自动控制多个摄像头从不同角度捕获告警点的视频信息，实现告警点“无死角”信息捕获。

Description

视频监控系统及其视频压缩编码方法、联合告警追踪方法

技术领域

本发明涉及一种应用于海上风电平台的视频监控系统，还涉及一种应用于所述视频监控系统的视频压缩编码方法和联合告警追踪方法。

背景技术

海上风电场项目无论是工程项目建设阶段，还是并网发电阶段，都需要视频监控平台对项目建设情况、设备运行情况、工作区域安防情况进行实时监控。海上风电场一般在在海上升压站控制室、陆上集控中心中控室和上级调度部门(通过风电场的专用通讯网络)对所属的风电场内重要场所和主要运行设备实现远程实时视频监控、远程故障和意外情况告警接收处理，以提高工程运行和维护的安全性和可靠性，并可实现海上风电场运行的可视化监控和调度，使发电运行更为安全、可靠。

一个海上风电场往往需要几十个甚至是上百个摄像头对其所在区域进行监控，由于海上风电场大多都建在距离海岸线较远的离岸海上区域，只能通过无线通信方式对视频信号进行传输，无线信道资源显得尤为宝贵。因此一种具有良好的视频压缩编码技术及图像处理技术的视频监控平台对于海上风电监控项目显得极为重要。

海上风电场环境恶劣，受场地条件和资金限制，摄像头部署的个数和位置有限。需要多个摄像头协同工作才能捕获清晰的图像数据。一种高效的多摄像头追踪算法可以便于监控系统从多个角度自动捕获视频图像数据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种视频监控系统，解决现有技术中海上风电视频监控系统存在告警点死角，不能实现多角度视频图像采集、无冗余视频图像传输的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种视频监控系统，包括：监控中心、分别与监控中心无线连接的多个分布式多视点视频管理器、与所述分布式多视点视频管理器一一对应设置的摄像头组；所述摄像头组包含多个IP摄像头，各IP摄像头分别与分布式多视点视频管理器连接；

所述分布式多视点视频管理器包括顺序连接的多视点视频编码模块、告警模块、联合告警追踪模块和多摄像头管理模块；

多视点视频编码模块对摄像头组输出的视频流进行压缩编码后分别传输至监控中心及告警模块，告警模块根据预置的告警策略或者监控中心发出的告警信息输出各IP摄像头的调整信息，联合告警追踪模块对调整信息进行二次优化生成控制指令，多摄像头管理模块根据控制指令对各IP摄像头进行参数调整，实现告警点无死角信息捕获。

每个所述摄像头组中不超过10个IP摄像头。

所述分布式多视点视频管理器还包括视频存储模块，用于存储各路视频压缩编码后的数据。

所述多摄像头管理模块包括：

图像画质切换模块：根据各IP摄像头输出的图像内容及画质进行IP摄像头选择切换；

变焦控制模块：用于控制各IP摄像头变焦；

旋转控制模块：用于控制各IP摄像头拍摄角度。

本发明还提供一种视频压缩编码方法，包括多个IP摄像头、从IP摄像头获取视频流的多视点视频编码模块；

从摄像头组中选取一个IP摄像头作为参考摄像头，将参考摄像头拍摄的视频图像作为参考图像；依次选择与参考摄像头最邻近的IP摄像头拍摄的视频图像进行压缩编码，具体如下：

从待压缩编码图像左上角开始，按照行优先的原则，依次选择16×16像素大小的图像块，在参考图像的相应位置进行遍历搜索匹配，判断待压缩编码图像与参考图像之间是否存在冗余：

如果不存在冗余，则直接对待压缩编码图像进行压缩编码；

如果存在冗余，则计算冗余图像熵H；

根据经验值预设图像熵的三个阈值k1，k2，k3，其中k1，k2，k3满足条件：0<k1<k2<k3；

当图像熵H满足0<＝H<＝k1时，采用2×2像素的图像块代替原先16×16像素的图像块进行编码；

当图像熵H满足k1<H<＝k2时，采用4×4像素的图像块代替原先16×16像素的图像块进行编码；

当图像熵H满足k2<H<＝k3时，采用8×8像素的图像块代替原先16×16像素的图像块进行编码；

当图像熵H满足H>k3，保留原先16×16像素的图像块进行编码；

重复以上步骤直到完成整幅图像的编码，并依次完成其它IP摄像头的视频图像编码。

判断待压缩编码图像与参考图像之间是否存在冗余的方法如下：

将16×16像素大小的图像块，在参考图像的相应位置进行遍历搜索匹配，计算图像差值，并将图像差值与预设阈值k相比较，若图像差值大于k，则待压缩编码图像与参考图像之间存在冗余，否则不存在冗余；

