DE10083904B4 - Datenspeicher- und Reduktionsverfahren für digitale Bilder und ein Überwachungssystem, das dieses Verfahren verwendet - Google Patents

Datenspeicher- und Reduktionsverfahren für digitale Bilder und ein Überwachungssystem, das dieses Verfahren verwendet Download PDF

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Abstract

Datenspeicher- und Reduktionsverfahren, bei dem digitale Bilder oder Gruppen aus Bildern bei chronologischen Positionen in einer chronologischen Reihenfolge gespeichert werden, welche die Zeitpunkte widerspiegeln, zu denen die Bilder erzeugt wurden,
mit folgenden Verfahrensschritten:
Zuordnen von entsprechenden qualitativen Werten zu den gespeicherten Bildern oder Gruppen von Bildern;
wiederholtes Aktualisieren der qualitativen Werte abhängig von der momentanen chronologischen Position der gespeicherten Bilder oder Gruppen von Bildern innerhalb der chronologischen Reihenfolge;
Auswählen eines bestimmten Bildes oder einer Gruppe von Bildern mit dem geringsten qualitativen Wert aus den gespeicherten Bildern oder Gruppen von Bildern; und Komprimieren oder Löschen des ausgewählten Bildes oder der Gruppe von Bildern.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein Datenspeicher- und Reduktionsverfahren für digitale Bilder, die eine chronologische Reihenfolge aufweisen. Spezieller betrifft die Erfindung ein Überwachungssystem, das ein solches Verfahren nutzt und eine Kamera, eine digitale Speichereinrichtung und eine Bildspeicher-Steuereinrichtung aufweist, die mit der Kamera betrieblich gekoppelt sind, wobei die Speichereinrichtung mehrere Bilder von der Kamera empfängt und die Bilder in der Speichereinrichtung digital speichert, wobei die Bilder eine chronologische Reihenfolge aufweisen, welche Zeitpunkte widerspiegelt, zu denen die Bilder erzeugt wurden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Speichern solcher digitalen Bilder.
  • Hintergrund der Erfindung
  • EP 08 59 523 A2 offenbart ein Verfahren zum Aufzeichnen eines digitalen Videosignals in entweder einem „High Quality"-Modus oder in einem Langzeit-Modus. In dem Verfahren wird die Bitrate des aufgezeichneten Bildes durch Kompression verringert, die Komplexität des eingegangenen Videosignals erfaßt und die Kompressionsrate abhängig von der Komplexität des Videosignals verändert. Zusätzlich ist eine Kompression nicht beweglicher Bilder und im Falle von geringer Aufzeichnungskapazität vorgesehen.
  • Die JP 10-13857 A offenbart ein Videosystem mit einer Überwachungsvideokamera, wobei in einem normalen Zustand ein Schwarz-Weiß-Aufzeichnungsmodus und beim Auftreten eines Fehlers ein Farb-Aufzeichnungsmodus gewählt wird.
  • Überwachungskamerasysteme werden häufig zum Überwachen verschiedener Geschäftsbereiche verwendet, wie dem Zahlstellenfenster in einer Bank oder Spieltischen in einem Casino. Solche Überwachungssysteme wiesen üblicherweise analoge Videokameras auf, die kontinuierlich alle Aktivitäten in einer Überwachungszone auf einer Magnetbandkassette aufzeichnen, zum Beispiel einer Kassette der VHS-Norm. Solche Kassetten haben üblicherweise eine Nennaufzeichnungslänge von einigen Stunden, zum Beispiel 2, 4 oder 8 Stunden. Wenn die Videokassette vollständig bespielt ist, muß die Kassette von einer menschlichen Bedienungsperson durch eine leere Kassette ersetzt werden.
  • Die maximale Aufzeichnungszeit kann durch Reduzieren der Geschwindigkeit, mit der sich das Magnetband in bezug auf den Aufzeichnungskopf bewegt, erhöht werden, wodurch die Anzahl der pro Sekunde gespeicherten Bilder verringert wird. Auf diese Weise kann die ma ximale Aufzeichnungszeit für ein übliches VHS-Band auf zum Beispiel 48 Stunden verlängert werden, wodurch offensichtlich auch die Zeitspannen verlängert werden, nach denen die Kassette ausgetauscht werden muß. Mit dem Vorteil, daß die Bändern nicht zu häufig ausgetauscht werden müssen, geht jedoch der Nachteil einer erheblichen Verringerung der Bildqualität für die gesamte Aufzeichnungszeit einher.
  • In vergangenen Jahren sind digitale Videokameras auf den Markt gekommen. Solche Kameras erzeugen eine Folge digitaler Einzelaufnahmen (Schnappschüsse) oder Standbilder mit einer konstanten Rate. Europäische Kameras erzeugen zum Beispiel Bilder mit einer Rate von 25 Bildern oder Rahmen pro Sekunde (fps; frame per second), während U.S.-Kameras mit 30 fps arbeiten. Wenn die Folge der Bilder wieder abgespielt wird, ist das schnelle Umschalten zwischen den Bildern für einen menschlichen Betrachter erkennbar. Die Folge der Einzelbilder wird jedoch als ein kontinuierlicher Verlauf sich bewegender Bilder wahrgenommen.
  • Die Ausgangssignale der digitalen Kameras werden in einem geeigneten Speichermedium gespeichert, wie einer Magnetplatte (Festplatte), einer optischen Platte (CD, DVD) oder einem digitalen Magnetband (DAT). Ähnlich kann das Ausgangssignal analoger Kameras zu einer Folge digitaler Bilder digitalisiert werden, die auf einem solchen Speichermedium gespeichert werden können.
