CN102170554A - 基于电力网的网络摄像装置及网络摄像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电力网的网络摄像装置及网络摄像方法，该网络摄像装置包括：数据采集单元，用于获取实时监控的图像数据；视频传输速率监测单元，用于监测电力网的电力线上的视频传输速率；丢帧因子计算单元，用于根据所述视频传输速率计算视频传输的丢帧因子；编码单元，用于根据所述丢帧因子，实时调节所述图像数据的编码码率，对所述图像数据进行压缩、编码，获得编码后的图像信号；电力线调制解调单元，用于将所述图像信号调制为载波信号，并将所述载波信号携载至所述电力线上传输。该装置和方法通过监测电力网的数据传输速率，适实调节编码帧率，以使网络摄像装置的数据传输流量与电力网的数据传输速率相对应，从而保证视频的传输质量。

Description

基于电力网的网络摄像装置及网络摄像方法

技术领域

本发明涉及网络视频监控技术领域，尤其是指一种基于电力网的网络摄像装置及网络摄像方法。

背景技术

目前，网络摄像装置与监控终端之间主要具有以下几种连接方式：

一、通过专用电缆线连接；该种方式常见于小区、工厂和街道等监控场所，优点是安全、传输距离远，但缺点是安装施工麻烦、工程大，且由于受到电缆本身固有长度和信号在传输过程中衰减的限制，不易实现远程监控；

二、利用无线收发装置；该方式采用在网络摄像装置与监控终端之处各安装一无线收发装置的方式，利用无线收发装置使网络摄像装置与监控终端连接，达到监控的目的。该种连接方式的优点是设置简单方便，但缺点是受无线收发装置的影响，传输距离有限，传输的速度慢，并且传输过程中受建筑物的阻挡，影响信号传输的质量，安全性低；

三、利用电力网；当前，电力上网(PLC)以其具有的低廉上网资费优点，已在很多社区得到广泛应用，这同时也为通过电力网实现网络视频监控的技术提供了可能。采用电力网实现网络视频监控，以现有普通的电力线作为传输架构，不需要重新布线，安装方便、成本低，可实现远距离传输，因此解决了上述两种连接方式中安装施工麻烦、成本高及传输距离有限等的问题。

然而，在采用电力网实现网络视频监控的技术中，电力网传输数据却存在传输不稳定以及传输速率不确定的缺点，因此相应会影响视频的传输质量，防碍电力网视频监控***的市场发展。

发明内容

本发明技术方案的目的是提供一种基于电力网的网络摄像装置及网络摄像方法，通过监测电力网的数据传输速率，适实调节编码帧率，以使网络摄像装置的数据传输流量与电力网的数据传输速率相对应，从而保证视频的传输质量。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种基于电力网的网络摄像装置，所述网络摄像装置包括：

数据采集单元，用于获取实时监控的图像数据；

视频传输速率监测单元，用于监测电力网的电力线上的视频传输速率；

丢帧因子计算单元，用于根据所述视频传输速率计算视频传输的丢帧因子；

编码单元，用于根据所述丢帧因子，实时调节所述图像数据的编码码率，对所述图像数据进行压缩、编码，获得编码后的图像信号；

电力线调制解调单元，用于将所述图像信号调制为载波信号，并将所述载波信号携载至所述电力线上传输。

优选地，上述所述的网络摄像装置，所述编码单元对所述图像数据进行编码时，通过调节对所述图像数据的编码帧率，调节所述图像数据的编码码率。

优选地，上述所述的网络摄像装置，所述丢帧因子的降低值达到一第一阈值时，所述编码单元提高所述图像数据的编码帧率；所述丢帧因子升高值达到一第二阈值时，所述编码单元降低所述图像数据的编码帧率。

优选地，上述所述的网络摄像装置，所述丢帧因子计算单元根据所述视频传输速率计算视频传输的丢帧因子时，还进一步结合计算所述图像数据的运动复杂度参数和量化参数以及所述编码单元的输出缓存容量。

优选地，上述所述的网络摄像装置，所述编码单元以H.264或者AVS标准对所述图像数据进行编码。

另外，本发明还提供一种基于电力网的网络摄像方法，所述网络摄像方法包括：

获取实时监控的图像数据；

监测电力网的电力线上的视频传输速率；

根据所述视频传输速率计算视频传输的丢帧因子；

根据所述丢帧因子，实时调节所述图像数据的编码码率，对所述图像数据进行压缩、编码，获得编码后的图像信号；

将所述图像信号调制为载波信号，并将所述载波信号携载至所述电力线上传输。

优选地，上述所述的网络摄像方法，所述根据所述视频传输速率，实时调节所述图像数据的编码码率的步骤中，通过调节对所述图像数据的编码帧率，调节所述图像数据的编码码率。

优选地，上述所述的网络摄像方法，根据所述丢帧因子，调节所述图像数据的编码帧率的步骤具体包括：

判断所述丢帧因子降低，且所述丢帧因子的降低值达到一第一阈值时，提高所述图像数据的编码帧率；

判断所述丢帧因子升高，且所述丢帧因子的升高值达到一第二阈值时，降低所述图像数据的编码帧率；

判断所述丢帧因子的降低值位于所述第一阈值范围以内，或者所述丢帧因子的升高值位于所述第二阈值范围以内时，所述图像数据的编码帧率保持不变。

优选地，上述所述的网络摄像方法，根据所述视频传输速率计算所述丢帧因子的步骤中，还进一步结合计算所述图像数据的运动复杂度参数、量化参数、编码单元的输出缓存容量。

本发明上述技术方案所述网络摄像装置及网络摄像方法中的至少一个具有以下有益效果：利用视频传输速率监测单元时刻向编码单元反馈电力网视频数据流量传输的大小，以使编码单元实时根据丢帧因子调节对图像数据的编码帧率，令该编码帧率与电力网的数据传输速率相对应，确保图像的信噪比保持在要求值之上，保证视频传送质量的稳定。

附图说明

图1为本发明具体实施例所述网络摄像装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施例所述网络摄像装置中，所述编码单元根据视频传输速率调节编码码率的流程示意图；

图3为所述丢帧因子计算单元的计算流程示意图；

图4为本发明具体实施例所述网络摄像方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明具体实施例所述基于电力网的网络摄像装置及网络摄像方法，通过监测电力网服务器端接收码流速率的变化，实时调节对图像数据的编码码率，以确保视频流图像传输的信噪比不发生变化，保证视频传送质量的稳定。

以下将对本发明具体实施例所述的网络摄像装置及网络摄像方法进行详细描述。

图1为本发明具体实施例所述网络摄像装置的结构示意图。参阅图1，该网络摄像装置包括：

数据采集单元11，用于获取实时监控的图像数据，通常包括摄像头和CMOS传感器(或CCD传感器)。

编码单元13，与数据采集单元11连接，用于将通过数据采集单元11获得的图像数据进行压缩并编码为数字数据，获得与所摄取图像数据对应的图像信号。其中在网络摄像装置中，编码单元13通常以H.264或者AVS标准对所述图像数据进行编码处理。

电力线调制解调单元14，用于将所述图像信号调制为载波信号，并将所述载波信号携载至所述电力线上传输。

所述电力线调制解调单元14调制后传输至电力线上的图像信号数据最终被接收服务器端所接收，并解调显示在该接收服务器端，这样本发明具体实施例所述网络摄像装置通过上述的数据采集单元11、编码单元13和电力线调制解调单元14，将数据采集单元11摄像头处获取的图像数据通过电力线传输至位于远距离的服务器端，实现了基于电力网的网络摄像装置的技术方案。该种以电力线为传输媒介的***，具有安装方便、无需重新布线、成本低且可实现远距离传输的优点。

本领域技术人员可以理解，具体以电力网实现网络摄像装置的过程中，所述网络摄像装置还可以包括存储单元、数字接口单元等，以用于具体实现将图像信号转换为能够在电力线上传输的载波信号，在此不再对所述网络摄像装置进行更详细地描述。

