CN111479048A - 一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及监控装置技术领域，尤其为一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备，包括图像通道处理模块、图像编码处理模块、视频流处理服务器、边缘智能处理模块等，数据采集模块采集原始图像数据后，原始数据经由图像通道处理模块进行分流处理并分别传送至视频流处理服务器、边缘智能处理模块，其中，边缘智能处理模块对编码后数据根据相应的智能算法进行处理。本发明，解决现有传统视频图像处理设备图像处理能力弱，无法满足高清摄像机的发展带来的海量大数据即使处理的问题，达到减少视频数据的上传，降低视频存储空间，高效处理提取视频有用信息的作用，同时满足视频数据的实时传输，缓解带宽压力，节省监控终端存储空间的技术效果。

Description

一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备
技术领域
本发明涉及监控装置技术领域，具体为一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备。
背景技术
由于视频监控技术日渐被安全防范领域所重视，视频监控已遍布生活的各个角落，如主要路口、街区、商场、校园等场所都架设有监控摄像头(包括部分智能摄像头)，视频监控技术的广泛应用，带来海量的视频图像处理数据，以及极大的存储需求，对视频图像处理平台的要求也越来越高，现有视频图像处理平台往往采用云计算视频处理系统，虽然云计算模型的集中式计算和存储模式增加了视频数据的安全和可靠性，但不可避免的存在一些问题，首先当海量的视频数据传输至云计算中心时对网络带宽的要求较高，这导致视频的实时性不能得到保障；其次，云计算模型需要存储和管理大量的冗余视频数据，这相应的增加了存储节点的能耗；最后，视频数据的任务处理集中在云计算平台，这加大了对云计算视频服务器的处理负担。
现有智能摄像机主要存在俩个问题，一，当前智能图像处理设备，部分配备有图像处理模块，但仅仅具有基本的计算能力，图像处理能力弱，无法满足高清摄像机的发展带来的海量大数据处理要求，缺乏更专业对更大规模数据的实时分析处理能力；二，现有智能摄像处理设备主要应用在专业型行业性摄像机，面对对象往往是专业化特定领域场景的视频图像处理，这种智能摄像处理设备的图像处理模块对图像的处理往往依据事先规定的算法，无法与接收后端终端发出的指令，也无法变更使用场景，因此，针对上述问题提出一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备，包括数据采集模块、图像通道处理模块、边缘智能处理模块、视频流处理服务器和无线路由模块，其特征在于：所述数据采集模块与图像通道处理模块连接，所述边缘智能处理模块与视频流处理服务器内部都包括图像编码处理模块并分别与图像通道处理模块和无线路由通信连接，所述边缘智能处理模块内嵌有高性能嵌入式处理器，高性能嵌入式处理器的中央处理器(CPU)部分由两个ARM v864位CPU 集群组成，所述边缘智能处理模块基于边缘计算，将计算任务迁移至边缘端，通过模块内部具备的深度学习、GPU计算、计算机视觉的处理能力，对图像进行处理，在海量图像数据中提取出关键信息，所述高性能嵌入式处理器会实时的对图像通道处理模块传来的视频流数据信息进行综合分析处理，具备可扩展性，用户可动态添加或删除边缘计算应用，根据应用场景需求加载所需算法进行图像特征分析、图像分类、图像识别与跟踪等图像处理步骤，所述边缘智能处理模块包括图像处理能力，所述图像处理能力实时的对图像通道处理模块传来的视频流数据信息以及后端监控终端传送的信息进行综合分析处理，根据应用场景需求加载所需算法进行图像特征分析、图像分类、图像识别与跟踪、特定图像数据的保存提取等图像处理步骤，并将处理结果发送回监控终端，同时输出高清的H264码流进行摄像，所述包括神经网络协处理器，可以运行庞大复杂的深度神经网络，同时可以加载用户开发的不同神经网络算法，对边缘端视频流进行智能视频分析，具有强大的人工智能运算能力，所述边缘智能处理模块包括不同应用场景加载对应算法，在边缘智能处理模块中依据需求，对算法进行修改迭代，使得智能视频图像处理设备具备在各种场景下的通用性，同时边缘智能处理模块设有多个数据交互接口，以及HDMI显示接口，为不同的软硬件扩充预留有装配空间，满足智能视频图像处理设备的功能扩展需求。
优选的，所述数据采集模块包含高清摄像头，所述高清摄像头为CSI接口摄像头。
优选的，所述图像通道处理模块对由数据采集模块传输而来的数据进行分流处理后，分别传输至边缘智能处理模块和视频流处理服务器。
优选的，所述图像编码处理模块分别位于视频流处理服务器和边缘智能处理模块内部，对来自图像通道处理模块的原始视频流图像信息进行编码处理，提供视频编码方式，保证具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像。
优选的，所述视频流处理服务器内嵌入一颗超高清视频处理芯片，所述视频流处理服务器内部包含有与边缘智能处理模块内部相似的图像编码处理模块，对由通道处理模块传输来的视频流提供视频编码服务，提供包括视频增强、图像拼接、视频叠加等预处理操作，同时提供输出视频TCP流服务，通过媒体播放器以及终端进行实时的播放。
优选的，所述边缘智能处理模块对传来的视频流通过智能算法处理后，得到处理结果信息，所述边缘智能处理模块与无线路由模块电性相连，将处理结果信息经由无线路由模块与外部相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该智能视频图像处理设备不仅具有监视摄像的功能，还集成了高性能嵌入式计算能力，可广泛用于视频图像处理、计算机视觉、视频跟踪，机器学习等领域，本发明的智能视频图像处理设备基于边缘计算，利用边缘智能处理模块提供的高性能处理能力，在系统设备前端布置计算工作任务，高效处理提取有用信息，不仅可以保证高速图像处理能力，还可以满足视频数据的实时传输，缓解带宽压力，节省监控终端存储空间，提升系统智能分析与处理能力的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备整体结构示意图；
图2为本发明一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备图像处理设备架构图；
图中：1、高清摄像头；2、数据采集模块；3、图像通道处理模块；4、图像编码处理模块；5、视频流处理服务器；6、边缘智能处理模块；7、无线路由模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备，主要包括高清摄像头1、数据采集模块2、图像通道处理模块3、图像编码处理模块4、视频流处理服务器5、边缘智能处理模块6，无线路由模块7。
进一步，数据采集模块2包含高清摄像头1，采用树莓派摄像头模块 Camera v2.1，但不仅代指一种，高清摄像头为CSI接口摄像头，目的用于采集监控现场内原始高清图像数据，为设备采集模块提供1080p分辨率图像。
进一步，的图像通道处理模块3接收数据采集模块2传来的编码后图像，并在此对编码后的视频流进行分流，并行输出为满足不同的需求的俩个流，视频流之间参数互不干扰且完全相同，一部分直接传送到视频流处理服务器 5，一部分传送到边缘智能处理模块6对传入图像进行智能化处理。既可以满足图像处理智能分析的需求，也可以满足视频录像的需要，同时双重的视频流传输也有效的保证了视频流的完整性，防止图像丢失造成的信息缺失。
进一步，图像编码处理模块4分别位于视频流处理服务器5和边缘智能处理模块6内部，对来自图像通道处理模块3的原始视频流图像信息进行编码处理。提供且并不仅限于h264的视频编码方式，保证具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像。
进一步，视频流处理服务器5，内嵌入一颗超高清视频处理芯片，可以支持最高4K级别超高清像素支持h264、h265编码，其码流可控制在最低384kbit 每秒到最大160Mbit每秒。本设备采用1080P分辨率，h264编码方式。视频流处理服务器5内部包含有与边缘智能处理模块6内部相似的图像编码处理模块4，对由通道处理模块传输来的视频流提供视频编码服务，可提供包括视频增强、图像拼接、视频叠加等预处理操作。同时提供输出视频TCP流服务，可以通过媒体播放器以及终端进行实时的播放。便于与边缘智能处理模块进行联动显示，方便管理员对视频的查看。
进一步，边缘智能处理模块6承担了本智能视频图像处理设备的图像处理核心工作，基于边缘计算提供边缘分析和智能服务，边缘智能处理模块6 内嵌有高性能嵌入式处理器10，高性能嵌入式处理器10的中央处理器(CPU) 部分由两个ARM v8 64位CPU集群组成，上述高性能嵌入式处理器10并不特指代指一种型号，多种芯片可做选择。
进一步，高性能嵌入式处理器10包括的神经网络协处理器采用NVIDIA 的TX2处理器，可以运行庞大复杂的深度神经网络，同时可以加载用户开发的不同神经网络算法，对边缘端视频流进行智能视频分析，具有强大的人工智能运算能力。我们运用神经网络协处理器来对编码后的视频流通过自定义神经网络算法进行智能综合分析处理，包括深度学习、计算机视觉、GPU计算等众多功能都能部署实现，基于用户的需求，不同应用场景加载不同应用程序，程序部署简单，实现视频流数据在边缘智能处理模块即得到处理，只将处理结果信息向后端传输。
进一步，高性能嵌入式处理器10会实时的对图像通道处理模块传来的视频流数据信息进行综合分析处理，具备可扩展性，用户可动态添加或删除边缘计算应用，根据应用场景需求加载所需算法进行图像特征分析、图像分类、图像识别与跟踪等图像处理步骤，其中不同应用场景所需算法不同，可直接在边缘智能处理模块根据需求，对算法进行修改迭代。此特性便于在边缘端部署复杂的人工智能应用，加快了应用开发过程。
进一步，边缘智能处理模块6预装有Linux开发环境，设有多个数据交互接口，以及HDMI显示接口，对不同的智能算法预留有装配空间，满足智能视频图像处理设备的功能扩展需求。
进一步，边缘智能处理模块6对传来的视频流通过智能算法处理后，得到处理结果信息，边缘智能处理模块6与无线路由模块7电性相连，将处理结果信息经由无线路由模块7与外部相连。
进一步，无线路由模块7将TCP流服务器发送而来的TCP流以及边缘智能处理模块6传来的处理结果信息进行数据传输转发交换处理，在周围的设备多媒体播放器可通过访问地址实时观看由TCP流服务器发送而来的TCP流，来及时观看图像数据，判断是否出错，上述多媒体播放器可以是VLC，但并不特指一种多媒体播放器。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备，包括数据采集模块、图像通道处理模块、边缘智能处理模块、视频流处理服务器和无线路由模块，其特征在于：所述数据采集模块与图像通道处理模块连接，所述边缘智能处理模块与视频流处理服务器内部都包括图像编码处理模块并分别与图像通道处理模块和无线路由通信连接，所述边缘智能处理模块内嵌有高性能嵌入式处理器，所述高性能嵌入式处理器的中央处理器(CPU)部分由两个ARMv8 64位CPU集群组成，所述边缘智能处理模块基于边缘计算，将计算任务迁移至边缘端，通过模块内部具备的深度学习、GPU计算、计算机视觉的处理能力，对图像进行处理，在海量图像数据中提取出关键信息，所述高性能嵌入式处理器会实时的对图像通道处理模块传来的视频流数据信息进行综合分析处理，具备可扩展性，用户可动态添加或删除边缘计算应用，根据应用场景需求加载所需算法进行图像特征分析、图像分类、图像识别与跟踪等图像处理步骤，所述边缘智能处理模块包括图像处理能力，所述图像处理能力实时的对图像通道处理模块传来的视频流数据信息以及后端监控终端传送的信息进行综合分析处理，根据应用场景需求加载所需算法进行图像特征分析、图像分类、图像识别与跟踪、特定图像数据的保存提取等图像处理步骤，并将处理结果发送回监控终端，同时输出高清的H264码流进行摄像，所述包括神经网络协处理器，可以运行庞大复杂的深度神经网络，同时可以加载用户开发的不同神经网络算法，对边缘端视频流进行智能视频分析，具有强大的人工智能运算能力，所述边缘智能处理模块包括不同应用场景加载对应算法，在边缘智能处理模块中依据需求，对算法进行修改迭代，使得智能视频图像处理设备具备在各种场景下的通用性，同时边缘智能处理模块设有多个数据交互接口，以及HDMI显示接口，为不同的软硬件扩充预留有装配空间，满足智能视频图像处理设备的功能扩展需求。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备，其特征在于：所述数据采集模块包含高清摄像头，所述高清摄像头为CSI接口摄像头。
3.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备，其特征在于：所述图像通道处理模块对由数据采集模块传输而来的数据进行分流处理后，分别传输至边缘智能处理模块和视频流处理服务器。
4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备，其特征在于：所述图像编码处理模块分别位于视频流处理服务器和边缘智能处理模块内部，对来自图像通道处理模块的原始视频流图像信息进行编码处理，提供视频编码方式，保证具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像。
5.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备，其特征在于：所述视频流处理服务器内嵌入一颗超高清视频处理芯片，所述视频流处理服务器内部包含有与边缘智能处理模块内部相似的图像编码处理模块，对由通道处理模块传输来的视频流提供视频编码服务，提供包括视频增强、图像拼接、视频叠加等预处理操作，同时提供输出视频TCP流服务，通过媒体播放器以及终端进行实时的播放。
6.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的智能视频图像处理设备，其特征在于：所述边缘智能处理模块对传来的视频流通过智能算法处理后，得到处理结果信息，所述边缘智能处理模块与无线路由模块电性相连，将处理结果信息经由无线路由模块与外部相连。
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