  • Die Bilder werden üblicherweise mit einem Datenkompressionsalgorithmus komprimiert, wie JPEG, MPEG, Wavelet- oder Fraktalkompression, wobei bestimmte Bildinformation verlorengeht und der Umfang des Speicherraums entsprechend reduziert wird. Die US-A-5 724 475 betrifft ein Mehrfachkamerasystem für die industrielle Überwachung, wobei Bildströme von mehreren Kameras asynchron transformiert werden können. Es ist aus der US-A-5 724 475 bekannt, Bilder zu komprimieren, bevor sie gespeichert werden, und es ist auch bekannt, in kamera-gestützten Überwachungssystemen eine Bildkompression einzusetzen. Da jedes digitale Bild sowieso eine große Menge Speicherraum benötigt (üblicherweise 10 bis 1000 kB), selbst wenn ein digitales Speichermedium hoher Dichte (high density) gemäß dem Stand der Technik verwendet wird, wird schließlich der gesamte verfügbare Speicherraum von der von der Kamera erzeugten Bilderfolge aufgebraucht. In einem solchen Fall besteht eine Option darin, zu einem anderen digitalen Speichermedium mit freiem Speicherplatz manuell umzuschalten, indem zum Beispiel eine Bedienungsperson eine Magnetplatte, eine optische Platte oder eine digitale Bandkassette austauscht.
  • Die Abhängigkeit von einer menschlichen Bedienungsperson, welche regelmäßig zusätzlichen Speicherplatz vorsieht, ist jedoch in vielen Anwendungen unerwünscht, insbesondere in Anwendungen, in denen das Überwachungssystem außerhalb der Betriebszeiten, zum Beispiel während des Abends oder nachts verwendet werden soll.
  • Eine naheliegende Art der automatischen Handhabung von Situationen, in denen das momentan verwendete Speichermedium mit digitalen Bildern vollständig oder beinahe vollständig gefüllt ist, ist die Opferung der ältesten Bilder auf einer First-In-First-Out(FIFO)-Basis, so daß der von den alten Bildern belegte Speicherraum kontinuierlich zum Speichern neuer Bilder wiederverwendet wird.
  • Diese Lösung hat jedoch wenigstens zwei Nachteile. Der erste besteht darin, daß vergangene Bildinformation nur begrenzt aufbewahrt wird. Jedes Speichermedium hat eine maximale Menge Speicherraum, die zum Speichern digitaler Information zur Verfügung steht. Unabhängig von dem tatsächlichen Wert der maximalen Größe des Speicherraums wird jedes Speichermedium nur eine bestimmte Anzahl Bilder speichern können, wobei diese Anzahl abhängig ist von der maximalen Speicherkapazität des Speichermediums, der Pixelauflösung jedes Bildes und der Frequenz oder Rate (fps) dieser Bilder. Wenn zum Beispiel ein bestimmtes Speichermedium nur eine Folge von Bildern speichern kann, die zum Beispiel zwei Stunden Aufzeichnungszeit entsprechen, gehen alle Ereignisse, die länger als zwei Stunden zurückliegen, vollständig und unwiderruflich verloren, wenn ein solches automatisches Verfahren zur Wiederverwendung des Speicherraums eingesetzt wird.
  • Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß eine solche automatische FIFO-Prozedur inhärent unter der Annahme arbeitet, daß die älteste Bildinformation immer die am wenigsten wichtige ist. In vielen Fällen kann jedoch bestimmte ältere Bildinformation tatsächlich viel wichtiger sein als bestimmte jüngere Bildinformation, zum Beispiel wenn ein Alarm aufgetreten ist und in dieser älteren Bildinformation enthalten ist.
    •
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine deutliche Verbesserung von kameragestützten Überwachungssystemen vorzusehen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, den Bereich der von einem Kameraüberwachungssystem aufgezeichneten und gespeicherten Bildinformation chronologisch zu erweitern, so daß chronologisch alte Bildinformation während einer längeren Zeitspanne aufbewahrt werden kann als bei Systemen des Standes der Technik.
  • Es ist eine weitere Aufgabe, eine verbesserte Darstellung von Bildern in bezug auf einen zurückliegenden Alarm vorzusehen. Es ist noch eine weitere Aufgabe, eine Option für einen Benutzer des Systems vorzusehen, um die chronologische Aufzeichnung von Bildinformation, die von dem System vorgesehen wird, dynamisch zu definieren.
  • Grundsätzlich werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß neue digitale Bilder mit einer hohen Bildqualität gespeichert werden und eine zeitabhängige Reduktion der Bildqualität für bestimmte ältere Bilder oder Bildergruppen vorgesehen wird, wodurch der für diese Bilder erforderliche Speicherraum reduziert wird.
  • Spezieller werden die Hauptziele der Erfindung durch ein Datenspeicher- und Reduktionsverfahren erreicht, bei dem digitale Bilder oder Gruppen aus digitalen Bildern bei chronologischen Positionen in einer chronologischen Reihenfolge gespeichert werden, welche die Zeitpunkte widerspiegelt, zu denen die Bilder erzeugt wurden, wobei die gespeicherten Bilder oder Gruppen aus Bildern entsprechenden Qualitätswerten zugeordnet sind; die Qualitätswerte werden abhängig von der momentanen chronologischen Position der gespeicherten Bilder oder Gruppen aus Bildern innerhalb der chronologischen Reihenfolge wiederholt aktualisiert; ein bestimmtes Bild oder eine bestimmte Gruppe aus Bildern mit dem niedrigsten Qualitätswert wird aus den gespeicherten Bildern oder Gruppen aus Bildern ausgewählt; und das bestimmte ausgewählte Bild oder die Gruppe aus Bildern wird komprimiert oder gelöscht.
