CN102355575A - 一种具有预警功能的分布式视频监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及视频监控领域，具体涉及一种视频监控装置，更具体的说涉及一种可组网构成分布式视频监控***的视频监控装置和检测预警方法。针对现有视频监控技术存在的缺陷，本发明提供一种基于数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)与现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)架构的嵌入式视频监控装置，所述装置可用于构建新型分布式视频监控***，提高视频监控***的可靠性，实现***危险和功能的分散。本发明还提供基于数字信号处理器的多种报警检测模式及其实时信号处理方法，从而实现无人值守、实时智能监控。

Description

一种具有预警功能的分布式视频监控装置

技术领域

本发明涉及视频监控领域，具体涉及一种视频监控装置，更具体的说涉及一种可组网构成分布式视频监控***的视频监控装置和检测预警方法。

背景技术

重视监控工作，加强预警，尤其是早期预警能力建设，成为了越来越多用户的迫切需求。现有的视频监控装置分为两类：模拟视频监控装置和数字视频监控装置。

模拟视频监控装置中信息流为模拟信号，通常只适合于小范围的区域监控，设备之间通信困难，***的扩展能力差，采用单向、集总方式的信息采集网络，难于形成有效的报警联动。随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种视频信息处理技术的出现，全程数字化、网络化的视频监控***优势愈发明显，数字视频监控装置正迅速崛起逐步取代传统的模拟视频监控装置。数字视频监控装置中信息流为数字信号，可通过网络即时传输图像，无布线环节，不受距离限制，且***扩展能力强，监控区域可根据需要实时调整，可形成有效的报警联动。数字视频监控装置虽然在功能和性能上得到了极大的提高，但是仍然受到了一些固有因素的限制，暴露出一些不足，主要表现为：

1.现有视频监控***常因清晰度不高而***有效性不够，且越来越多的场合需要采用更高分辨率的设备来满足需求。图像分辨率的提高，也意味着信息量的倍增，数据传输的码流增大，存储空间需求增大，增加了网络带宽及存储的压力，对中心控制、管理软件、硬件性能的要求上升，现有装置难于满足上述性能要求。

2.现有视频监控***对资源配置有较高的要求，而***资源，如主控中心的CPU处理能力往往相当有限。若将多项甚至所有功能集中于单个设备完成，不但各功能所分配到的资源相对低、效果相对差，而且若多项功能同时启动，设备的负载急剧提高，较易引起阻塞甚至死机。

3.现有视频监控装置大多需要人员连续监视屏幕，长期监视容易疲劳，可能造成漏警，即使带有预警功能的视频装置，其预警功能通过主控中心预警软件实现，其预警能力及响应速度，受到控制中心性能制约，难以保证实时性及联动性。

4.现有视频监控装置对视频信息进行集中存储，一旦存储设备损坏，所有视频信息全部丢失，降低了存储信息安全性，不利于事后分析及追查，且所有视频信息无条件向中心传输，带宽占用量大，传输效率低。

5.现有视频监控装置网络接入条件差，难以保证视频流在传输的过程中的实时性、连续性和平稳性，需根据网络的当前状况自适应调节视频的码率、质量，以适应当前的网络环境。

发明内容

针对现有视频监控技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可用于构建新型分布式视频监控***的视频监控装置，本发明的另一目的在于提供一种基于数字信号处理器的实时报警检测视频监控装置，从而在实现无人值守、实时智能监控的同时，提高视频监控***的可靠性，实现***危险和功能的分散。

为实现上述目的，本发明提供了一种分布式视频监控装置，其特征在于：

所述装置是一种基于数字信号处理器与现场可编程门阵列架构的嵌入式视频监控装置，具有本地存储及本地预警功能，可作为监控节点组网构成一种分布式智能监控***；

所述分布式智能监控***不仅包括所述视频监控装置还包括完成通信控制及视频显示功能的控制中心；

所述本地存储功能，能有效避免中央存储模式带来的风险集中，海量数据传输，带宽占用高，传输效率低的缺点；

所述的本地预警功能，能有效进行事前预警，预警后上传警报信息和视频信息，有效提高***监控效率，减少数据传输量。

此外，所述的本地预警功能，其特征还在于，包含三种报警检测模式：虚拟绊线警告模式、人流量统计模式及特殊行为追踪模式。

本发明还提供了一种在数字信号处理器上可实现的实时信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，使用基于多帧平均法建立背景模型，根据所述背景模型检测当前帧是否有运动目标；

