[發(fā)明專利]一種用于實(shí)時視頻處理的分布式計算系統(tǒng)和方法

有效

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• 申請日: 2010-03-12
• 公開（公告）號: CN101808126A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚丹亞;彭黎輝;耿晨曜;張盈盈
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于分布式計算及數(shù)字圖像處理和視頻分析領(lǐng)域，涉及一種分布式的實(shí)時視頻處理系統(tǒng)，以及一種將視頻分析算法在分布式環(huán)境下進(jìn)行拆分的方法。本發(fā)明在有視頻監(jiān)控需求的應(yīng)用場景，如偵查、制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域，智能交通和安防等民用領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景。?

背景技術(shù)

隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻處理技術(shù)正逐漸得到廣泛應(yīng)用。尤其在智能交通領(lǐng)域和安防領(lǐng)域，基于計算機(jī)視覺技術(shù)的智能化視頻檢測系統(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。它能夠大大提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能和性能，特別是能及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)防危險事件的發(fā)生，在事后視頻分析中也能夠迅速對和指定事件相關(guān)的視頻資料進(jìn)行檢索和收集。?

然而，實(shí)時視頻監(jiān)控技術(shù)需要分析多達(dá)每秒25幀的實(shí)時視頻圖像，同時在城市一級的交通監(jiān)控和安保監(jiān)控領(lǐng)域，所安裝的攝像頭數(shù)量大到幾十萬套，需要同時處理數(shù)量龐大的輸入數(shù)據(jù)，對監(jiān)控系統(tǒng)的計算能力的要求是非常苛刻，導(dǎo)致現(xiàn)有的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)只能應(yīng)用一些非常簡單、效果較差的視頻處理算法。目前高分辨率攝像機(jī)的投入使用更加重了計算負(fù)擔(dān)。正是基于以上原因，在交通領(lǐng)域市面上的一些產(chǎn)品，在檢測性能方面都存在很大的局限性。具體的產(chǎn)品中，有的采用檢測線來判斷是否發(fā)生了事故或者不正常行駛情況，但是由于檢測線的位置是固定的，一旦事故不發(fā)生在檢測線上，就難以檢測出事件；有的雖然能進(jìn)行大區(qū)域車輛視頻檢測，但一旦車輛出現(xiàn)遮擋，車輛的檢測明顯出現(xiàn)?干擾。此外，這些系統(tǒng)中有的需要進(jìn)行攝像機(jī)的標(biāo)定，有的需要對檢測區(qū)域人為設(shè)定，有的系統(tǒng)缺乏自適應(yīng)的能力等等。研究界為解決此類問題都提出了不同的視頻處理算法，但由于算法復(fù)雜導(dǎo)致處理速度慢，無法付諸實(shí)際應(yīng)用。?

而目前對于如何解決計算機(jī)的計算速度瓶頸問題，普遍答案是通過分布式計算技術(shù)，即將多臺由TCP/IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在一起的計算機(jī)集群，通過適當(dāng)?shù)姆绞浇M織起來共同作業(yè)，來達(dá)到甚至超過超級計算機(jī)的性能。事實(shí)上，目前一些公司業(yè)已推出了一些分布式計算的平臺。但這些平臺多數(shù)是針對某一具體應(yīng)用的，如有的適合用于大數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡(luò)日志分析等問題的求解，有的注重于解決網(wǎng)站服務(wù)器的并發(fā)響應(yīng)問題。而在視頻處理中需要分析大量幀間關(guān)系，子問題耦合性很強(qiáng)，現(xiàn)有系統(tǒng)提供的平臺無法進(jìn)行有效處理。?

近來，針對視頻如何更好地存儲、傳輸、播放等問題，有很多應(yīng)用分布式技術(shù)的嘗試，但對于核心的視頻分析問題，即計算機(jī)如何理解視頻，仍然是在集中式的計算環(huán)境下進(jìn)行的，為實(shí)時視頻分析系統(tǒng)的速度、功能、可擴(kuò)展性等方面都帶來了很大局限。?

本專利正是基于以上背景給出了實(shí)用的解決辦法。本專利融合了分布式計算技術(shù)、機(jī)器視覺和視頻流處理算法，核心技術(shù)是將機(jī)器視覺和視頻流處理算法拆分成能并行處理的子算法。依托該技術(shù)的視頻智能分析系統(tǒng)能提供高分辨率和復(fù)雜圖像的實(shí)時分析，如應(yīng)用于交通場景的實(shí)時事件檢測等。系統(tǒng)除通過適當(dāng)?shù)姆植际讲呗詾樵谄渖喜渴鸬囊曨l處理算法提供加速外，還提供視頻事件的自動檢測功能以及對多路攝像頭的支持。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種分布式視頻分析系統(tǒng)，以及一種將普通視頻分析算法改造成適合在該系統(tǒng)上運(yùn)行的拆分方法。

本發(fā)明是一種用于實(shí)時視頻處理的分布式計算系統(tǒng)，其特征在于，是一種用于實(shí)時交通事件監(jiān)測的分布式計算系統(tǒng)，含有：通過TCP/IP協(xié)議局域網(wǎng)內(nèi)互連的一臺系統(tǒng)管理計算機(jī)、靜態(tài)處理計算機(jī)集群、至少一臺動態(tài)處理計算機(jī)和一臺視頻存儲/分發(fā)服務(wù)器；還設(shè)有：至少一臺與圖像采集卡配套的模擬攝像機(jī)，以及至少一臺數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，通過視頻連接與所述視頻存儲/分發(fā)服務(wù)器相連，其中：?

視頻存儲/分發(fā)服務(wù)器，適時通過所述模擬攝像機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)讀取圖像，經(jīng)緩存后分發(fā)到空閑的所述靜態(tài)處理計算機(jī)，同時對交通違章事件的視頻段落進(jìn)行存儲備用，當(dāng)然也為采用同軸電纜連接的所述模擬攝像機(jī)以及采用直接網(wǎng)口連接的所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)提供視頻的輸出接口，另外，還設(shè)有幀截取的軟件；?

靜態(tài)處理計算機(jī)集群，由多臺普通PC構(gòu)成，每臺PC都具有相同的配置和相同的操作系統(tǒng)，所述靜態(tài)處理計算機(jī)集群中的計算機(jī)按照一路攝像頭6～8臺配置，每臺PC機(jī)安裝有對視頻幀進(jìn)行不同處理任務(wù)時用的不同靜態(tài)視頻處理軟件，采用庫文件的形式保存；?

動態(tài)處理計算機(jī)，數(shù)路視頻輸入可以共享一臺動態(tài)處理計算機(jī)，收集并處理所述的靜態(tài)處理計算機(jī)已處理完畢、并通過所述的局域網(wǎng)發(fā)來的靜態(tài)信息，在所述動態(tài)處理計算機(jī)上設(shè)有動態(tài)視頻處理軟件，并以庫文件形式保存；?