所述图像差值的计算方法为：依次计算图像块与参考图像对应位置单个像素点r，g，b三个分量相减的绝对值，再将所有绝对值累加即得图像差值。

计算冗余图像熵H的具体方法如下：

选择冗余图像的RGB值作为空间特征向量，记为(r,g,b)，其中r、g、b表示一个像素点对应的红、绿、蓝3个分量值，

P_(r,g,b)＝f(r,g,b)/N²

其中f(r,g,b)为特征三元组(r,g,b)出现的频数，N为图像的尺度，定义离散的图像熵H为：

采用H.264或MPGE4编码方法对待压缩编码图像进行压缩编码。

本发明还提供了一种联合告警追踪方法，包括分布式多视点视频管理器，所述分布式多视点视频管理器包括顺序连接的多视点视频编码模块、告警模块、联合告警追踪模块和多摄像头管理模块；

启动时，告警模块加载告警策略；多摄像头管理模块加载摄像头配置信息，对各IP摄像头进行初始配置；

一旦有摄像头捕获告警信息或者监控中心出发告警，则通过预置的主IP摄像头捕获告警区域图像；

计算主IP摄像头与邻近IP摄像头的相关性R；

预设相关性下限k1和相关性上限k2：

如果k1<＝R<＝k2，则表示邻近IP摄像头位置合适；

如果R<k1，则邻近IP摄像头向主IP摄像头拍摄位置正向调整；

如果R>k2，则邻近IP摄像头向主IP摄像头拍摄位置反向调整；

在正向或反向调整过程中再次计算计算主IP摄像头与邻近IP摄像头的相关性，直到k1<＝R<＝k2，或者逼近相关性下限k1或者逼近相关性上限k2为止；

邻近IP摄像头捕获告警区域图像。

计算主IP摄像头与邻近IP摄像头的相关性R的方法如下：

其中：I_(r,g,b)，J_(rg,b,)分别是主IP摄像头和邻近IP摄像头的RGB像素值。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

通过分布式多视点视频管理器内部的多视点视频压缩编解码算法模块，有效降低多个摄像头之间的信息冗余，可以有效降低多个摄像头视频信号的传输带宽，同时也降低了视频的存储容量，应用于海上风电场监控，有利于海上风电场视频监控实时监视和视频存储；联合告警追踪算法模块通过对视频信号相关性分析，自动控制多个摄像头从不同角度捕获告警点的视频信息，实现告警点“无死角”信息捕获。

附图说明

图1是本发明提供的视频监控系统的电路原理框图；

图2是本发明提供的视频压缩编码方法的流程图；

图3是本发明提供的联合告警追踪方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，是本发明提供的视频监控系统的电路原理框图，包括：监控中心、分别与监控中心无线连接的多个分布式多视频管理器和与分布式多视频管理器一一对应设置的摄像头组，每个摄像头组包含不超过10个IP摄像头，各IP摄像头通过无线Wifi或以太网与分布式多视频管理器连接。

IP摄像头视频规格包括720P/1080P，具有IK10防护等级，一体化结构设计，全铝外壳；内置红外；采用变焦镜头，内插Micro SD卡；支持音频异常检测功能。

分布式多视频管理器在海上风电建设阶段可部署在建设平台上，在运营阶段可部署在风机顶部的屏柜附近、风机顶部或底部。它包括顺序连接的：多视点视频编码模块、告警模块、联合告警追踪模块和多摄像头管理模块。

