CN1906942A - 监控系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种监控系统和方法。该监控系统包括：编码器，对拍摄的监控区域的图像执行可分级视频编码；预解码器，将包含关于编码的图像的质量的信息的比特流处理成适合于解码所需的图像质量级别的形式，并输出该比特流；解码器，对输出的比特流解码；和控制器，控制解码所需的图像质量级别。因此，在获取当发生特定事件时所拍摄的图像的高质量数据、以低带宽传输拍摄的图像数据和减小在调整将被显示和/或存储的图像的质量时的计算量的同时，可减小记录的图像数据量。

Description

监控系统及其使用方法
                            技术领域
本发明涉及一种监控系统，更具体地讲，涉及一种监控系统及其使用方法。
                            背景技术
监控系统被广泛应用于百货商店、银行、工厂、展览大厅和私人住宅，以用于防止盗窃或抢劫或者易于检查机器运转和处理流程。监控系统采用一个或多个摄像装置来拍摄多个被监控的区域，并通过安装在用于管理的中央控制室中的监控器来显示这些区域。监控系统还存储记录的图像数据以备后用，例如，当需要核查特定事件时使用。
通常，由于多媒体数据量较大，所以图像数据需要大容量的存储介质和用于传输的宽带宽。例如，分辨率为640*480的24位真彩图像每帧需要640*480*24位的容量，即，每帧大约7.37Mbit的数据。当以每秒30帧的速度传输该图像时，需要每秒221Mbit的带宽。当基于这种图像的90分钟的电影被存储时，需要大约1200Gbit的存储空间。因此，需要压缩编码方法来传输包括文本、视频和音频的图像数据。
数据压缩的基本原理在于去除数据冗余。可通过去除空间冗余、时间冗余或心理视觉冗余来压缩数据，空间冗余是指同一颜色或对象在图像中重复的情况，时间冗余是指在运动图像的相邻帧之间几乎没有变化或者在音频中相同的声音重复的情况，心理视觉冗余考虑了高频所引起的人的视野和感知。
根据源数据是否丢失，数据压缩可分为有损/无损压缩，根据是否独立地压缩各帧，数据压缩可分为帧内/帧间压缩，根据压缩所需的时间与恢复所需的时间是否相同，数据压缩可分为对称/非对称压缩。对于文本或医学数据，通常使用无损压缩。对于多媒体数据，通常使用有损压缩。同时，帧内压缩通常用于去除空间冗余，帧间压缩通常用于去除时间冗余。
对于图像数据的传输和存储，压缩编码技术是必需的。视频压缩算法不仅减小了图像数据的传输带宽，而且还提高了用于存储图像数据的存储介质的利用率。
                          发明内容
                          技术问题
通常，为了提高监控系统所实现的安全性，增加摄像装置的数量。通过使用视频压缩技术来压缩从多个摄像装置发送的视频信号，并将其存储在存储系统中以备后用。然而，即使是压缩的视频信号也包含大量数据，而且随着摄像装置数量的增加或视频时间长度的增加，需要更多的存储容量。
为了减小图像数据量，一些监控系统被设计为以低视觉质量或低帧频对拍摄的图像编码，从而使得与特定事件相关的场景以低视觉质量或低帧频被存储。这使得难以通过影像屏幕精确地读取期望的信息，从而会阻碍监控系统的固有功能。
使用监控系统是为了便于监控多个区域和存储当特定事件(例如，工厂内的机器故障或入侵检测)发生时的相关信息，以使必要时核查在发生日期和时间的事件情况。因此，必须以高帧频和高视觉质量拍摄监控区域的视频和存储拍摄的图像。然而，存储在没有发生特定事件的大多数时间期间拍摄的其余图像严重浪费存储系统中的空间。
同时，为了同时显示从摄像装置接收的多信道图像，监控系统将监控屏幕划分为多个区域(例如，4个或16个区域)，并在该屏幕上同时显示通过多个信道传输的视频信号。
为此，解码器为每个视频信号重构传输的图像数据，并根据屏幕上的每个划分区域的分辨率来生成低分辨率的重构图像以用于显示。此外，当发生特定事件时，或者应用户的请求，在预定时间段内，屏幕的适当区域上的视频图像被放大显示，而其余区域上的图像可被缩小或者不显示。对大容量的视频信号执行以上操作加重了解码器的计算负担。
由于传统的监控系统具有根据上述应用类型的各种问题，所以需要一种有效使用监控系统的方法。
                            技术解决方案
