CN111787185B - 一种vpu平台下的多路摄像头数据实时处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VPU平台下的多路摄像头数据实时处理的方法，包括以下步骤：S1、提出一个通用的VPU平台下单路摄像头数据的处理逻辑来实现数据的实时获取和实时处理；S2、提出一个或多个VPU下多路摄像头数据的并发处理逻辑来进一步扩大摄像头视频流的处理路数；S3、提出一个或多个VPU下多路摄像头数据的同步处理逻辑来解决多路视频流数据需要单独处理的情况；本发明的有益效果是：通过在单个或多个VPU平台下，提出了一种通过多线程同步和并发的方法以及多线程共享队列的方法，高效实时地处理多路视频流数据，尽可能地减少CPU的负担以及内存的占用。

Description

一种VPU平台下的多路摄像头数据实时处理的方法
技术领域
本发明涉及数据实时处理技术领域，具体为一种VPU平台下的多路摄像头数据实时处理的方法。
背景技术
随着国家“智慧城市”和“智慧交通”的推广和宣传力度日益增强，城市监控摄像头的覆盖率越来越高，庞大且冗杂的视频数据给数据的分析造成了巨大的挑战，特别是随着图像处理技术中深度学习的兴起，这更加给数据智能分析和实时处理带来了巨大的困难，究其核心原因就是计算能力不足以及缺乏实时处理的方法。
近年来，尽管高性能GPU(GraphicsProcessingUnit，图形处理器)在服务器端处于垄断地位，但随着边缘端数据智能分析和实时处理的需求，低成本高性能低功耗的VPU(VisionProcessingUnit，视觉处理器)在边缘设备中的地位不容忽视，通过VPU的算力，在边缘侧执行基本的检测和识别任务并将结果转发给云端，完成VPU在边缘端的功能，但如何通过有限的VPU的数量实现多路摄像头视频流数据的高效实时处理成为了一大难题。
针对上述不足，本发明的目的在于提出一种VPU平台下的多路摄像头数据实时处理的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种VPU平台下的多路摄像头数据实时处理的方法，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VPU平台下的多路摄像头数据实时处理的方法，包括以下步骤：
S1、提出一个通用的VPU平台下单路摄像头数据的处理逻辑来实现数据的实时获取和实时处理，首先对每路摄像头数据建立三个线程，所述三个线程包括第一线程、第二线程和第三线程，所述第一线程用来对视频流数据进行解码，并结合适当的跳帧来实时获取数据，所述第二线程用来监听视频获取线程是否正常工作，所述第三线程用来处理视频流数据，第一线程主要通过开源包实时解码视频流数据，并检查视频数据处理线程是否处理结束，当视频数据处理完成，即将当前图片送给视频数据处理线程进行处理，加上跳帧的机制，使图片处理线程可以实时拿到当前时刻的摄像头数据，该线程还做了一些保护机制，解码拿到图片后判断获取图片是否非空，如果为空，就重新打开视频流，通过这些基本的机制保证视频获取线程正常工作，所述第二线程为每隔一段时间判断活动帧数和心跳帧数是否相等，如果相等，则表明在此次间隔时间内，视频获取线程没有工作，则此时监听线程应该重启视频获取线程，否则则将心跳帧数赋值为活动帧数，通过这种监听的机制进一步确保视频流获取线程正常工作；
S2、提出一个或多个VPU下多路摄像头数据的并发处理逻辑来进一步扩大摄像头视频流的处理路数；
S3、提出一个或多个VPU下多路摄像头数据的同步处理逻辑来解决多路视频流数据需要单独处理的情况；
S4、提出基于多线程共享队列的多路视频流同步实时处理逻辑来避免多路摄像头视频流数据同步处理中某几个线程持续抢占锁的情况的发生。
作为优选，所述第三线程通过调用VPU处理视频图片中大算力要求的任务，从而加快视频数据的处理速度，当处理结束后，再将数据转发至Web端或云端。
