[發明專利]一種用于實時視頻處理的分布式計算系統和方法

有效

• 申請號: 201010125088.1
• 申請日: 2010-03-12
• 公開（公告）號: CN101808126A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 姚丹亞;彭黎輝;耿晨曜;張盈盈
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L29/06;H04N7/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

1.一種用于實時視頻處理的分布式計算系統，其特征在于，是一種用于實時 交通事件監測的分布式計算系統，含有：通過TCP/IP協議局域網內互連的一臺 系統管理計算機、靜態處理計算機集群、至少一臺動態處理計算機和一臺視頻 存儲/分發服務器；還設有：至少一臺與圖像采集卡配套的模擬攝像機，以及至 少一臺數字攝像機，通過視頻連接與所述視頻存儲/分發服務器相連，其中：

視頻存儲/分發服務器，適時通過所述模擬攝像機和數字攝像機讀取圖像， 經緩存后分發到空閑的所述靜態處理計算機，同時對交通違章事件的視頻段落 進行存儲備用，當然也為采用同軸電纜連接的所述模擬攝像機以及采用直接網 口連接的所述數字攝像機提供視頻的輸出接口，另外，還設有幀截取的軟件；

靜態處理計算機集群，由多臺普通PC構成，每臺PC都具有相同的配置和 相同的操作系統，所述靜態處理計算機集群中的計算機按照一路攝像頭6～8臺 配置，每臺PC機安裝有對視頻幀進行不同處理任務時用的不同靜態視頻處理軟 件，采用庫文件的形式保存；

動態處理計算機，數路視頻輸入可以共享一臺動態處理計算機，收集并處 理所述的靜態處理計算機已處理完畢、并通過所述的局域網發來的靜態信息， 在所述動態處理計算機上設有動態視頻處理軟件，并以庫文件形式保存；

系統管理計算機，設有：供事件檢測用的視頻算法的分布式拆分模塊和負 載均衡模塊，把所述視頻算法拆分為相對獨立的子算法，稱為算子；用各算子 之間的連接關系描述所述視頻算法，拼成靜態處理軟件和動態處理軟件，分別 以所述庫文件的形式裝入所述各靜態處理計算機集群和所述的一臺動態處理計 算機，所述視頻算法的分布式拆分模塊依次按以下步驟解決算法在分布式形式 下的運行問題：

步驟(1)：把具體的交通視頻處理算法按照其執行流程分解成各個獨立的 算子，分別表示為：

R，為圖像讀取算子，R(N)表示對第N幀圖像進行讀取處理，稱之為一個圖 像讀取任務；

O₁，為預處理算子，O₁(N)表示對第N幀圖像進行預處理，稱之為一個預處 理任務；

O₂，為對象分割算子，O₂(N)表示對第N幀圖像進行對象分割處理，稱之為 一個對象分割任務；

O₃，為靜態特征提取算子，O₃(N)表示對第N幀圖像進行靜態特征提取處理， 稱之為一個靜態特征提取任務；

所述R、O₁、O₂、O₃統稱為靜態算子；

O₄，為目標跟蹤算子，O₄(N)把所述O₃算子的第N幀和第N-1幀任務的輸出 結果作為輸入，其輸入信息涉及鄰近數幀，O₄稱之為一個廣義靜態算子，O₄(N) 則稱之為一個目標跟蹤任務；

O₅為嵌套動態算子，O₅(N)表示第N幀圖像進行嵌套動態處理，其輸入需要 自身前一幀任務的輸出，用到了所有的歷史信息，稱之為嵌套的動態算子；

所述R、O₁、O₂、O₃和O₄構成了一個所述的靜態視頻處理軟件，裝入到所 述各靜態處理計算機中，進行分布式處理；

所述O₅構成了一個動態視頻處理軟件，裝入到所述動態處理計算機中，進 行集中式處理；

步驟(2)，配置所述各算子的編號、名稱和輸入輸出格式，按照所述各算 子之間的連接關系，使用鄰接表的形式描述和存儲各個算子上下級之間的連接 關系，并告知所述靜態處理計算機集群和動態處理計算機，同時確定所述靜態 處理計算機集群、動態處理計算機和所述的視頻存儲/分發服務器的IP地址并通 告之；

負載均衡模塊，依次按照以下步驟進行負載均衡的操作：

步驟(1’)，周期性的更新所述各靜態處理計算機的工作狀態，并予以標定： 忙碌狀態Busy和空閑狀態Idle，在此基礎上建立一個各靜態處理計算機工作狀 態和任務幀號的映射，所述任務幀號是指該計算機所執行的幀編號同算子編號 的表示；

步驟(2’)，監視輸入的視頻流，每當輸入一幀新的圖像后便生成新的所述 任務幀號，并按照所述映射表把任務發送給某臺空閑的靜態處理計算機，并更 新該機的工作狀態；

步驟(3’)，若步驟(2’)中所述的接收新任務的靜態處理計算機引發任務 處理超時事件，則重新分配所述的任務。