本发明提供了一种监控系统和方法，该监控系统和方法使用可分级视频编码技术以低视觉质量或低帧频显示和存储所拍摄的图像以及当特定事件发生时以高分辨率或视觉质量或高帧频显示和存储拍摄的图像。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种监控系统，包括：编码器，对拍摄的监控区域的图像执行可分级视频编码；预解码器，将包含关于编码的图像的质量的信息的比特流处理成适合于解码所需的图像质量级别的形式，并输出该比特流；解码器，对输出的比特流解码；和控制器，控制解码所需的图像质量级别。
所述监控系统还可包括：事件检测传感器，检测监控区域中特定事件的发生；多图像处理器，将单个显示屏幕划分成多个子屏幕，并调整将显示解码的图像的位置；和存储单元，存储解码的图像。在这种情况下，还将用于控制解码所需的图像质量级别的控制器设置在编码器端。
优选地，当发生特定事件时，或者应用户的请求，所述控制器自动调整解码所需的图像质量级别，并且优选地，所述图像质量根据分辨率、视觉质量或帧频来确定。
优选地，已发生特定事件的监控区域的图像或用户请求的监控区域的图像以高分辨率、高视觉质量或高帧频被显示或存储。除已发生特定事件的监控区域或者用户请求的监控区域之外的区域的图像以低分辨率、低视觉质量或低帧频被显示或存储。
根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种使用监控系统的方法，该方法包括：对拍摄的监控区域的图像执行可分级视频编码；将包含编码的图像的质量的比特流处理成适合于解码期间所需的图像质量级别的形式来进行预解码；对处理的比特流解码；和控制解码所需的图像质量级别。
优选地，当发生特定事件时，或者应用户的请求，自动地调整解码所需的图像质量。另外，优选地，图像质量级别根据分辨率、视觉质量或帧频来确定。
                            附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它特征和优点将变得更清楚，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的监控系统的方框图；
图2是传统的可分级视频编码器的示意性方框图；
图3是根据本发明的第二实施例的监控系统的方框图；
图4是根据本发明的第三实施例的监控系统的方框图；
图5是根据本发明的第四实施例的监控系统的方框图；和
图6是示出根据本发明实施例的使用监控系统的方法的流程图。
                            具体实施方式
现在将参考附图来详细描述监控系统和使用该系统的方法。
图1是根据本发明的第一实施例的监控系统的方框图。参考图1，所述监控系统包括：多个摄像装置112、114、...和116，拍摄多个监控区域1至n；编码器122、124、...和126，使用可分级(scalable)视频编码技术对由所述多个摄像装置112、114、...和116产生的图像编码；预解码器132、134、...和136，以调整将被解码的比特流的帧频、视觉质量和分辨率的方式对接收的比特流执行预定处理；解码器142、144、...和146，对编码的视频信号解码；多图像处理器150，划分屏幕以指定屏幕上多幅图像将显示的位置；控制器160，控制用户请求时或者当发生特定事件时预解码器132、134、...和136以及多图像处理器150的操作；用户接口170，将用户的请求传送到控制器160；和显示器180，显示解码的图像。
多个摄像装置112、114、...和116安装在监控区域1至n中，用于拍摄。
编码器122、124、...和126对由摄像装置112、114、...和116产生的视频信号执行可分级视频编码。可分级视频编码使得能够以多种分辨率、质量和帧频对单个压缩的比特流进行部分编码，其已作为一种允许在可极大变化的通信环境中进行有效的信号表示和传输的有前景的方法出现。现在将参考图2来描述可分级视频编码器。
图2是传统的可分级视频编码器的示意性方框图。
参考图2，运动估计器210将将对其进行运动估计的当前帧中的块与对应的参考帧的块进行比较，并获取该当前帧的最佳运动矢量。
时间滤波器220使用关于由运动估计器210确定的运动矢量的信息来执行时间滤波。对于时间滤波，运动补偿时间滤波(MCTF)、无约束MCTF(UMCTF)和提供时间可分级性的其它时间冗余去除技术可被使用。时间可分级性是指调整运动视频的帧频的能力。