另外，为保证接收服务器端能够获得清晰的视频图像，参阅图1，本发明具体实施例所述网络摄像装置还包括一视频传输速率监测单元12，与电力线调制解调单元14连接，用于监测电力网的电力线上的视频传输速率，并将所测得的视频传输速率反馈至丢帧因子计算单元15。

所述编码单元13则进一步根据所述丢帧因子计算单元15计算获得的丢帧因子，实时调节图像数据的编码码率。具体地，本发明具体实施例中，该编码单元13对图像数据进行编码时，通过调节图像数据的编码帧率，调节图像数据的编码码率。

具体地，参阅图2，所述编码单元13根据所述视频传输速率的变化调节编码帧率的步骤具体包括：

步骤S201，设置于所述电力线调制解调单元14之后电力线上的视频传输速率监测单元12实时监测电力线上的视频传输速率，并将结果实时反馈至丢帧因子计算单元15；

步骤S202，所述丢帧因子计算单元15实时计算丢帧因子是否有变化，当计算得到丢帧因子有变化时，则向下执行步骤S203，当判断丢帧因子没有变化时，则向下执行步骤S208；

步骤S203，所述丢帧因子计算单元15判断丢帧因子升高还是降低，当判断为升高时，则向下执行步骤S204，当判断为降低时，则向下执行步骤S205；

步骤S204，所述丢帧因子计算单元15判断丢帧因子升高是否达到一第二阈值，如升高变动辐度达到原丢帧因子的20％以上时，则向下执行步骤S206；当判断丢帧因子升高未达到该第二阈值时，则向下执行步骤S208；

步骤S205，所述丢帧因子计算单元15判断丢帧因子降低是否达到一第一阈值，如降低变动辐度达到原丢帧因子的20％以上时，则向下执行步骤S207；当判断丢帧因子降低未达到该第一阈值时，则向下执行步骤S208；

步骤S206，编码单元13降低图像数据的编码帧率；

步骤S207，编码单元13提高图像数据的编码帧率；

步骤S208，编码单元13以原编码帧率进行编码。

通过上述的步骤S201至S208，所述编码单元13根据视频传输速率监测单元12反馈至丢帧因子计算单元15、并最终反馈至编码单元13的监测结果，实时调节图像数据的编码帧率。当判断所述丢帧因子降低，且所述丢帧因子的降低值达到一第一阈值时，提高所述图像数据的编码帧率；判断所述丢帧因子升高，且所述丢帧因子的升高值达到一第二阈值时，降低所述图像数据的编码帧率；判断所述丢帧因子的降低值位于所述第一阈值范围以内，或者所述丢帧因子的升高值位于所述第二阈值范围以内时，所述图像数据的编码帧率保持不变。从而使得视频编码帧率与电力网中的数据传输流量相适应，保证图像的SNR保持在要求值之上，确保获得较高的视频传输质量。

此外，本发明所述网络摄像装置的编码单元13根据丢帧因子调节编码帧率时，是以计算所述图像数据的运动复杂度参数和量化参数，根据所述编码单元的输出缓存容量以及链路速率反馈为依据，如图3为所述丢帧因子计算单元15的计算流程示意图，该计算过程包括：

步骤S301，所述丢帧因子计算单元15从所述编码单元13处获得一帧图像数据；

步骤S302，判断该帧图像是否为一组图像数据的第一帧，若判断结果为是，则向下执行步骤S307，令编码单元13直接对该图像数据进行编码；若判断结果为否，则向下执行步骤S303；

