[发明专利]一种用于实时视频处理的分布式计算系统和方法

权利要求书

1.一种用于实时视频处理的分布式计算系统，其特征在于，是一种用于实时 交通事件监测的分布式计算系统，含有：通过TCP/IP协议局域网内互连的一台 系统管理计算机、静态处理计算机集群、至少一台动态处理计算机和一台视频 存储/分发服务器；还设有：至少一台与图像采集卡配套的模拟摄像机，以及至 少一台数字摄像机，通过视频连接与所述视频存储/分发服务器相连，其中：

视频存储/分发服务器，适时通过所述模拟摄像机和数字摄像机读取图像， 经缓存后分发到空闲的所述静态处理计算机，同时对交通违章事件的视频段落 进行存储备用，当然也为采用同轴电缆连接的所述模拟摄像机以及采用直接网 口连接的所述数字摄像机提供视频的输出接口，另外，还设有帧截取的软件；

静态处理计算机集群，由多台普通PC构成，每台PC都具有相同的配置和 相同的操作系统，所述静态处理计算机集群中的计算机按照一路摄像头6～8台 配置，每台PC机安装有对视频帧进行不同处理任务时用的不同静态视频处理软 件，采用库文件的形式保存；

动态处理计算机，数路视频输入可以共享一台动态处理计算机，收集并处 理所述的静态处理计算机已处理完毕、并通过所述的局域网发来的静态信息， 在所述动态处理计算机上设有动态视频处理软件，并以库文件形式保存；

系统管理计算机，设有：供事件检测用的视频算法的分布式拆分模块和负 载均衡模块，把所述视频算法拆分为相对独立的子算法，称为算子；用各算子 之间的连接关系描述所述视频算法，拼成静态处理软件和动态处理软件，分别 以所述库文件的形式装入所述各静态处理计算机集群和所述的一台动态处理计 算机，所述视频算法的分布式拆分模块依次按以下步骤解决算法在分布式形式 下的运行问题：

步骤(1)：把具体的交通视频处理算法按照其执行流程分解成各个独立的 算子，分别表示为：

R，为图像读取算子，R(N)表示对第N帧图像进行读取处理，称之为一个图 像读取任务；

O₁，为预处理算子，O₁(N)表示对第N帧图像进行预处理，称之为一个预处 理任务；

O₂，为对象分割算子，O₂(N)表示对第N帧图像进行对象分割处理，称之为 一个对象分割任务；

O₃，为静态特征提取算子，O₃(N)表示对第N帧图像进行静态特征提取处理， 称之为一个静态特征提取任务；

所述R、O₁、O₂、O₃统称为静态算子；

O₄，为目标跟踪算子，O₄(N)把所述O₃算子的第N帧和第N-1帧任务的输出 结果作为输入，其输入信息涉及邻近数帧，O₄称之为一个广义静态算子，O₄(N) 则称之为一个目标跟踪任务；

O₅为嵌套动态算子，O₅(N)表示第N帧图像进行嵌套动态处理，其输入需要 自身前一帧任务的输出，用到了所有的历史信息，称之为嵌套的动态算子；

所述R、O₁、O₂、O₃和O₄构成了一个所述的静态视频处理软件，装入到所 述各静态处理计算机中，进行分布式处理；

所述O₅构成了一个动态视频处理软件，装入到所述动态处理计算机中，进 行集中式处理；

步骤(2)，配置所述各算子的编号、名称和输入输出格式，按照所述各算 子之间的连接关系，使用邻接表的形式描述和存储各个算子上下级之间的连接 关系，并告知所述静态处理计算机集群和动态处理计算机，同时确定所述静态 处理计算机集群、动态处理计算机和所述的视频存储/分发服务器的IP地址并通 告之；

负载均衡模块，依次按照以下步骤进行负载均衡的操作：

步骤(1’)，周期性的更新所述各静态处理计算机的工作状态，并予以标定： 忙碌状态Busy和空闲状态Idle，在此基础上建立一个各静态处理计算机工作状 态和任务帧号的映射，所述任务帧号是指该计算机所执行的帧编号同算子编号 的表示；

步骤(2’)，监视输入的视频流，每当输入一帧新的图像后便生成新的所述 任务帧号，并按照所述映射表把任务发送给某台空闲的静态处理计算机，并更 新该机的工作状态；

步骤(3’)，若步骤(2’)中所述的接收新任务的静态处理计算机引发任务 处理超时事件，则重新分配所述的任务。