  • Die Hauptaufgaben der Erfindung werden auch in einem Überwachungssystem erzielt, das eine Kamera, eine digitale Speichereinrichtung und eine Bildspeichersteuereinrichtung aufweist, die mit der Kamera betrieblich gekoppelt sind, wobei die Speichereinrichtung mehrere Bilder von der Kamera empfängt und die Bilder in der Speichereinrichtung digital speichert, wobei die Bilder eine chronologische Reihenfolge aufweisen, welche die Zeitpunkte widerspiegelt, zu denen die Bilder erzeugt wurden, und wobei die Bildspeichereinrichtung folgende Merkmale aufweist: eine erste Einrichtung zum wiederholten Aktualisieren der Qualitätswerte für einzelne Bilder oder Gruppen aus Bildern, die in der Speichereinrichtung gespeichert sind, wobei der Qualitätswert abhängig von einer momentanen chronologischen Position des je weiligen Bildes oder der Gruppe aus Bildern innerhalb der chronologischen Reihenfolge bestimmt wird; eine zweite Einrichtung zum Auswählen eines bestimmten Bildes oder einer Gruppe aus Bildern abhängig von seinem/ihrem Qualitätswert unter den in der Speichereinrichtung gespeicherten Bildern; und eine dritte Einrichtung zum Komprimieren oder Löschen des bestimmten Bildes oder der Gruppe aus Bildern.
  • Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der folgenden detaillierten Offenbarung, den Ansprüchen und den Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten beschrieben, in denen:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm zeigt, das ein Überwachungssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform darstellt;
  • 2a zeigt ein schematische Flußdiagramm der Hauptschritte eines Verfahrens gemäß der Erfindung;
  • 2b zeigt eine Alternative zu dem Flußdiagramm der 2a;
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm, das die Hauptkomponenten der bevorzugten Ausführungsform des Überwachungssystems darstellt;
  • 4, 5a–5e und 6a–6e sind graphische Illustrationen verschiedener Momentaufnahmen von Bildspeicherplänen.
    •
  • Detaillierte Offenbarung
  • 1 ist eine Gesamtdarstellung eines Überwachungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Eine Kamera 30 ist so angeordnet, daß sie eine Überwachungszone 10 überwacht, die jedes gegebene Volumen oder Gebiet sein kann, das aus welchen Gründen auch immer überwacht werden soll. Die Überwachungszone kann zum Beispiel ein ausgewählter Teil einer Bank, ein Postamt, ein Casino, eine Fabrik, Bürogelände, ein Gefängnis, ein Verwahrraum oder Aufenthaltsraum für Kriminelle, eine Polizeistation, ein privater Garten, eine Garage oder jedes andere Überwachungsgebiet sein. Für die folgende Offenbarung sei angenommen, daß die Kamera 30 eine digitale Videokamera ist, das heißt eine Kamera, die eine Folge von Einzelbildern oder Standbildern mit einer vorgegebenen Rate vorsehen kann, zum Beispiel mit 25 fps. Die Kamera 30 kann jedoch ebenso eine herkömmliche analoge Kamera sein, die einen analogen Videoausgang aufweist, der durch einen im Handel erhältlichen Bilddigitalisierer in digitale Bilder umgewandelt wird. Die Kamera 30 ist mit einer Bildspeicher-Steuereinrichtung 40 verbunden, die durch jeden im Handel erhältlichen Computer realisiert sein kann, wie einen PC oder eine Stand-Alone-Einrichtung, welche die Hardware- und Softwarelogik aufweist, die notwendig ist, um die unten in weiteren Einzelheiten beschriebenen Funktionen vorzusehen. Alternativ kann die Bildspeicher-Steuereinrichtung durch einen elektronischen Schaltkreis innerhalb der Kamera 30 realisiert sein.
  • Die Bildspeicher-Steuereinrichtung 40 ist mit einer Speichereinrichtung 50 mit wahlfreiem Zugriff betrieblich gekoppelt, wie einer Festplatte oder einem anderen digitalen Speichermedium. Das System kann auch einen Alarmdetektor 20 aufweisen, der mit der Bildspeicher-Steuereinrichtung 40 betrieblich gekoppelt und so angeordnet ist, daß er eine anomale Situation erfaßt, die innerhalb oder außerhalb der Überwachungszone 10 auftritt. Der Alarmdetektor 20, der unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben ist, kann zum Beispiel ein im Handel erhältlicher Infrarot-Bewegungsdetektor, ein Rauchdetektor, ein Feuchtigkeitsdetektor, ein magnetischer Tür- oder Fenstersensor, ein akustischer Sensor, ein Laserdetektor, ein manuell betätigter Alarmknopf etc. sein.
  • 2a zeigt einen Überblick über die Grundsätze des Betriebs des in 1 gezeigten Überwachungssystems. Die Kamera 30 ist wie zuvor erwähnt so angeordnet, daß sie eine kontinuierliche Folge digitaler Bilder erzeugt, welche Einzelbilder (Schnappschüsse) der momentanen Situation innerhalb der Überwachungszone 10 zu regelmäßig verteilten Zeitpunkten darstellt. Die Kamera 30 erzeugt die Bilder vorzugsweise mit einer konstanten Rate, wie 25 fps (Bilder oder Blöcke pro Sekunde). Die von der Kamera 30 erzeugten Bilder werden sequentiell an die Bildspeicher-Steuereinrichtung 40 geliefert, die in einem Schritt 100 jedes neue Bild empfängt.