空间变换器230从已去除时间冗余或已进行了时间滤波的帧中去除空间冗余。在去除空间冗余时，必须提供空间可分级性。空间可分级性是指调整视频分辨率的能力，对于空间可分级性，使用小波变换。
在目前已知的小波变换中，一帧被分解成四个部分(象限)。与整个图像基本相同的四分之一大小的图像(L图像)出现在该帧的一个象限中，从L图像重构整个图像所需的信息(H图像)出现在其它三个象限中。
以相同的方式，L帧可被分解成四分之一大小的LL图像和重构L图像所需的信息。使用小波变换的图像压缩被应用于JPEG 2000标准中，其去除了帧之间的空间冗余。此外，小波变换使得原始的图像信息能够被存储在变换的图像中，所述变换的图像是原始图像的缩小版本，从而允许提供空间可分级性的视频编码。
通过空间变换，时间滤波的帧被转换成变换系数。然后，这些变换系数被传送到嵌入式量化器240进行量化。嵌入式量化器240执行嵌入式量化以将实数的变换系数转换成整数的变换系数。
通过对变换系数执行嵌入式量化，不仅可减小将被传输的信息量，而且还可实现信噪比(SNR)可分级性。SNR可分级性是指调整视频质量的能力。术语“嵌入式”用于表示编码的比特流包括量化。换句话说，按视觉重要性的顺序创建压缩的数据，或按视觉重要性对压缩的数据进行标记。实际的量化(视觉重要性)级别可以是解码器或传输信道的函数。
如果带宽、存储容量和显示资源允许，则可无损地重构图像。否则，对图像的量化级别仅达到与大多数有限的资源允许的级别。目前使用的嵌入式量化算法有EZW、SPIHT、EZBC和EBCOT。在示例性实施例中，可使用任何已知的算法。
如上所述，可分级视频编码技术的使用使得解码器能够在必要时自由地调整视频的分辨率、视觉质量或帧频。为了实现这个功能，需要预解码器。
预解码器132、134、...和136的每个截去输入的将被解码的比特流的部分。
对于由提供时间、空间和SNR可分级性的可分级视频编码技术编码的视频信号，预解码器132、134、...和136的每个应控制器160的请求去除所述比特流的部分，并将其分辨率、视觉质量和帧频已被调整的比特流传送到相应的解码器142、144、...和146。
也就是说，预解码器132、134、...和136的每个以满足预设的分辨率、视觉质量和帧频的方式来去除所述比特的部分。由于在没有特定事件发生时的正常时间期间监控区域1至n的每个的图像的重要性级别低，所以优选地，预解码器132、134、...和136的每个以这样的方式来处理所述比特流，即，以低视觉质量或低帧频重构视频信号。因此，监控区域1至n的每个的图像以低视觉质量被显示和存储。在这种情况下，解码的数据的量较小，因而存储空间也较小。
此外，当屏幕被划分为多个区域以同时显示多幅图像时，为了根据屏幕上划分的区域的大小调整将被解码的图像的分辨率，预解码器132、134、...和136的每个通过去除比特流的部分使得重构的图像保持低级的分辨率。
解码器142、144、...和146按编码器122、124、...和126对视频信号编码的顺序相反的顺序分别对从预解码器132、134、...和136接收的比特流解码。
多图像处理器150以同时在单个屏幕上显示从多个解码器142、144、...和146接收的图像的方式划分屏幕，并调整划分的屏幕区域中将显示图像的位置。显示器180在单个屏幕上显示多幅图像。
控制器160以这样的方式控制预解码器132、134、...和136的每个的操作，即，当发生特定事件时，以高于正常的分辨率、质量或帧频的分辨率、质量或帧频显示适当的监控区域的图像。此外，控制器160以这样的方式控制多图像处理器150，即，根据每幅图像的不同分辨率调整屏幕上的区域的数量和所显示的每幅图像的位置。
例如，当用户通过用户接口170请求近距离细看监控区域1的图像时，控制器160允许第一预解码器132仅仅传递输入的比特流而不进行任何修改。在这种情况下，由于与监控区域1的视频信号相应的比特流如同其被编码的那样被输入到解码器142进行解码，所以监控区域1的图像以增加的视觉质量或增加的帧频被显示或存储。
这增加了视频分辨率，从而允许监控区域1的图像被放大显示或存储。在这种情况下，控制器160控制预解码器132、134、...和136的每个的操作，以使其余的监控区域2至n的图像以较低质量被显示或存储。当发生特定事件的监控区域的图像由于分辨率增加而被显示在整个屏幕上时，控制器160可控制多图像处理器150在短时间内不显示其余区域中的图像。