其次，对前景图像进行膨胀、腐蚀进行运动目标识别，并对检出的运动目标进行编码、标记；

然后，使用基于运动的方法跟踪分析运动目标，判断目标是否超过虚绊线，统计人数，及目标长期停留情况。

本发明还提供了一种可实时预警的视频监控结构，其特征在于，包括：视频采集模块、视频处理模块、压缩模块、信息存储模块、数据交换模块及控制模块。

所述视频采集模块完成视频信息的数字化功能。所述视频采集模块采集前端摄像头是的模拟信号，转换为后续处理的数据格式；所述视频采集模块也可直接接收前端摄像头的视频数据流，并转换为后续处理的数据格式。

所述视频处理模块，完成视频图像数据分析，发出预警信号功能。所述视频处理模块可根据设置的预警模式及参数对视频信息进行分析处理，当处理结果检测到警告信号时异常时发出预警报告同时完成现场预警。

所述压缩模块，完成视频数据压缩功能。所述压缩模块对视频采集模块转换的图像数据进行压缩，压缩后的数据传送到存储模块，或者根据指令同时传送到存储模块和数据交换模块。

所述存储模块，完成信息存储功能。所述存储模块包含两种数据：视频数据、预警信息(包括预警模式、预警参数以及预警报告)。视频数据为经压缩模块处理后的视频信息，可供查看；预警模式与预警参数的设置由控制模块输入到视频处理完成，视频处理完成相应指令后，同时将预警模式、预警参数和分析处理结果(异常情况下发出预警报告)三种信息以预警信息的形式完成存储。

所述数据交换模块，完成数据交换功能。本发明中其他模块(分析处理模块、压缩模块、存储模块、控制模块)与监控***其它单元的数据交换均通过所述数据交换模块完成。

所述控制模块，完成设备模块控制功能。所述控制模块接收传输模块发来的控制指令，分别对分析处理模块、压缩模块、存储模块实相相应控制。对分析处理模块控制为设置具体的预警模式、预警参数；对压缩模块控制为要求输出实时视频信息；对存储模块控制为要求输出视频信息、预警信息(预警模式、预警参数、预警报告)中的一种或几种。

所述视频处理模块可根据需要由控制模块控制设置不同的预警模式(如虚拟绊线警告模式、人流量统计模式及特殊行为追踪模式)，不同预警模式下又可设置不同的预警参数(如虚拟绊线位置、最大人流量、特殊行为定义等)。

本发明中各模块协调工作，确保监控***可实现全天候可靠无人监控，同时确保报警精确度以及异常事件响应速度。

通过以下结合附图以及举例方式对本发明的实施方式进行详细描述后，本发明的其他特征、特点和优点将会更加明显。

附图说明

图1：基于本发明搭建的新型分布式监控***；

图2：本发明硬件模块组成以及在监控***中的位置；

图3：本发明所述实时信号处理方法流程图；

图4：本发明所述装置数据流程图；

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

图1说明了以本发明(S21、S22...S2x)为基本单元构建的监控***框图。整个***由一个监控中心(S1)，千兆网，若干新型监控设备以及高清摄像头(S31...S3x)组成。视频信息经若干路高清摄像头(S31...S3x)采集后，在本发明(S21、S22...S2x)中实时完成视频分析处理，并将视频信息与处理结果保存在本地存储器中，以供控制中心读取。控制中心可调入任一路实时视频图像、存储在视频采样端的视频信息以及分析处理结果。

该***中，监控中心可以采用已安装即时通讯软件的PC机、服务器、平板电脑等设备搭建；监控中心搭建完成后只需连接千兆网即可实现对整个监控***的控制功能。本***中监控中心可脱离***中各个视频采样节点另行建造，也可以***中的某一节点为基础构建。

图2是本发明(S21)的硬件组成模块框图，该设备包括五个模块：视频采集模块(S211)、视频处理模块(S212)、压缩模块(S213)、信息存储模块(S214)、数据交换模块(S215)以及控制模块(S216)。其中，视频采集模块(S211)与数据交换模块(S215)为外部接口模块。视频采集模块(S211)通过外部高清摄像头采集视频信息，数据交换模块与千兆网相连与控制中心进行数据交换。每个模块完成特定功能，各个模块相互协调保证整个设备正常运行。