  • In einem Schritt 110 ermittelt die Bildspeicher-Steuereinrichtung 40, ob momentan ausreichend Speicherplatz in der Speichereinrichtung 50 zur Verfügung steht. Wenn die Antwort Ja ist, wird die Steuerung an einen Schritt 120 übergeben, in dem das neue Bild an die Speichereinrichtung 50 weitergegeben und darin gespeichert wird. Wenn andererseits im Schritt 110 ermittelt wurde, daß nicht genug Speicherraum zur Verfügung steht, wird die Steuerung an einen Schritt 130 übergeben. Der Schritt 130, der ein Schlüsselelement dieser Erfindung ist, ist in den folgenden Abschnitten ausführlich beschrieben. Zusammengefaßt ist die Aufgabe des Schrittes 130, die Wichtigkeit der einzelnen Bilder oder Bildergruppen, die schon in der Speichereinrichtung 50 gespeichert sind, zu bewerten, eines oder mehr als eines dieser Bilder zur „Opferung" auszuwählen und dann entweder die Qualität des Bildes (der Bilder) zu reduzieren oder dieses/diese vollständig zu entfernen. Der Zweck ist die Freigabe von etwas Speicherraum, der groß genug ist, um ein im Schritt 100 empfangenes, neues Bild zu speichern. Nach der Freigabe des Speicherraums, wird die Steuerung wieder an den Schritt 110 gegeben, um zu überprüfen, ob der so freigegebene Speicherraum ausreichend ist, um das neue Bild zu speichern, das heißt ob nun in der Speichereinrichtung 50 ausreichend Speicherraum zur Verfügung steht.
  • Als eine Alternative zu den Prinzipien des grundsätzlichen Betriebs der 2a kann der Betrieb in zwei getrennte Prozesse aufgeteilt werden, wie in 2b gezeigt. Der erste Prozeß ist eine Endlosschleife, in der neue Bilder in einem Schritt 200 empfangen und in einem Schritt 220 in der Speichereinrichtung gespeichert werden. Danach wird die Steuerung an den Schritt 200 zurückgegeben, die Prozedur wird wiederholt, sobald das nächste neue Bild von der Kamera 30 ankommt. In einem zweiten Prozeß, der unabhängig von dem ersten Prozeß ist, wird in einem Schritt 210 ermittelt, ob in der Speichereinrichtung 50 genug Speicherraum zur Verfügung steht, zum Beispiel ob der freie oder nicht verwendete Speicherraum über oder unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt. Wenn das Ergebnis der Ermittlung im Schritt 210 positiv ist, wird die Steuerung sofort an den Anfang des Schritts 210 zurückgegeben. Anderenfalls wird ein Schritt 230 ausgeführt, der dem Schritt 130, der in Verbindung mit 2a beschrieben wurde, vollständig entspricht. Danach wird die Steuerung an den Anfang des Schrittes 210 zurückgegeben, wobei durch die Schritte 210 und 230 eine Endlosprozedur gebildet wird.
  • In 3 sind die Hauptkomponenten der Bildspeicher-Steuereinrichtung 40 gezeigt. Ein Bildspeichermodul 310 ist so angeordnet, daß es die Folge der neuen Bilder von der Kamera 30 empfängt und diese Bilder in der Speichereinrichtung 50 sequentiell speichert. Die Bildspeicher-Steuereinrichtung 40 umfaßt ferner ein Bildbewertungsmodul 320, ein Bildauswahlmodul 330 und ein Bildreduktionsmodul 340, welche insgesamt so angeordnet sind, daß sie die Operationen der Schritte 130 oder 230 in den 2a und 2b ausführen. Die Bildspeicher-Steuereinrichtung 40 umfaßt auch ein Speicherraum-Erfassungsmodul 350, das mit dem Bildbewertungsmodul 320, dem Bildauswahlmodul 330, dem Bildreduktionsmodul 340 und der Bildspeichereinrichtung 50 betrieblich verbunden ist. Ein Zeitzonenverwaltungsmodul 360 ist mit dem Bildbewertungsmodul 320, dem Bildspeichermodul 50 und einer Einrichtung 380 für die Interaktion mit dem Benutzer betrieblich verbunden. Letztere kann zum Beispiel ein Computer oder eine andere Einrichtung mit einer Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung sein, wie ein Tastenfeld, ein Monitor, eine cursorgesteuerte Einrichtung, ein Joystick, etc.
  • Schließlich ist ein Alarmhandhabungsmodul 370 mit dem Alarmdetektor 20 und dem Bildbewertungsmodul 320 betrieblich verbunden. Außer den oben beschriebenen Modulen umfaßt die Bildspeicher-Steuereinrichtung 40 eine Steuereinrichtung (controller) zum Steuern der einzelnen Operationen der Module 310–370 sowie aller Interaktionen zwischen diesen Modulen und mit der Kamera 30, dem Alarmdetektor 20, der Bildspeichereinrichtung 50 und der Einrichtung 380 für die Interaktion mit dem Benutzer. Die Steuereinrichtung kann als ein getrenntes Modul realisiert sein, das in 3 nicht gezeigt ist, oder die Funktionen der Steuereinrichtung können alternativ durch eines der Module 310–370 übernommen werden. Ferner können alle Teile der Bildspeicher-Steuereinrichtung 40 als Softwareroutinen realisiert werden, die auf einer Einrichtung ausgeführt werden, die Computerprogramme ausführen kann. Alternativ können einige oder alle der obigen Modulen als verschiedene Hardwareteile, wie integrierte Halbleiterschaltkreise, logische Gatter, diskrete analoge oder digitale Komponenten, Speicherkomponenten etc. realisiert werden.