多视点视频编码模块采用基于图像熵的自适应采样率算法解决多个摄像头之间的信息冗余的问题。由于多个IP摄像头拍摄画面可能存在图像背景重复的情况，因此本模块将分析不同IP摄像头图像间的相关性，采用画质较高的一路图像作为参考视频，而其它的视频信号根据图像熵值大小，进行自适应速率的采样。当图像熵值越高图像的内容越丰富，而熵值越低图像变换越小或内容较少。对于熵值较低的图像，可以根据其和参考视频的相关性采用低采样率的编码方法降低编码后的视频数据。图像解码时，再根据参考视频对该路图像进行补偿，恢复该路图像原先的分辨率。多视点视频编码模块将压缩编码后的图像经无线通信模块分别传输至监控中心和告警模块。

告警模块具有两个主要功能，第一，根据IP摄像头自带的运动检测功能，根据运动目标变化决定是否启动告警。告警是否启动，由预先配置的告警策略决定，告警策略存储在告警模块中；第二，接受来自海上风电场电气监控系统或运维管理系统发出的告警信息，一旦接受到告警信息，告警模块根据预先配置的告警策略，向多摄像头管理模块发送消息，要求多摄像头管理模块将摄像头调整至对应的告警点，捕获告警点视频。

联合告警追踪模块通过对视频图像的相关性分析，自动控制多个IP摄像头从不同角度捕获告警点的视频图像，对多个IP摄像头的拍摄角度、对焦位置等调整信息进行二次优化调整，生成控制指令，下发至多摄像头管理模块完成摄像头参数调整。

多摄像头管理模块根据控制指令对各IP摄像头进行参数调整，实现告警点无死角信息捕获。它包括：图像画质切换模块：根据各IP摄像头输出的图像内容及画质进行IP摄像头选择切换；变焦控制模块：用于控制各IP摄像头变焦；旋转控制模块：用于控制各IP摄像头拍摄角度。

分布式多视频管理器还包括用于存储各路视频压缩编码后数据的视频存储模块，和用于给分布式多视频管理器供电的电源模块。视频存储模块可根据实际情况，设定存储时间，是否定期删除覆盖等。

本发明还提供了一种可用于上述视频监控系统的视频压缩编码方法，包括多个IP摄像头、从IP摄像头获取视频流的多视点视频编码模块；如图2所示是视频压缩编码方法的流程图，具体步骤如下：

从摄像头组中选取一个IP摄像头作为参考摄像头，参考摄像头一般选取摄像头组中位置相对居中的一个。将参考摄像头拍摄的视频图像作为参考图像；依次选择与参考摄像头最邻近的IP摄像头拍摄的视频图像进行压缩编码，具体如下：

从待压缩编码图像左上角开始，按照行优先的原则，依次选择16×16像素大小的图像块，在参考图像的相应位置进行遍历搜索匹配，判断待压缩编码图像与参考图像之间是否存在冗余：

如果不存在冗余，则直接对待压缩编码图像进行压缩编码；

如果存在冗余，则计算冗余图像熵H；

根据经验值预设图像熵的三个阈值k1，k2，k3，其中k1，k2，k3满足条件：0<k1<k2<k3；

当图像熵H满足0<＝H<＝k1时，采用2×2像素的图像块代替原先16×16像素的图像块进行编码；

当图像熵H满足k1<H<＝k2时，采用4×4像素的图像块代替原先16×16像素的图像块进行编码；

当图像熵H满足k2<H<＝k3时，采用8×8像素的图像块代替原先16×16像素的图像块进行编码；

当图像熵H满足H>k3，保留原先16×16像素的图像块进行编码；

重复以上步骤直到完成整幅图像的编码，并依次完成其它IP摄像头的视频图像编码。

判断待压缩编码图像与参考图像之间是否存在冗余的方法如下：

将16×16像素大小的图像块，在参考图像的相应位置进行遍历搜索匹配，计算图像差值，并将图像差值与预设阈值k相比较，若图像差值大于k，则待压缩编码图像与参考图像之间存在冗余，否则不存在冗余；

所述图像差值的计算方法为：依次计算图像块与参考图像对应位置单个像素点r，g，b三个分量相减的绝对值，再将所有绝对值累加即得图像差值。

冗余图像首先计算器图像熵值，信源的信息熵H是从整个信息源的统计特性来考虑的。它是从评价意义上来表征信息源的总体特征的。对于某特定的信息源，其信息熵只有一个。不同的信息源因统计特性不同，其熵也不同。本算法考虑彩色图像RGB值做为空间特征向量，可通过图像熵H反映图像内容“复杂程度”。计算冗余图像熵H的具体方法如下：

