專利名稱：嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元，適用電力系統(tǒng)變電站視頻分析以及電力線保護(hù)視頻分析應(yīng)用需求，屬視頻分析及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的變電站網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)(亦稱“遙視系統(tǒng)”)初步解決了變電站“無人值守”后的遠(yuǎn)程監(jiān)視問題。但是即使是遠(yuǎn)程監(jiān)控依然是依靠值班人員監(jiān)控，未能解決事件的實時處理的問題，實驗數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過30分鐘的監(jiān)控后，值班監(jiān)控人員最多能錯過95%畫面中發(fā)生的行為。當(dāng)發(fā)生人員越過警戒區(qū)，人員聚集，設(shè)備起火冒煙時，值班人員很可能會錯過這些重要的事件。目前業(yè)界一些知名廠商等都有類似的視頻分析加報警的產(chǎn)品，但報警都為IO 口報警。將視頻分析的結(jié)果通過以太網(wǎng)上報符合電力行業(yè)規(guī)約格式的報警信息，業(yè)界尚無先例。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提出的是嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元，在不對已部署的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)(遙視系統(tǒng))做改動的情況下，無縫地增加視頻分析以及圖像增強功能。本發(fā)明應(yīng)用于攝像機一側(cè)，當(dāng)發(fā)生預(yù)定的場景時，經(jīng)視頻分析產(chǎn)生報警，通過以太網(wǎng)上報符合電力行業(yè)規(guī)約格式的報警信息，聯(lián)動周圍攝像機監(jiān)控同一個區(qū)域。本實用新型的技術(shù)解決方案其結(jié)構(gòu)包括視頻采集模塊、網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊、開關(guān)量報警模塊、電源管理模塊和視頻分析及圖像增強模塊，其中視頻采集模塊的信號輸出/ 輸入端與視頻分析及圖像增強模塊的第一信號輸入/輸出端對應(yīng)相接；視頻分析及圖像增強模塊的第二信號輸入/輸出端與網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊的信號輸出/輸入端對應(yīng)相接；視頻分析及圖像增強模塊的第三信號輸入/輸出端與開關(guān)量報警模塊的信號輸出/輸入端對應(yīng)連接；電源管理模塊的電源輸出端與視頻分析及圖像增強模塊電源輸入端對應(yīng)相接，電源管理模塊的電源輸出端與視頻采集模塊的電源輸入端對應(yīng)相接，電源管理模塊的電源輸出端與網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊的電源輸入端對應(yīng)相接，電源管理模塊的電源輸出端與開關(guān)量報警模塊的電源輸入端對應(yīng)相接。本實用新型具有以下優(yōu)點1)本發(fā)明輸入為模擬復(fù)合視頻，或者網(wǎng)絡(luò)視頻流，輸出為網(wǎng)絡(luò)報警信息，可以無縫接入現(xiàn)有的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中。2)本發(fā)明上報的報警信息符合電力行業(yè)規(guī)約，IEC 61870-5-104規(guī)約和⑶T，方便接入現(xiàn)有系統(tǒng)。3)本發(fā)明相較于后端視頻分析服務(wù)器，每臺前端視頻分析服務(wù)器處理一路視頻，分散了視頻分析的處理壓力。4)本發(fā)明是相對于后端視頻分析服務(wù)器是各自獨立的，一臺前端視頻分析服務(wù)器的癱瘓只會導(dǎo)致一路視頻的分析功能失效，而后端視頻服務(wù)器癱瘓會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的視頻分析的失效。5) 本發(fā)明中圖像分析與圖像增強單元利用GPU分擔(dān)主處理器運算，相對于后端視頻分析服務(wù)器具有成本優(yōu)勢。
附圖1是嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元無縫接入已部署系統(tǒng)的示意圖。附圖2是嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是視頻采集模塊與視頻分析及圖像增強模塊連接的模/數(shù)采集接口部分原理圖。附圖4是網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊與視頻分析及圖像增強模塊連接的媒體接入層以及物理層接口部分原理圖。附圖5是開關(guān)量報警模塊與視頻分析及圖像增強模塊連接的通用輸入輸出管腳保護(hù)部分原理圖。
具體實施方式
對照附圖1，嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元，通過模擬輸入獲取復(fù)合視頻流CVBS，視頻分析后將報警信息通過網(wǎng)絡(luò)輸出。同時開關(guān)量報警信息也可以通過傳統(tǒng)的方式接到數(shù)字硬盤錄像機DVR。對照附圖2，視頻采集模塊的信號輸出/輸入端與視頻分析及圖像增強模塊的第一信號輸入/輸出端對應(yīng)相接，模擬復(fù)合視頻CVBS經(jīng)過抗混疊濾波器濾波，經(jīng)視頻采集模塊A/D變換，亮度/色度處理，格式化以后，變?yōu)閅UV Sbit 4:2:2數(shù)據(jù)通過符合BT. 656標(biāo)準(zhǔn)的^Dit接口輸入至視頻分析及圖像增強模塊的圖像處理器(Image processor)中，圖像處理器對YUV數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的預(yù)處理后，轉(zhuǎn)交中央處理器進(jìn)行視頻分析處理；網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊的信號輸出/輸入端與視頻分析及圖像增強模塊的第二信號輸出/輸入端對應(yīng)相接，網(wǎng)絡(luò)報警模塊通過符合PCI Express VI. 1標(biāo)準(zhǔn)的接口與視頻分析及圖像增強模塊相接，視頻分析處理及圖像增強模塊產(chǎn)生的報警數(shù)據(jù)、聯(lián)動信息將以符合電力行業(yè)規(guī)約IEC 61870-5-104 規(guī)約(104 規(guī)約)IEC 61870-5-104 規(guī)約，DL451-91 規(guī)約(CDT 規(guī)約)的形式經(jīng)由PCI Express收發(fā)器，3速IEEE802. 3兼容媒體接入控制器MAC，千兆媒體獨立接口 GMII 的物理收發(fā)器，到達(dá)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中；開關(guān)量報警模塊的信號輸出/輸入端與視頻分析及圖像增強模塊的第三信號輸出/輸入端對應(yīng)連接，開關(guān)量報警模塊通過通用輸入/ 輸出引腳GPIO與視頻分析及圖像增強模塊連接，視頻分析及圖像增強模塊產(chǎn)生的開關(guān)量將通過光電隔離，電平轉(zhuǎn)換等處理后輸出，實現(xiàn)與后端報警服務(wù)器的兼容；電源管理模塊的電源輸出端與視頻分析及圖像增強模塊電源輸入端對應(yīng)相接，電源管理模塊向視頻分析及圖像模塊提供3. 3v, 1. 8v, 1. Ov ；工作電壓，電源管理模塊的電源輸出端與視頻采集模塊的電源輸入端對應(yīng)相接，電源管理模塊向視頻采集模塊提供3. 3v, 1. 5v工作電壓，電源管理模塊的電源輸出端與網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊的電源輸入端對應(yīng)相接，電源管理模塊向網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊提供3. 3v, 1. 8v工作電壓，電源管理模塊的電源輸出端與開關(guān)量報警模塊的電源輸入端對應(yīng)相接，電源控制模塊向開關(guān)量報警模塊提供3. 3v工作電壓。所述的視頻采集模塊以TI公司的具有可靠同步檢測器的超低功耗NTSC/PAL/ SECAM視頻解碼器為核心模塊，配合自主設(shè)計的抗混疊濾波器，將模擬視頻經(jīng)濾波，自動增益，模數(shù)變換，亮度色度分離與處理，格式編碼等處理后，變?yōu)榉螴TU-R BT. 656 8 bit4 2 2格式的數(shù)字視頻信號輸入視頻分析及圖像增強模塊中，進(jìn)行下一步的分析與處理。