视频信息经视频采集模块(S211)进行模数转换处理后，同时传送到视频处理模块(S212)与压缩模块(S213)。其中，视频处理模块(S212)根据已经预先设置好的预警模式、预警参数等信息对输入的多帧图像进行分析处理，并将处理结果交由信息存储模块(S214)保存，若分析结果异常则直接向数据交换模块(S215)发出预警报告从而通知监控中心，同时将预警报告存于信息存储模块(S214)；压缩模块(S213)对输入视频信息做压缩处理，并将压缩视频保存在信息存储模块(S214)中，若控制模块(S216)有直接输出视频信息的指令，则在存储压缩视频的同时还将压缩视频输出至数据交换模块(S215)。信息存储模块(S214)存储视频处理模块(S212)与压缩模块(S213)的处理结果，包括分析处理结果、预警模式、预警参数、(预警报告、)压缩视频信息等，也可根据控制模块(S216)的控制指令做出下一步动作，如向数据交换模块(S215)输出存储信息中的一种或几种。

本发明通过其中的数据交换模块(S215)接收控制指令、发送压缩图像和报警信息。所接受的控制指令转送到控制模块(S216)进行处理，控制模块根据输入指令对视频处理模块(S212)、压缩模块(S213)、信息存储模块(S214)三个模块进行控制，相应的控制内容分别为：设置预警模式、预警参数；命令输出实时视频信息；命令输出某种存储内容。

图3具体说明视频处理模块(S212)的实时信号处理方法。***视频处理模块接收到图像后，先对根据设置的具体预警模式(虚拟绊线警告模式、人流量统计模式、特殊行为追踪模式)，预警参数(虚绊线位置、最大人数、特殊行为定义)调整处理参数，然后对输入视频信号依次进行背景检测、运动目标检测、膨胀腐蚀、目标识别、目标标记/编码、目标跟踪、参数比较，若满足预警条件，则发出预警报告，预警报告在发送给信息存储模块(S214)的同时，也可直接进入数据交换模(S215)。

图4是本发明(S21)中的数据流流向示意图。外界图像信息(S51)经采集模块处理后输出可供后续模块处理的原始视频数据(S52)，原始视频数据(S52)同时进入视频处理模块与压缩模块。视频处理模块内信息来源有两种，一为待处理视频数据，另一种为控制命令(用来设置预警模式、预警参数等)。视频处理模块输出为分析处理结果与预警信息(S54)，输出结果保存至存储模块，同时也可以受控后输出，若分析结果异常，则发出预警报告，在保存的同时无需受控直接输出。原始视频数据(S52)进入压缩模块后，处理后输出压缩视频数据(S53)。上述分析处理结果，预警信息(S54)、压缩后视频数据(S53)以及控制指令(S55)同时保存在存储模块中待控制中心查看。当控制中心需要对设备中某模块进行控制或需要调入某种数据信息时发送控制信号(S55)至控制模块完成相应需求。

Claims (7)

1.一种具有预警功能的分布式视频监控装置，其特征在于：是一种基于数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)与现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)架构的嵌入式视频监控装置，所述装置具有独立监控***功能，又可作为监控节点组网构成一种分布式智能监控***；

所述分布式智能监控***不仅包括所述视频监控装置还包括完成通信控制及视频显示功能的控制中心。

2.根据权利要求1所述的装置，包括：

视频处理模块，根据设置的预警模式及信号处理参数，用于对监控场景运动目标实时检测及跟踪，分析运动目标信息对异常情况输出报警信息；

信息存储模块，对参数信息、控制信息及视频信息存储，用于完成信息的本地存储功能，能辅助分布式***其他节点实现存储；

数据交互模块，用于节点与控制中心，分布式节点之间控制信息、视频信息交互。

3.根据权利要求2所述视频处理模块，其特征在于：

包含高性能数字信号处理器，对视频信息实时信号处理，实现本地检测报警；所述的检测报警模式及信号处理参数可实时更改。

4.根据权利要求3所述的检测报警模式，其特征在于，包含虚拟绊线警告模式、人流量统计模式及特殊行为追踪模式。

5.根据权利要求3所述的实时信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用基于多帧平均法建立背景模型，根据所述背景模型检测当前帧是否有运动目标；对运动目标进行编码、标记；使用基于运动的方法跟踪分析运动目标，判断目标是否超过虚绊线，统计人数，及目标长期停留情况。

6.根据权利要求2所述的信息存储模块，其特征在于：

包含预警模式及信号处理参数存储子模块，视频信号存储子模块，控制信号存储子模块；支持特殊工作模式，可存储分布式监控***中其他节点采集的视频信息。

7.根据权利要求2所述的数据交互模块，其特征在于：

在由本发明组成的监控***中，所述具有预警功能的分布式视频监控装置构成网络监控节点，每个节点都可与监控中心或者其他节点完成信息交换；所述信息交互的内容包括：监控视频数据流、节点控制信息、报警信息，且所述各种信息皆为数字信息。

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