[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

摘要

一种用于实时视频处理的分布式计算系统，属于视频分析技术领域，其特征在于，含有：交通事件检测的视频处理算法的分布式拆分模块、负载均衡模块、视频存储/分发服务器、静态处理计算机集群和至少一台动态处理计算机以便把机器视觉和视频处理算法拆分成可并行处理的子算法，分解到静态处理计算机集群上进行并行处理，在动态处理计算机上进行综合，并通过负载均衡模块建立每一帧图像的任务的编号和各静态处理计算机工作状态的映射表，来动态地均衡负载，最后在静态处理软件和动态处理软件内置了视觉库接口，为实时视频分析系统的性能、功能、可扩充性提供了进一步提高的空间。

主权项

一种用于实施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及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机都上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算法，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计算软件，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。