  • Als nächstes werden drei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben.
  • Erste Ausführungsform
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Abdeckung der chronologisch alten (historischen) Videobilddaten vergrößert, indem ein Bruchteil der Bilder eliminiert wird, die dieser chronologisch älteren Information zuzuordnen sind, das heißt indem die Anzahl der Bilder pro Sekunde (fps) für bestimmte alte Videobilddaten reduziert wird. Der Benutzer oder Verwalter des Überwachungssystems kann über die Einrichtung 380 zur Interaktion mit dem Benutzer und das Zeitzonenverwaltungsmodul 360 eine Zeitzonentabelle spezifizieren. Eine vom Benutzer definierte Zeitzonentabelle kann zum Beispiel wie folgt aussehen:
    Figure 00100001
  • Die Zeitzonentabelle kann zum Beispiel nützlich sein, wenn die Zeit zwischen Wachrunden ungefähr 30 Minuten beträgt und wenn daher vorzugsweise eine Stunde Videospeicher mit voller Qualität, zum Beispiel 25 fps, zur Verfügung stehen soll. Wenn das Überwachungssystem anfänglich gestartet wird, ist die Bildspeichereinrichtung 50 mit Videobilddaten der vollen Qualität gefüllt, zum Beispiel 25 fps.
  • Sobald im Schritt 110 oder 210 durch das Speicherraumerfassungsmodul 350 ermittelt wurde, daß der verfügbare Speicherraum in der Speichereinrichtung 50 unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt, werden das Bildbewertungsmodul 320, das Bildauswahlmodul 330 und das Bildreduktionsmodul 340 beginnen, die älteren Teile der Videobildsequenz, die in der Speichereinrichtung 50 gespeichert ist, zu bearbeiten. Es sei angenommen, daß die Speichereinrichtung 50 399.960 Bilder speichern kann, und es sei weiter angenommen, daß die Bilder am Anfang mit maximaler Rate (fps) gespeichert sind, in diesem Fall 25 fps, so daß die Speichereinrichtung 50 voll läuft, kurz bevor 267 Minuten Videobilder gespeichert wurden. Bei dieser Gelegenheit greift das Bildbewertungsmodul 320 auf die Zeitzonentabelle zu, die von dem Zeitzonenverwaltungsmodul 360 verwaltet wird, und findet heraus, daß Videobilddaten, die älter als 60 Minuten sind, auf 15 fps reduziert werden sollen. Das Bildbewertungsmodul 320 fordert das Bildauswahlmodul 330 auf, die erforderte Reduktion der Videoqualität für Bilder, die älter sind als 60 Minuten, vorzunehmen. Demzufolge identifiziert das Bildauswahlmodul 330 die (25 – 15)/25 = 40% der Bilder, die älter sind als 60 Minuten und verworfen werden sollen. Das Bildreduktionsmodul 340 wird aufgerufen, um zehn Bilder aus den ursprünglich 25 Bildern innerhalb jeder Sekunde Videodaten zu löschen.
  • Wenn im Schritt 110/210 wieder ermittelt wird, daß in der Speichereinrichtung 50 praktisch kein Speicherraum zur Verfügung steht, werden als nächstes das Bildbewertungsmodul 320, das Bildauswahlmodul 330 und das Bildreduktionsmodul 340 den fps-Wert für solche Bilder von 15 auf 2 reduzieren, die älter als 180 Minuten sind. Auf diese Weise kann die Speichereinrichtung 50 Videobilddaten aufrechterhalten, die bis zu 1863 Minuten alt sind, im Vergleich zu den 267 Minuten maximaler Speicherzeit, wenn alle Bilder mit 25 fps gespeichert würden. Der Preis zur Erlangung einer solch erheblichen Erweiterung der maximalen Speicherzeit ist natürlich, daß die Videobildqualität für ältere Bilder verringert wird. Für Überwachungszwecke ist jedoch häufig sogar eine Videobildqualität von 2 fps ausreichend, um in den Videobildern enthaltene relevante Information zu identifizieren.
  • Der oben beschriebene Speicherplan ist in 4 graphisch dargestellt.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Überwachungsleistung weiter verbessert, indem eine Alarmeinstellungstabelle vorgesehen wird, die von dem Benutzer definiert und von dem Modul 360 verwaltet wird. Die Alarmeinstellungstabelle kann zum Beispiel wie folgt eingestellt werden:
    Figure 00110001
  • Wie aus der obigen Tabelle erkennbar ist, geht das Überwachungssystem abhängig von dem Auftreten eines Alarms, der von dem Alarmdetektor 20 erfaßt und dem Alarmverarbeitungsmodul 370 berichtet wird, in einen zweiten Modus. Abhängig davon werden das Bildbewertungsmodul 320, das Bildauswahlmodul 330 und das Bildreduktionsmodul 340 so betrieben, daß für Bilder mit einer Alarmsequenz höhere fps-Werte verwendet werden, wobei die Alarmsequenz zum Beispiel 5 Minuten vor dem Auftreten des tatsächlichen Alarms beginnt und 5 Minuten nach dem Alarm endet.
  • Ein beispielhafter Verlauf der Ereignisse ist in den 5a–5e gezeigt. Es wird angenommen, daß ein Alarmereignis zu einer Zeit T (Minuten) aufgetreten ist, und als Folge war der oben beschriebene Alarmmodus während 10 Minuten um das Alarmereignis herum aktiv. Die Graphen der 5a–5e zeigen die Bildratenverteilung bei T = 0 Minuten, T = 30 Minuten, T = 120 Minuten, T = 400 Minuten bzw. T = 2000 Minuten. Die 10-minütige Alarmsequenz wird durch eine dicke horizontale Linie angezeigt. Man beachte, daß für T = 120 und T = 400 (5c und 5d) die 2 fps-Zone früher endet als vorher. Mit anderen Worten wurde zum Speichern der 10-minütigen Alarmsequenz mit hoher Qualität die Qualität der langfristigen Speicherung reduziert, indem die älteren Bilder geopfert wurden. Im Gegenzug kann das System Alarmbildinformation (5e) mit 5 fps speichern, wobei diese Information wesentlich älter ist als die Grenze von 1863 Minuten der 4.
  • Zweite Ausführungsform
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die Bildspeicher-Steuereinrichtung so angeordnet, daß sie gemäß einem adaptiven Algorithmus arbeitet, der die gespeicherten Videobilddaten in Minuten gruppiert und einen Wichtigkeitsfaktor (Gewicht) oder qualitativen Wert für jede Minute ermittelt. Wenn ein Teil des Speicherraums der Speichereinrichtung 50 freigegeben werden muß, wird die Bildrate für die Minute der Videobilddaten mit dem geringsten Wert reduziert. Die Werte der einzelnen Minuten der Videodaten werden gemäß der folgenden Formel berechnet: Vn = An·F(T)/(T·fpsn), wobein ein eindeutiger Identifikator für jede Minute, Vn ein qualitativer Wert der Minute n, An ein Alarmgewicht der Minute n, F(T) eine zeitabhängige diskrete Funktion, die den Wichtigkeitsfaktor für Bilder unterschiedlichen Alters beschreibt, T das Alter der Bilder, das heißt die Anzahl der Minuten, die verstrichen sind, seit dem die Bilder innerhalb der jeweiligen Minuten erzeugt wurden, und fpsn die momentane Bildrate der Bilder in der jeweiligen Minute ist.
  • Die Funktion F(T) kann zum Beispiel gemäß der folgenden Regel eingestellt werden: F(T) = 100 wenn T < 60, 90 wenn 60 < T < 180, 80 wenn 180 < T < 600, und 70 wenn 600 < T
  • Während normaler Bedingungen wird An auf 1 gestellt und während eines Alarms und der den Alarm umgebenden Vor/Nach-Alarmsequenz von zum Beispiel 10 Minuten wird An auf 8 gestellt.
  • Die Bildspeicher-Steuereinrichtung wählt die spezifische Minute der Videodaten, die das geringste Gewicht Vn hat. Für die ausgewählte Minute der Videodaten wird die Bildrate (fps) um 50% reduziert, das heißt jedes zweite Bild wird aus der ausgewählten Minute der Videodaten gelöscht. Wenn die Bildqualität der ausgewählten Minute der Videodaten auf diese Weise reduziert wurde, wird ihr Gewicht Vn verdoppelt, wodurch verhindert wird, daß die ausgewählte Minute der Videodaten sofort wieder ausgewählt und die Bildqualität übermäßig reduziert wird.
  • Ein beispielhafter Ablauf von Ereignissen ist in den 6a–6e gezeigt. Bei diesem Beispiel beträgt die maximale Speicherkapazität der Speichereinrichtung 50 270.000 Bilder. Wenn die Bildrate für eine bestimmte Minute auf einen Wert unter 1 fps reduziert wurde, wird ferner die gesamte Bildfolge dieser Minute entfernt.
  • Dritte Ausführungsform
  • Gemäß einer dritten Ausführungsform ist die Bildspeicher-Steuereinrichtung 40 so ausgelegt, daß sie gemäß der folgenden Formel arbeitet, um die Wichtigkeit einzelner Bilder zu bewerten: V = W·K1/(momentane Zeit – Zeit der Bilderzeugung)wobei V der momentane Wert des Bildes ist, W das momentane Gewicht des Bildes ist und von dem Status der umgebenden Bilder abhängig ist, und K1 ein Wichtigkeitsfaktor ist, der das Zeitsegment beschreibt, zu dem das Bild gehört. Der Wichtigkeitsfaktor wird sehr hoch sein, wenn für ein gegebenes Zeitsegment immer die volle Videoqualität gewünscht wird, und der Wichtigkeitsfaktor wird auf einen niedrigen Wert für das am wenigsten wichtige/älteste Zeitsegment eingestellt.
  • Wenn ein benachbartes Bild entfernt wird, wird W für die zwei benachbarten Bilder mit einer Zahl größer als 1 multipliziert. Das Gewicht W wird auch zur Erhöhung der Wichtigkeit bestimmter Bilder verwendet. Wenn zum Beispiel ein Alarm von dem Alarmdetektor 20 erfaßt wird, erhalten Bilder, die zu einer bestimmten Zeitspanne vor dem Alarm sowie nach dem Alarm gehören, ein höheres W. Der Benutzer kann ferner bestimmte Zeitzonen hoher Wichtigkeit definieren. Wenn zum Beispiel die Zeit zwischen 17 Uhr und 24 Uhr als eine Zeit mit hohem Risiko betrachtet wird, kann das Gewicht für Bilder, die zu dieser Zeitspanne gehören, erhöht werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • Eine einfache, jedoch effektive Ausführungsform ist im folgenden beschrieben, bei der eine Reduktion der Bildqualität für einzelne Bilder anstatt von Bildergruppen (wie Minuten Videodaten) ausgeführt wird.