图3是根据本发明的第二实施例的监控系统的方框图。
参考示意性地示出根据第二实施例的监控系统的图3，事件检测传感器312、314、...和316分别安装在图1的监控系统中显示的监控区域1至n中，检测随后被转发到控制器320的未经许可的入侵者或机器故障。事件检测传感器312、314、...和316可以是红外传感器、光学传感器或被设计为检测特定事件的各种其它的装置。
当监控区域1中的事件检测传感器312检测到特定事件并警告控制器320发生该事件时，控制器320自动地控制相应的预解码器332的操作，以使表示从监控区域1接收的视频信号的整个比特流被传送到解码器352。在这种情况下，从与监控区域1相应的编码器342接收的比特流被不经处理地转发到解码器352进行解码，而且监控区域1的图像可以以高质量被显示。
也就是说，发生特定事件的区域的图像以高帧频、高视觉质量和高分辨率被解码，然后被自动放大显示在显示器360的整个屏幕上。因此，用户可监控相关区域的高质量的图像。此外，通过将特定事件发生时拍摄的图像以高质量存储在存储单元(未显示)中，当随后需要核查该事件时，可精确地详核该事件。
尽管在图1和图3所示的示例性实施例中包含发生特定事件的区域的图像的整个比特流没有经过预解码器调整而被解码，但是本发明将不限于此。例如，当在特定事件发生时所拍摄的图像以高于正常质量的质量(高视觉质量、高分辨率或高帧频)被显示时，预解码器可对从适当区域转发的比特流执行适当的修改处理。
此外，当相关区域的图像的分辨率增加时，控制器可控制每个预解码器的操作，以使其余区域(图3的示例性实施例中的监控区域2至n)的图像可以以低于先前的质量或帧频的质量或帧频被显示。
以这种方式，可获得当特定事件发生时所拍摄的图像和在其它正常时间期间所拍摄的图像的分辨率、质量和帧频的各种组合。因此，显示和存储根据图像是在特定事件发生时被拍摄还是在其它时间期间被拍摄而具有不同质量的图像的步骤将被解释为包括在本发明中。
图4是根据本发明的第三实施例的监控系统的方框图。
参考图4，除预解码器412、414、...和416位于编码器端之外，根据本发明的第三实施例的监控系统的组件与参考图1或图3描述的那些相应的组件具有相同的功能和结构。将预解码器412、414、...和416的每个定位在编码器端使得编码的比特流的部分被预解码器去除以传送到解码器，从而减小发送到解码器的传输带宽。因此，当拍摄监控区域、对拍摄的图像编码以进行传输的编码器端和对从每个编码器端接收的视频比特流解码以进行显示或存储的解码端之间的网络条件不利(例如，解码器与编码器相距甚远)时，使预解码器位于编码器端可能更有效。
在每个示例性实施例中，编码端和解码端可通过有线或无线网络连接。
此外，当预解码器位于编码器端时，可使根据检测传感器的警报信号自动地控制预解码器的操作的控制器位于编码器端中。图5显示了如此构造的监控系统。
图5是根据本发明的第四实施例的监控系统的方框图。
参考图5，检测特定事件发生的事件检测传感器将检测信号发送到自动控制每个预解码器的操作的控制器510，从而调整将被显示在显示器上或被存储在存储单元中的每个监控区域的图像质量。
此外，根据本发明实施例的监控系统包括用于存储将通过每个解码器被解码的图像数据的存储单元。
如上所述，当特定事件发生时所拍摄的图像以高质量被存储，而在正常时间期间所拍摄的图像以低质量被存储。
图6是示出根据本发明实施例的使用监控系统的方法的流程图。
参考示出根据本发明实施例的使用监控系统的方法的流程图的图6，在步骤S110中，在各摄像装置拍摄期间所产生的视频信号被各编码器编码。在这种情况下，使用可分级视频编码技术来执行编码。在步骤S120中，控制器确定特定事件的发生，并且如果没有特定事件发生，则在步骤S130中，控制器控制每个预解码器的操作，以调整将被解码的比特流，以使图像以预设的质量被重构。优选地，以在正常时间期间以低质量显示和存储每个监控区域的图像的方式来调整比特流。在步骤S150中，其质量已被预解码器调整的比特流被每个解码器解码，并在步骤S160中被显示和存储。
当发生特定事件时，为了以高质量显示和存储发生该特定事件的区域的图像，在步骤S140中，控制器允许与适当区域相应的预解码器调整比特流以使图像可以以高质量被解码。在这种情况下，控制器可控制预解码器调整将被解码的比特流，以使其余区域的图像以低于先前质量的质量被重构。在步骤S150中，被预解码器调整的比特流被解码端的每个解码器解码，并在步骤S160中被显示和存储。