步骤S303，运动复杂度丢帧因子计算；在该步骤中，对该帧图像数据的运动复杂度进行分析计算，当运动复杂度较高时，代表当前图像时间冗余度越高，丢帧的比例应该越大，从而降低视频整体的信息量，即代表运动复杂度丢帧因子也应该越大。这里采用计算采样区域运动矢量平均值的方式来评估当前帧图像的运动复杂度，为了得到较高的精度和较快的计算方法，将当前图像平均划分为九个区域，每个区域以一个16宏块大小的区域作为采样区域，计算该区域内的运动矢量的平均值，进而近似得到整个图像运动矢量的平均值MV，此值越大代表当前图像运动复杂度越高。根据此MV的值设定如下线性公式：

f(mv)＝a*MV+b；

f(mv)的结果即为根据运动复杂度确定的丢帧因子，a和b的值根据不同的应用场景通过实验的方法获得；

步骤S304，量化参数丢帧因子计算；由于图像编码过程中，量化参数的选择是决定空间域图像质量的重要因素，量化参数选择越高，代表当前图像空间冗余度越高，丢帧比例应该越大，从而降低视频整体的信息量，即代表量化参数丢帧因子也应该越大。这里，采用计算采样区域量化参数平均值的方式来评估当前帧图像空间冗余度，为了得到较高的精度和较快的计算方法，将当前图像平均划分为九个区域，每个区域以一个16宏块大小的区域作为采样区域，计算该区域内的量化参数的平均值，进而近似得到整个图像量化参数的平均值QP。根据此QP的值，设定如下线性公式：

f(qp)＝a*QP+b；

f(qp)的结果即为根据量化精度确定的丢帧因子，a和b的值根据不同的应用场景通过实验的方法获得；

步骤S305，缓存容量丢帧因子计算；该缓存为编码单元的输出缓存，有一定容量限制，当编码产生的视频码流达到该缓存满状态的阈值时，需要丢掉当前帧编码数据，降低帧率。根据剩余缓存容量大小buf_left，设定如下公式：

f(buf)＝a/buf_left+b；

f(buf)的结果即为根据剩余缓存容量大小确定的丢帧因子，a和b的值根据不同的应用场景通过实验的方法获得；

步骤S306，链路速率丢帧因子计算；根据当前链路速率反馈情况，设定如下公式：

f(link)＝a/link_speed+b；

f(link)的结果即为根据链路速率反馈确定的丢帧因子，a和b的值根据不同的应用场景通过实验的方法获得；

步骤S307，所述丢帧因子计算单元15根据上述计算获得的图像数据的运动复杂度丢帧因子、量化参数丢帧因子、缓存容量丢帧因子以及链路反馈回来的链路速率情况，综合分析、计算出总的丢帧因子，确定是否让编码单元13跳过该帧图像数据进行编码。公式如下：

f(sum)＝f(mv)+f(qp)+f(buf)+f(link)

其中f(sum)的结果即为总的丢帧因子，作为我们进行丢帧判断依据。

这样，通过图3所示的方法，所述编码单元13根据所述视频传输速率监测单元12反馈的链路速率，能够实现调节编码帧率的目的。。

此外，本发明另一方面还提供一种基于电力网的网络摄像方法，参阅图4，该网络摄像方法从步骤S401开始，包括：

步骤S402，数据采集单元获取实时监控的图像数据；

步骤S403，视频传输速率监测单元监测电力网的电力线上的视频传输速率；

步骤S404，丢帧因子计算单元根据所述视频传输速率计算视频传输的丢帧因子；

步骤S405，编码单元根据所述丢帧因子，实时调节所述图像数据的编码码率，对所述图像数据进行压缩、编码，获得编码后的图像信号；

步骤S406，电力线调制解调单元将所述图像信号调制为载波信号，并将所述载波信号携载至所述电力线上传输。

步骤S407，结束。

在所述步骤S405中，通过调节图像数据的编码帧率，调节图像数据的编码码率，而根据所述丢帧因子的变化调节编码帧率的步骤具体如图2所示，在此不再详述。通过上述的步骤S201至S208，编码单元根据丢帧因子计算单元反馈至编码单元的计算结果，实时调节图像数据的编码帧率。当判断所述丢帧因子降低，且所述丢帧因子的降低值达到一第一阈值时，提高所述图像数据的编码帧率；判断所述丢帧因子升高，且所述丢帧因子的升高值达到一第二阈值时，降低所述图像数据的编码帧率；判断所述丢帧因子的降低值位于所述第一阈值范围以内，或者所述丢帧因子的升高值位于所述第二阈值范围以内时，所述图像数据的编码帧率保持不变。从而使得视频编码帧率与电力网中的数据传输流量相适应，保证图像的SNR保持在要求值之上，确保获得较高的视频传输质量。