  • Zum Zwecke der Erläuterung sei als Beispiel angenommen, daß mehrere Bilder ABCDEFGHI in der Speichereinrichtung gespeichert werden, wobei die Bilder eine chronologische Reihenfolge aufweisen und das Bild A das älteste ist. Anfänglich erhalten alle Bilder AB ... I dasselbe Gewicht 1. Das Gewicht ist unten in Klammern angegeben:
    A(1) B(1) C(1) D(1) E(1) F(1) G(1) H(1) I(1)
  • Nun sei angenommen, daß die Bildspeicher-Steuereinrichtung die Notwendigkeit, eines der Bilder zu opfern, ermittelt hat, wobei das Bild A ausgewählt wird, weil A das älteste Bild ist und alle Bilder das gleiche Gewicht haben. Abhängig davon wird das Gewicht für benachbarte Bilder verdoppelt, das heißt in diesem Fall Bild B, was zu dem folgenden Fall führt:
    B(2) C(1) D(1) E(1) F(1) G(1) H(1) I(1)
  • Als nächstes wird das aus der Folge zu entfernende Bild C sein, obwohl das Bild B älter ist. Das höhere Gewicht des Bildes B überwiegt sein größeres Alter. Wenn das Bild C gelöscht wird, wird das Gewicht benachbarter Bilder verdoppelt, das heißt der Bilder B und D:
    B(4) D(2) E(1) F(1) G(1) H(1) I(1).
  • Das nächste zu löschende Bild wird E sein, und B wird nicht gelöscht, bis sein Alter die Erhöhung des Gewichtes überwiegt.
  • Weitere Ausführungsformen
  • Als eine Alternative zu den oben beschriebenen Lösungen, bei denen die erforderliche Reduktion der Bildqualität durch Reduktion der Bildrate (fps) für bestimmte Bildsequenzen erreicht wird, können die in der Speichereinrichtung 50 gespeicherten Bilddaten reduziert werden, indem ein Datenkompressionsalgorithmus, der an sich bekannt ist, auf die ausgewählten Bilder oder Bildfolgen angewendet wird. Als ein Beispiel können JPEG-Kompression, MPEG-Kompression, Fraktal-Kompression oder Wavelet-Kompression verwendet werden. Normalerweise werden die digitalen Bilder bereits bis zu einem gewissen Grad komprimiert sein, wenn sie anfänglich in der Speichereinrichtung 50 gespeichert werden. In einem solchen Fall umfaßt die Reduktion der Bildqualität die Erhöhung der Kompressionsrate und/oder die Anwendung eines anderen Kompressionsalgorithmus auf die anfänglich komprimierten Bilder. Alternativ kann die Reduktion der Qualität erreicht werden, indem Farbinformation für diese ausgewählten Bilder verworfen wird oder indem die Größe der einzelnen Bilder reduziert wird, zum Beispiel durch Opfern jedes zweiten Pixels in dem Bild.
  • Das anfängliche Gewicht oder der Wichtigkeitsfaktor, der einem entsprechenden einzelnen Bild zugewiesen wurde, kann ferner eine Funktion der Differenz zwischen dem in Rede stehenden Bild und dem vorhergehenden Bild sein. Wenn der Unterschied sehr groß ist (was eine An von Bewegung in der Überwachungszone 10 anzeigt, die möglicherweise von einem Alarmdetektor 20 erfaßt wird), wird dem in Rede stehenden Bild ein hohes Anfangsgewicht zugewiesen; wenn nicht, wird dem in Rede stehenden Bild ein niedriges Anfangsgewicht zugewiesen.
  • Vorteilhaft ist die Kamera 30 mit der Bildspeicher-Steuereinrichtung 40 und der Bildspeichereinrichtung 50 über ein im Handel erhältliches Computernetz verbunden. Die Kamera 30 kann somit eine im Handel erhältliche netzfähige Kamera sein, die an sich bekannt ist.
  • Die Erfindung wurde oben in bezug auf einige Ausführungsformen beschrieben. Andere Ausführungsformen als die oben beschriebenen liegen jedoch ebenfalls im Bereich der Erfindung gemäß den folgenden Ansprüchen.

Claims (15)

  1. Datenspeicher- und Reduktionsverfahren, bei dem digitale Bilder oder Gruppen aus Bildern bei chronologischen Positionen in einer chronologischen Reihenfolge gespeichert werden, welche die Zeitpunkte widerspiegeln, zu denen die Bilder erzeugt wurden, mit folgenden Verfahrensschritten: Zuordnen von entsprechenden qualitativen Werten zu den gespeicherten Bildern oder Gruppen von Bildern; wiederholtes Aktualisieren der qualitativen Werte abhängig von der momentanen chronologischen Position der gespeicherten Bilder oder Gruppen von Bildern innerhalb der chronologischen Reihenfolge; Auswählen eines bestimmten Bildes oder einer Gruppe von Bildern mit dem geringsten qualitativen Wert aus den gespeicherten Bildern oder Gruppen von Bildern; und Komprimieren oder Löschen des ausgewählten Bildes oder der Gruppe von Bildern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem chronologisch nicht benachbarte Bilder innerhalb der ausgewählten speziellen Gruppe von Bildern gelöscht werden, vorzugsweise zum Reduzieren eines fps-Wertes (Bild pro Sekunde-Wert).