根据用户对特定区域的图像的请求或者由安装在每个区域中的事件检测传感器产生的警报信号来检查特定事件的发生。
                     产业上的可利用性
上述实施例使用可分级视频编码技术以使在正常时间期间拍摄的图像以低质量，即，低帧频和低视觉质量被显示和存储，而使当特定事件发生时所拍摄的图像以高质量，即，高分辨率、高视觉质量和高帧频被显示和存储。这使得可有效地存储和使用拍摄的图像。
在总结该详细的描述时，本领域的技术人员应该理解，在实质上不脱离本发明的原理的情况下，可对优选实施例进行许多变化和修改。因此，所公开的本发明的优选实施例仅用于一般和描述意义，而不用于限制的目的。

Claims (23)

1、一种监控系统，包括：
编码器，对拍摄的监控区域的图像执行可分级视频编码；
预解码器，将包含编码的图像的质量信息的比特流处理成适合于解码所需的图像质量级别的形式，并输出处理的比特流；
解码器，对输出的比特流解码以提供解码的图像；和
控制器，控制解码所需的图像质量级别。
2、如权利要求1所述的监控系统，还包括：
事件检测传感器，检测监控区域中特定事件的发生；
多图像处理器，将单个显示屏幕划分成多个子屏幕，并调整将显示解码的图像的位置；和
存储单元，存储解码的图像。
3、如权利要求2所述的监控系统，其中，还将用于控制解码所需的图像质量级别的控制器设置在编码器端。
4、如权利要求2所述的监控系统，其中，当发生特定事件时，控制器自动调整解码所需的图像质量级别。
5、如权利要求4所述的监控系统，其中，所述图像质量根据分辨率、视觉质量和帧频中的至少一个来确定。
6、如权利要求5所述的监控系统，其中，已发生特定事件的监控区域的图像以高分辨率、高视觉质量和高帧频中的至少一个被显示。
7、如权利要求6所述的监控系统，其中，除已发生特定事件的监控区域之外的区域的图像以低分辨率、低视觉质量和低帧频中的至少一个被显示。
8、如权利要求1所述的监控系统，还包括：用户接口，可用于当特定事件发生时允许用户调整解码所需的图像质量级别。
9、如权利要求2所述的监控系统，还包括：用户接口，可用于当特定事件发生时允许用户调整解码所需的图像质量级别。
10、如权利要求5所述的监控系统，其中，已发生特定事件的监控区域的图像以高分辨率、高视觉质量和高帧频中的至少一个被存储。
11、如权利要求6所述的监控系统，其中，除已发生特定事件的监控区域之外的区域的图像以低分辨率、低视觉质量和低帧频中的至少一个被存储。
12、一种使用监控系统的方法，该方法包括：
对拍摄的监控区域的图像执行可分级视频编码；
使用预解码器将包含编码的图像的质量信息的比特流处理成适合于解码所需的图像质量级别的形式；
控制解码所需的图像质量级别；和
对处理的比特流解码。
13、如权利要求12所述的方法，其中，当发生特定事件时，所述解码所需的图像质量被自动调整。
14、如权利要求13所述的方法，其中，所述图像质量级别根据分辨率、视觉质量和帧频中的至少一个来确定。
15、如权利要求14所述的方法，其中，已发生特定事件的监控区域的图像以高分辨率、高视觉质量和高帧频中的至少一个被显示。
16、如权利要求15所述的方法，其中，除已发生特定事件的监控区域之外的区域的图像以低分辨率、低视觉质量和低帧频中的至少一个被显示。
17、如权利要求12所述的方法，其中，当发生特定事件时，所述解码所需的图像质量被用户调整。
18、如权利要求14所述的方法，其中，已发生特定事件的监控区域的图像以高分辨率、高视觉质量和高帧频中的至少一个被存储。
19、如权利要求15所述的方法，其中，除已发生特定事件的监控区域之外的区域的图像以低分辨率、低视觉质量和低帧频中的至少一个被存储。
20、一种监控方法，包括：
使用可分级视频编码对拍摄的监控区域的图像编码；
根据特定事件的发生以预定编码质量对编码的图像进行预解码以提供预解码的图像；和
对预解码的图像解码。
21、如权利要求20所述的方法，其中，所述预定编码质量是当特定事件发生时的第一质量、以及特定事件没有发生时不同于所述第一质量的第二质量。
22、如权利要求21所述的方法，其中，所述第二质量不及所述第一质量。
23、如权利要求22所述的方法，其中，在分辨率、视觉质量和帧频中的至少一个方面，所述第二质量不及所述第一质量。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication