[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

说明书

技术领域

本发明属于分布式计算及数字图像处理和视频分析领域，涉及一种分布式的实时视频处理系统，以及一种将视频分析算法在分布式环境下进行拆分的方法。本发明在有视频监控需求的应用场景，如侦查、制导等军事领域，智能交通和安防等民用领域有非常广阔的应用前景。 

背景技术

随着计算机技术的飞速发展，视频处理技术正逐渐得到广泛应用。尤其在智能交通领域和安防领域，基于计算机视觉技术的智能化视频检测系统是视频监控系统的发展方向。它能够大大提高视频监控系统的功能和性能，特别是能及时发现和预防危险事件的发生，在事后视频分析中也能够迅速对和指定事件相关的视频资料进行检索和收集。 

然而，实时视频监控技术需要分析多达每秒25帧的实时视频图像，同时在城市一级的交通监控和安保监控领域，所安装的摄像头数量大到几十万套，需要同时处理数量庞大的输入数据，对监控系统的计算能力的要求是非常苛刻，导致现有的实时监控系统只能应用一些非常简单、效果较差的视频处理算法。目前高分辨率摄像机的投入使用更加重了计算负担。正是基于以上原因，在交通领域市面上的一些产品，在检测性能方面都存在很大的局限性。具体的产品中，有的采用检测线来判断是否发生了事故或者不正常行驶情况，但是由于检测线的位置是固定的，一旦事故不发生在检测线上，就难以检测出事件；有的虽然能进行大区域车辆视频检测，但一旦车辆出现遮挡，车辆的检测明显出现 干扰。此外，这些系统中有的需要进行摄像机的标定，有的需要对检测区域人为设定，有的系统缺乏自适应的能力等等。研究界为解决此类问题都提出了不同的视频处理算法，但由于算法复杂导致处理速度慢，无法付诸实际应用。 

而目前对于如何解决计算机的计算速度瓶颈问题，普遍答案是通过分布式计算技术，即将多台由TCP/IP网络互联在一起的计算机集群，通过适当的方式组织起来共同作业，来达到甚至超过超级计算机的性能。事实上，目前一些公司业已推出了一些分布式计算的平台。但这些平台多数是针对某一具体应用的，如有的适合用于大数据量的网络日志分析等问题的求解，有的注重于解决网站服务器的并发响应问题。而在视频处理中需要分析大量帧间关系，子问题耦合性很强，现有系统提供的平台无法进行有效处理。 

近来，针对视频如何更好地存储、传输、播放等问题，有很多应用分布式技术的尝试，但对于核心的视频分析问题，即计算机如何理解视频，仍然是在集中式的计算环境下进行的，为实时视频分析系统的速度、功能、可扩展性等方面都带来了很大局限。 

本专利正是基于以上背景给出了实用的解决办法。本专利融合了分布式计算技术、机器视觉和视频流处理算法，核心技术是将机器视觉和视频流处理算法拆分成能并行处理的子算法。依托该技术的视频智能分析系统能提供高分辨率和复杂图像的实时分析，如应用于交通场景的实时事件检测等。系统除通过适当的分布式策略为在其上部署的视频处理算法提供加速外，还提供视频事件的自动检测功能以及对多路摄像头的支持。 

发明内容

本发明提供一种分布式视频分析系统，以及一种将普通视频分析算法改造成适合在该系统上运行的拆分方法。

本发明是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；