作为优选，所述步骤S2中多路摄像头数据之间相互独立，通过多线程并行处理视频流的方式，即多个处理线程同时请求VPU，根据不同的VPU型号，VPU可以串行或并行处理多路视频流数据，达到同时处理多路摄像头数据的要求。
作为优选，所述步骤S2中通过增加VPU的数目，进而进一步扩大摄像头视频流的路数，或在在同等视频流路数下，进一步减少每一路视频的处理时间，进而达到实时处理视频流数据。
作为优选，所述步骤S3中采用锁的机制来实现多路视频流数据的同步处理，通过使用互斥锁只让一路视频数据得到处理，其他处理线程将阻塞。
作为优选，所述步骤S4中通过多线程共享队列的思想，让每一路视频流数据都能得到及时的处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在单个或多个VPU平台下，提出了一种通过多线程同步和并发的方法以及多线程共享队列的方法，高效实时地处理多路视频流数据，尽可能地减少CPU的负担以及内存的占用。
附图说明
图1为本发明方法中多摄像头数据处理中单路视频流数据的处理逻辑；
图2为本发明方法中基于并发思想的单VPU多路视频流实时处理的方法；
图3为本发明方法中基于同步思想的单VPU多路视频流实时处理的方法；
图4为本发明方法中基于多线程共享队列实现的多路视频流同步实时处理的简化方法。
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1-4，本发明提供一种技术方案：一种VPU平台下的多路摄像头数据实时处理的方法，包括以下步骤：
S1、提出一个通用的VPU平台下单路摄像头数据的处理逻辑来实现数据的实时获取和实时处理，首先对每路摄像头数据建立三个线程，所述三个线程包括第一线程、第二线程和第三线程，所述第一线程用来对视频流数据进行解码，并结合适当的跳帧来实时获取数据，所述第二线程用来监听视频获取线程是否正常工作，所述第三线程用来处理视频流数据，第一线程主要通过开源包实时解码视频流数据，并检查视频数据处理线程是否处理结束，当视频数据处理完成，即将当前图片送给视频数据处理线程进行处理，加上跳帧的机制，使图片处理线程可以实时拿到当前时刻的摄像头数据，该线程还做了一些保护机制，解码拿到图片后判断获取图片是否非空，如果为空，就重新打开视频流，通过这些基本的机制保证视频获取线程正常工作，所述第二线程为每隔一段时间判断活动帧数和心跳帧数是否相等，如果相等，则表明在此次间隔时间内，视频获取线程没有工作，则此时监听线程应该重启视频获取线程，否则则将心跳帧数赋值为活动帧数，通过这种监听的机制进一步确保视频流获取线程正常工作；
S2、提出一个或多个VPU下多路摄像头数据的并发处理逻辑来进一步扩大摄像头视频流的处理路数；
S3、提出一个或多个VPU下多路摄像头数据的同步处理逻辑来解决多路视频流数据需要单独处理的情况；
S4、提出基于多线程共享队列的多路视频流同步实时处理逻辑来避免多路摄像头视频流数据同步处理中某几个线程持续抢占锁的情况的发生。
其中，所述第三线程通过调用VPU处理视频图片中大算力要求的任务，从而加快视频数据的处理速度，当处理结束后，再将数据转发至Web端或云端。
其中，所述步骤S2中多路摄像头数据之间相互独立，通过多线程并行处理视频流的方式，即多个处理线程同时请求VPU，根据不同的VPU型号，VPU可以串行或并行处理多路视频流数据，达到同时处理多路摄像头数据的要求。
其中，所述步骤S2中通过增加VPU的数目，进而进一步扩大摄像头视频流的路数，或在在同等视频流路数下，进一步减少每一路视频的处理时间，进而达到实时处理视频流数据。
其中，所述步骤S3中采用锁的机制来实现多路视频流数据的同步处理，通过使用互斥锁只让一路视频数据得到处理，其他处理线程将阻塞。
其中，所述步骤S4中通过多线程共享队列的思想，让每一路视频流数据都能得到及时的处理。
实施例：
该方法首先提出了单个摄像头视频流数据的处理逻辑，首先开启了三个线程，第一路用来获取视频流数据，主要通过开源包实时解码视频流数据，并检查视频数据处理线程是否处理结束，当视频数据处理完成，即将当前图片送给视频数据处理线程进行处理，加上跳帧的机制，使图片处理线程可以实时拿到当前时刻的摄像头数据，该线程还做了一些保护机制，解码拿到图片后判断获取图片是否非空，如果为空，就重新打开视频流，通过这些基本的机制保证视频获取线程正常工作；第二个线程主要来监听获取视频线程是否正常工作，具体就是每隔一段时间判断活动帧数和心跳帧数是否相等，如果相等，则表明在此次间隔时间内，视频获取线程没有工作，则此时监听线程应该重启视频获取线程，否则则将心跳帧数赋值为活动帧数，通过这种监听的机制进一步确保视频流获取线程正常工作；第三个线程为图片处理线程，通过调用VPU处理视频图片中大算力要求的任务，从而加快视频数据的处理速度，这也是三个线程中的核心，当处理结束后，再将数据转发至Web端或云端；
通过一个线程持续视频获取，另一个线程进行视频图像处理，根据图片处理的时间和延时的时间，设置视频获取中跳帧的大小，通过两个线程协同工作，达到实时处理视频流的目的，比起通过单线程取完图像再去处理图像最后再回来取，再跳帧可以达到更快的视频流处理速度；跳帧在实时获取和处理图像中的作用也非常重要，默认rtsp流视频流数据需要实时去解码，否则视频流数据就是静止的，数据存储在摄像头的缓冲队列中，所以在下一次来取摄像头数据时，必须根据延时长度来设置相应跳帧大小，这样才能达到当前时刻获取摄像头当前抓下的数据；在实际情况中高达八路以上的视频流数据，此时八个线程同时对视频流进行解码，会给CPU造成严重的负担，导致后面的处理线程时间延长，所以实际情况下须权衡考虑；
然后提出了多路摄像头视频流数据并行处理的工作逻辑，此处省略了每一路视频流中的监听线程，此时，多路摄像头数据之间相互独立，通过多线程并行处理视频流的方式，即多个处理线程同时请求VPU，根据不同的VPU型号，VPU可以串行或并行处理多路视频流数据，达到同时处理多路摄像头数据的要求，进而达到实时处理视频流数据；通过增加VPU的数目，进而进一步扩大摄像头视频流的路数，或在在同等视频流路数下，进一步减少每一路视频的处理时间，提高视频处理的实时性；
提出了多路摄像头视频流数据同步处理的工作逻辑，在某些情况下，需要多路视频流数据单独执行，其中包括串行处理机制的VPU，当视频处理线程中需要频繁访问VPU的任务过多时，这样会造成单路处理时间大大延长；或者VPU的并发性能较差时，这时也应该让视频处理线程单独执行；本方法采用锁的机制来实现多路视频流数据的同步处理，通过使用互斥锁只让一路视频数据得到处理，其他处理线程将阻塞；通过这种方式，达到让处理线程单独执行，同时由于线程锁内部竞争协同的机制，可以保证线程不会出现持续抢占的情况；如果视频路数过多，考虑到线程阻塞的时长，将互斥锁换成超时互斥锁，即线程阻塞超过一定时长还没拿到锁的占有权，即暂时放弃拿锁，回去取摄像头当前时刻的图，确保处理的数据是当前时刻的图，通过超时互斥锁，可以让视频流数据得到实时处理；通过增加VPU的数目，进而进一步扩大摄像头视频流的路数，或在在同等视频流路数下，进一步减少每一路视频的处理时间，提高视频处理的实时性。
为了避免多路摄像头视频流数据同步处理中某几个线程持续抢占锁的情况的发生，提出了基于多线程共享队列实现的多路视频流同步实时处理的逻辑，让每一路视频流数据都能得到即时的处理。即让每个视频获取线程在解码完当前摄像头的数据后都去检查共享队列中该路图片是否被处理，当检测到被处理后，即去抢占控制共享队列的互斥锁，将当前视频获取线程所获得的最新图片压进共享队列，再释放锁，同时限制共享队列长度，保证不会过度占用内存。每一个视频获取线程都按这个逻辑操作，可以保证每一路视频流数据都得到处理，不会出现某一路视频数据持续抢断的情况。此时获得执行锁的视频处理线程去拿共享队列的互斥锁，拿到锁后获取共享队列头部的数据，并从共享队列中将该数据删除，再释放锁，每一路视频处理线程都按这个逻辑操作，可以避免单路摄像头数据流被持续处理的情况。