选择冗余图像的RGB值作为空间特征向量，记为(r,g,b)，其中r、g、b表示一个像素点对应的红、绿、蓝3个分量值，

P_(r,g,b)＝f(r,g,b)/N²

其中f(r,g,b)为特征三元组(r,g,b)出现的频数，N为图像的尺度，定义离散的图像熵H为：

采用H.264或MPGE4编码方法对待压缩编码图像进行压缩编码。

本发明还提供了一种应用于上述视频监控系统的联合告警追踪方法，包括分布式多视点视频管理器，分布式多视点视频管理器包括顺序连接的多视点视频编码模块、告警模块、联合告警追踪模块和多摄像头管理模块；如图3所示，具体方法为：

启动时，告警模块加载告警策略；多摄像头管理模块加载摄像头配置信息，对各IP摄像头进行初始配置；

一旦有摄像头捕获告警信息或者监控中心出发告警，则通过预置的主IP摄像头捕获告警区域图像；为了保证邻近摄像头捕获更多主摄像头未获取到的信息，可采用主摄像头和邻近摄像头做相关性比较。

主IP摄像头与邻近IP摄像头的相关性R的计算公式如下：

其中：I_(r,g,b)，J_(r,g,b)分别是主IP摄像头和邻近IP摄像头的RGB像素值。

预设相关性下限k1和相关性上限k2：

如果k1<＝R<＝k2，则表示邻近IP摄像头位置合适；

如果R<k1，则邻近IP摄像头向主IP摄像头拍摄位置正向调整；

如果R>k2，则邻近IP摄像头向主IP摄像头拍摄位置反向调整；

在正向或反向调整过程中再次计算计算主IP摄像头与邻近IP摄像头的相关性，直到k1<＝R<＝k2，或者逼近相关性下限k1或者逼近相关性上限k2为止；

最后邻近IP摄像头捕获告警区域图像。

本发明可用于海上风电视频监控，具有高效的多视点视频压缩编码算法，可利用联合告警追踪算法从多角度提供告警点的视频监控。本发明在提供高清视频数据和提供告警实时追踪的同时，可以避免视频数据的冗余传输和存储。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.视频监控系统，其特征在于，包括：监控中心、分别与监控中心无线连接的多个分布式多视点视频管理器、与所述分布式多视点视频管理器一一对应设置的摄像头组；所述摄像头组包含多个IP摄像头，各IP摄像头分别与分布式多视点视频管理器连接；

所述分布式多视点视频管理器包括顺序连接的多视点视频编码模块、告警模块、联合告警追踪模块和多摄像头管理模块；

多视点视频编码模块对摄像头组输出的视频流进行压缩编码后分别传输至监控中心及告警模块，告警模块根据预置的告警策略或者监控中心发出的告警信息输出各IP摄像头的调整信息，联合告警追踪模块对调整信息进行二次优化生成控制指令，多摄像头管理模块根据控制指令对各IP摄像头进行参数调整，实现告警点无死角信息捕获。

2.根据权利要求1所述的视频监控系统，其特征在于，每个所述摄像头组中不超过10个IP摄像头。

3.根据权利要求1所述的视频监控系统，其特征在于，所述分布式多视点视频管理器还包括视频存储模块，用于存储各路视频压缩编码后的数据。

4.根据权利要求1所述的视频监控系统，其特征在于，所述多摄像头管理模块包括：

图像画质切换模块：根据各IP摄像头输出的图像内容及画质进行IP摄像头选择切换；

变焦控制模块：用于控制各IP摄像头变焦；

旋转控制模块：用于控制各IP摄像头拍摄角度。

5.视频压缩编码方法，其特征在于，包括多个IP摄像头、从IP摄像头获取视频流的多视点视频编码模块；

从摄像头组中选取一个IP摄像头作为参考摄像头，将参考摄像头拍摄的视频图像作为参考图像；依次选择与参考摄像头最邻近的IP摄像头拍摄的视频图像进行压缩编码，具体如下：

从待压缩编码图像左上角开始，按照行优先的原则，依次选择16×16像素大小的图像块，在参考图像的相应位置进行遍历搜索匹配，判断待压缩编码图像与参考图像之间是否存在冗余：

如果不存在冗余，则直接对待压缩编码图像进行压缩编码；

如果存在冗余，则计算冗余图像熵H；

根据经验值预设图像熵的三个阈值k1，k2，k3，其中k1，k2，k3满足条件：0<k1<k2<k3；

当图像熵H满足0<＝H<＝k1时，采用2×2像素的图像块代替原先16×16像素的图像块进行编码；

当图像熵H满足k1<H<＝k2时，采用4×4像素的图像块代替原先16×16像素的图像块进行编码；

当图像熵H满足k2<H<＝k3时，采用8×8像素的图像块代替原先16×16像素的图像块进行编码；

当图像熵H满足H>k3，保留原先16×16像素的图像块进行编码；

重复以上步骤直到完成整幅图像的编码，并依次完成其它IP摄像头的视频图像编码。

6.根据权利要求5所述的视频压缩编码方法，其特征在于，判断待压缩编码图像与参考图像之间是否存在冗余的方法如下：

将16×16像素大小的图像块，在参考图像的相应位置进行遍历搜索匹配，计算图像差值，并将图像差值与预设阈值k相比较，若图像差值大于k，则待压缩编码图像与参考图像之间存在冗余，否则不存在冗余；

所述图像差值的计算方法为：依次计算图像块与参考图像对应位置单个像素点r，g，b三个分量相减的绝对值，再将所有绝对值累加即得图像差值。

7.根据权利要求5所述的视频压缩编码方法，其特征在于，计算冗余图像熵H的具体方法如下：

选择冗余图像的RGB值作为空间特征向量，记为(r,g,b)，其中r、g、b表示一个像素点对应的红、绿、蓝3个分量值，

P_(r，g，b)＝f(r,g,b)/N²

其中f(r,g,b)为特征三元组(r,g,b)出现的频数，N为图像的尺度，定义离散的图像熵H为：

<mrow> <mi>H</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>r</mi> <mo>,</mo> <mi>g</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mn>255</mn> </munderover> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>r</mi> <mo>,</mo> <mi>g</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> <mo>*</mo> <msub> <mi>logP</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>r</mi> <mo>,</mo> <mi>g</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> </mrow>

8.根据权利要求5所述的视频压缩编码方法，其特征在于，采用H.264或MPGE4编码方法对待压缩编码图像进行压缩编码。

9.联合告警追踪方法，其特征在于，包括分布式多视点视频管理器，所述分布式多视点视频管理器包括顺序连接的多视点视频编码模块、告警模块、联合告警追踪模块和多摄像头管理模块；

启动时，告警模块加载告警策略；多摄像头管理模块加载摄像头配置信息，对各IP摄像头进行初始配置；

一旦有摄像头捕获告警信息或者监控中心出发告警，则通过预置的主IP摄像头捕获告警区域图像；

计算主IP摄像头与邻近IP摄像头的相关性R；

预设相关性下限k1和相关性上限k2：

如果k1<＝R<＝k2，则表示邻近IP摄像头位置合适；

如果R<k1，则邻近IP摄像头向主IP摄像头拍摄位置正向调整；

如果R>k2，则邻近IP摄像头向主IP摄像头拍摄位置反向调整；

在正向或反向调整过程中再次计算计算主IP摄像头与邻近IP摄像头的相关性，直到k1<＝R<＝k2，或者逼近相关性下限k1或者逼近相关性上限k2为止；

邻近IP摄像头捕获告警区域图像。

10.根据权利要求9所述的联合告警追踪方法，其特征在于，计算主IP摄像头与邻近IP摄像头的相关性R的方法如下：

<mrow> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;Sigma;I</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>r</mi> <mo>,</mo> <mi>g</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>r</mi> <mo>,</mo> <mi>g</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> </mrow> <msqrt> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;Sigma;I</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>r</mi> <mo>,</mo> <mi>g</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> <msup> <msub> <mi>&amp;Sigma;J</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>r</mi> <mo>,</mo> <mi>g</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mfrac> </mrow>

其中：I_(r,g,b)，J_(r,g,b)分别是主IP摄像头和邻近IP摄像头的RGB像素值。