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei JPEG-, MPEG-, Wavelet- oder Fraktal-Kompression auf das ausgewählte spezielle Bild oder die Gruppe von Bildern angewendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Information in bezug auf die Farbe einzelner Pixel in dem ausgewählten speziellen Bild oder der Gruppe von Bildern verworfen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei einzelne Pixel in dem ausgewählten speziellen Bild oder der Gruppe von Bildern verworfen werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch Erhöhen des qualitativen Wertes für Bilder, die chronologisch neben dem speziellen gespeicherten Bild oder der Gruppe von Bildern liegen.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der qualitative Wert für Bilder, die zu einem Alarm gehören, erhöht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die gespeicherten Videobilddaten in Minuten gruppiert und ein qualitativer Wert für jede Minute ermittelt wird; und dann, wenn Speicherraum freigegeben werden soll, die Bildrate (fps) für die Minute der Videobilddaten mit dem geringsten Wert reduziert wird, wobei die Werte der einzelnen Minuten der Videodaten gemäß der folgenden Formel berechnet werden: Vn = An·F(T)/(T·fpsn), wobein ein eindeutiger Identifikator für jede Minute ist, Vn ein qualitativer Wert der Minute n ist, An ein Alarmgewicht der Minute n ist, F(T) eine zeitabhängige diskrete Funktion ist, die den Wichtigkeitsfaktor für die Bilder unterschiedlichen Alters beschreibt, T die Anzahl der Minuten ist, welche verstrichen sind, seitdem die Bilder innerhalb der jeweiligen Minuten erzeugt wurden, und fpsn die momentane Bildrate der Bilder in der jeweiligen Minute ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die gespeicherten Videobilddaten in Minuten gruppiert und ein qualitativer Wert für jede Minute ermittelt wird; und dann, wenn Speicherraum freigegeben werden soll, die Bildrate (fps) für die Minute der Videobilddaten mit dem geringsten Wert reduziert wird, wobei die Werte der einzelnen Minuten der Videodaten gemäß der folgenden Formel berechnet werden: V = W·K1/(momentane Zeit – Zeit der Bilderzeugung), wobei V der momentane Wert des Bildes ist, W das momentane Gewicht des Bildes ist und von dem Status der umgebenden Bilder abhängig ist, und K1 ein qualitativer Wert ist, der das Zeitsegment beschreibt, zu dem das Bild gehört.
  10. Überwachungssystem mit einer Kamera (30); einer digitalen Speichereinrichtung (50); und einer Bildspeicher-Steuereinrichtung (40), die mit der Kamera und der Speichereinrichtung betrieblich verbunden ist, um mehrere Bilder von der Kamera zu empfangen und die Bilder in der Speichereinrichtung digital zu speichern, wobei die Bilder eine chronologische Ordnung aufweisen, welche Zeitpunkte widerspiegelt, zu denen die Bilder erzeugt wurden, wobei die Bildspeicher-Steuereinrichtung (40) folgende Merkmale aufweist: eine erste Einrichtung (320) zum Zuordnen der gespeicherten Bilder oder Gruppen aus Bildern zu zugehörigen qualitativen Werten und zum wiederholten Aktualisieren der qualitativen Werte für einzelne Bilder oder Gruppen aus Bildern, die in der Speichereinrichtung (50) gespeichert sind, wobei der qualitative Wert abhängig von einer momentanen chronologischen Position des jeweiligen Bildes oder der Gruppe von Bildern in der chronologischen Reihenfolge ermittelt wird; eine zweite Einrichtung (330) zum Auswählen eines bestimmten Bildes oder einer Gruppe von Bildern mit dem niedrigsten qualitativen Wert unter den in der Speichereinrichtung gespeicherten Bildern; und eine dritte Einrichtung (340) zum Komprimieren oder Löschen des ausgewählten speziellen Bildes oder der Gruppe von Bildern.
  11. Überwachungssystem nach Anspruch 10, wobei der Wichtigkeitsfaktor für Bilder, die zu einem Alarm gehören, erhöht wird.
  12. Überwachungssystem nach Anspruch 10 oder 11, mit einer fünften Einrichtung (360) zum Aufrechterhalten einer Zeitzonentabelle, in der die in der Speichereinrichtung gespeicherten Bilder abhängig von der chronologischen Stellung der Bilder in verschiedene Zeitzonen aufgeteilt sind, wobei die erste Einrichtung mit der fünften Einrichtung operativ verbunden und so angeordnet ist, daß sie den qualitativen Wert jedes Bildes abhängig von seiner Zeitzone ermittelt.
  13. Überwachungssystem nach Anspruch 12, mit einer sechsten Einrichtung (360), die mit der fünften Einrichtung operativ verbunden ist, um einem Benutzer die Definition oder Neudefinition der Zeitzonentabelle zu ermöglichen.
  14. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, mit einer siebten Einrichtung (370), die auf ein externes Alarmsignal anspricht und so angeordnet ist, daß sie abhängig von dem Alarmsignal ein Alarmereignis an die erste Einrichtung (320) übergibt, wobei die erste Einrichtung so eingerichtet ist, daß sie das Alarmereignis berücksichtigt, wenn sie die qualitativen Werte ermittelt, vorzugsweise durch lokale Erhöhung der qualitativen Werte für Bilder innerhalb eines Zeitintervalls, das chronologisch nahe bei dem Alarmereignis liegt.
  15. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die erste, die zweite und die dritte Einrichtung (320, 330, 340) so angeordnet sind, daß sie chronologisch nicht benachbarte Bilder bei regelmäßigen Intervallen innerhalb einer Untergruppe der Bilder in der Speichereinrichtung (50) auswählen und löschen, vorzugsweise so, daß für die Untergruppe ein fps-Wert (Bild pro Sekunde-Wert) reduziert wird.
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