为了减少多线程共享队列中启动的线程数，即减少多线程并发导致CPU的负担，可以将多个视频处理线程中合并为一个处理线程，这非常符合同步的思想，即同时只有一个处理线程在执行，同时减少了多个视频处理线程中锁的使用，避免了竞争的产生，其中每个视频获取线程何时将该路视频图片压进共享队列，也是通过检查共享队列，看该路视频图片是否存在于共享队列中。
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 (3)

1.一种VPU平台下的多路摄像头数据实时处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、通过一个VPU平台实现单路摄像头数据的实时获取和实时处理，首先对每路摄像头数据建立三个线程，所述三个线程包括第一线程、第二线程和第三线程，所述第一线程为视频获取线程，所述第一线程用来对视频流数据进行解码，并结合适当的跳帧来实时获取数据，所述第二线程用来监听视频获取线程是否正常工作，所述第三线程用来处理视频流数据；
所述第一线程主要通过开源包实时解码视频流数据，并检查第三线程是否处理结束，当视频数据处理完成，即将当前图片送给第三线程进行处理，加上跳帧的机制，使第三线程可以实时拿到当前时刻的摄像头数据，该第一线程设置保护机制，解码拿到图片后判断获取图片是否非空，如果为空，就重新打开视频流，通过上述机制保证视频获取线程正常工作；
所述第二线程为监听线程，所述第二线程每隔一段时间判断活动帧数和心跳帧数是否相等，如果相等，则表明在此次间隔时间内，视频获取线程没有工作，则此时监听线程应该重启视频获取线程，否则则将心跳帧数赋值为活动帧数，通过这种监听的机制进一步确保视频流获取线程正常工作；
S2、通过一个或多个VPU实现多路摄像头数据的并发处理来进一步扩大摄像头视频流的处理路数，多路摄像头数据之间相互独立，通过多线程并行处理视频流的方式，即多个处理线程同时请求VPU，根据不同的VPU型号，VPU可以串行或并行处理多路视频流数据，实现同时处理多路摄像头数据；
S3、基于多线程共享队列的多路视频流同步实时处理来避免多路摄像头视频流数据同步处理中某几个线程持续抢占锁的情况的发生，每个视频获取线程在解码完当前摄像头的数据后都去检查共享队列中该路图片是否被处理，当检测到被处理后，即去抢占控制共享队列的互斥锁，将当前视频获取线程所获得的最新图片压进共享队列，再释放锁，同时限制共享队列长度，保证不会过度占用内存；每一个视频获取线程都按这个逻辑操作，可以保证每一路视频流数据都得到处理，不会出现某一路视频数据持续抢断的情况；此时获得执行锁的视频处理线程去拿共享队列的互斥锁，拿到锁后获取共享队列头部的数据，并从共享队列中将该数据删除，再释放锁，每一路视频处理线程都按这个逻辑操作，可以避免单路摄像头数据流被持续处理的情况。
2.根据权利要求1所述的一种VPU平台下的多路摄像头数据实时处理的方法，其特征在于：所述第三线程通过调用VPU处理视频图片中大算力要求的任务，从而加快视频数据的处理速度，当处理结束后，再将数据转发至Web端或云端。
3.根据权利要求2所述的一种VPU平台下的多路摄像头数据实时处理的方法，其特征在于：所述步骤S2中通过增加VPU的数目，进而进一步扩大摄像头视频流的路数，或在在同等视频流路数下，进一步减少每一路视频的处理时间，进而达到实时处理视频流数据。
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