此外，本发明所述丢帧因子计算单元计算丢帧因子时，是以计算所述图像数据的运动复杂度参数、量化参数、根据所述图像数据的缓存容量以及链路反馈速率为依据，如图3为丢帧因子计算的流程示意图，在此不再详述。

综合以上，本发明具体实施例基于电力网的网络摄像装置和网络摄像方法，利用视频传输速率监测单元时刻向编码单元反馈电力网视频数据流量传输的大小，以使编码单元实时调节对图像数据的编码帧率，从而保证视频传送质量的稳定。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于电力网的网络摄像装置，其特征在于，所述网络摄像装置包括：

数据采集单元，用于获取实时监控的图像数据；

视频传输速率监测单元，用于监测电力网的电力线上的视频传输速率；

丢帧因子计算单元，用于根据所述视频传输速率计算视频传输的丢帧因子；

编码单元，用于根据所述丢帧因子，实时调节所述图像数据的编码码率，对所述图像数据进行压缩、编码，获得编码后的图像信号；

电力线调制解调单元，用于将所述图像信号调制为载波信号，并将所述载波信号携载至所述电力线上传输。

2.如权利要求1所述的网络摄像装置，其特征在于，所述编码单元对所述图像数据进行编码时，通过调节对所述图像数据的编码帧率，调节所述图像数据的编码码率。

3.如权利要求2所述的网络摄像装置，其特征在于，所述丢帧因子的降低值达到一第一阈值时，所述编码单元提高所述图像数据的编码帧率；所述丢帧因子升高值达到一第二阈值时，所述编码单元降低所述图像数据的编码帧率。

4.如权利要求2或3所述的网络摄像装置，其特征在于，所述丢帧因子计算单元根据所述视频传输速率计算视频传输的丢帧因子时，还进一步结合计算所述图像数据的运动复杂度参数和量化参数以及所述编码单元的输出缓存容量。

5.如权利要求1所述的网络摄像装置，其特征在于，所述编码单元以H.264或者AVS标准对所述图像数据进行编码。

6.一种基于电力网的网络摄像方法，其特征在于，所述网络摄像方法包括：

获取实时监控的图像数据；

监测电力网的电力线上的视频传输速率；

根据所述视频传输速率计算视频传输的丢帧因子；

根据所述丢帧因子，实时调节所述图像数据的编码码率，对所述图像数据进行压缩、编码，获得编码后的图像信号；

将所述图像信号调制为载波信号，并将所述载波信号携载至所述电力线上传输。

7.如权利要求6所述的网络摄像方法，其特征在于，所述根据所述视频传输速率，实时调节所述图像数据的编码码率的步骤中，通过调节对所述图像数据的编码帧率，调节所述图像数据的编码码率。

8.如权利要求7所述的网络摄像方法，其特征在于，根据所述丢帧因子，调节所述图像数据的编码帧率的步骤具体包括：

判断所述丢帧因子降低，且所述丢帧因子的降低值达到一第一阈值时，提高所述图像数据的编码帧率；

判断所述丢帧因子升高，且所述丢帧因子的升高值达到一第二阈值时，降低所述图像数据的编码帧率；

判断所述丢帧因子的降低值位于所述第一阈值范围以内，或者所述丢帧因子的升高值位于所述第二阈值范围以内时，所述图像数据的编码帧率保持不变。

9.如权利要求7所述的网络摄像方法，其特征在于，根据所述视频传输速率计算所述丢帧因子的步骤中，还进一步结合计算所述图像数据的运动复杂度参数、量化参数和编码单元的输出缓存容量。

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