所述的網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊以Realtek公司的PCI-Express接口的RTL8111C-GR 為核心，視頻分析及圖像增強模塊產(chǎn)生的報警結(jié)果經(jīng)PCI-Express總線發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)報警模塊，網(wǎng)絡(luò)報警模塊將其轉(zhuǎn)換為符合802. 3標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式發(fā)送至以太網(wǎng)。所述的開關(guān)量報警模塊通過與視頻分析及圖像增強模塊核心處理器圖睿2的通用輸入輸出管腳相連接，并通過光電隔離，繼電器等方式將通用輸入輸出的電壓變?yōu)轵?qū)動能力較高的開關(guān)量信號，這些開關(guān)量信號將被連接至網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字硬盤錄像機，用以匯報視頻分析的報警結(jié)果。所述的視頻分析及圖像增強模塊以NVIDIA公司的圖睿2處理器為核心，其圖像處理器獲取到視頻采集模塊的ITU-R BT. 656 8 bit 4:2:2格式的數(shù)字視頻信號后將其轉(zhuǎn)換為適合處理的YUV 4:20格式，并交由內(nèi)部的8核甚低功率Gei^orce核心圖像處理單元GPU 配合軟件算法進(jìn)行分析和處理，分析產(chǎn)生的報警結(jié)果交由圖睿2內(nèi)部的雙核ARM cortex A9 處理器進(jìn)一步并通過PCI-Express總線交由網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊發(fā)送。對照附圖3，模擬復(fù)合視頻流(CVBS)從附圖3的VIDE0_IN進(jìn)入抗混疊濾波器中， 濾除高頻信號后，送入德州儀器公司的視頻采集芯片TVP5150中，由圖中AIPlA進(jìn)入，經(jīng)AD 采集，亮度色度處理，格式變換等多個步驟后，變位BT656接口的8bit YUV422數(shù)據(jù)(圖中 Y0UIXTY0UT7)輸出至視頻分析及圖像增強模塊的Image processor接口。對照附圖4，網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊使用了 Realtek公司的RTL8111C-GR，網(wǎng)絡(luò)報警模塊通過符合PCI Express VI. 1標(biāo)準(zhǔn)的接口與視頻分析及圖像增強模塊相接，視頻分析處理及圖像增強模塊產(chǎn)生的報警數(shù)據(jù)、聯(lián)動信息將以符合電力行業(yè)規(guī)約IEC 61870-5-104規(guī)約 (104 規(guī)約)IEC 61870-5-104 規(guī)約，DL451-91 規(guī)約(CDT 規(guī)約)的形式經(jīng)由 PCI Express 收發(fā)器，3速IEEE802.3兼容媒體接入控制器(MAC)，千兆媒體獨立接口(GMII)的物理收發(fā)器，到達(dá)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中。對照附圖5，視頻分析及圖像增強模塊產(chǎn)生的報警開關(guān)量接口經(jīng)由附圖5中的 PC14，PC15光電隔離后，控制右側(cè)的繼電器，充分地隔離，防瞬變脈沖，防浪涌，開關(guān)量報警信號可以接入硬盤錄像機或者視頻監(jiān)控及環(huán)境量采集主機中。本發(fā)明則可以將視頻分析結(jié)果通過以太網(wǎng)上報報警信息，其格式符合電力行業(yè)規(guī)約格式，當(dāng)畫面滿足預(yù)設(shè)的智能分析場景時，智能分析設(shè)備將產(chǎn)生報警信息。由于智能分析需要大量的計算，智能分析設(shè)備通常采用高性能服務(wù)器集中對多路視頻進(jìn)行分析的模式。報警聯(lián)動是智能變電站監(jiān)控的重要系統(tǒng)，通常由報警服務(wù)器完成該功能。報警服務(wù)器收到報警信息后，經(jīng)過解析協(xié)議，查找數(shù)據(jù)庫，發(fā)送聯(lián)動信息等工作，控制一臺或多臺攝像機觀察一個或多個點，向值班人員提供最完畢的報警事件發(fā)生地點的實時視頻資料。實時視頻智能分析與報警聯(lián)動相結(jié)合，變電站內(nèi)發(fā)生人員越過危險區(qū)域，室外區(qū)域人員未帶安全帽，設(shè)備燃燒等預(yù)設(shè)事件時，可以在不依賴監(jiān)控人員監(jiān)視的情況下，產(chǎn)生報警，并聯(lián)動附近的攝像機均照向同一區(qū)域，向值班人員提供及時，全面的視頻資料。
權(quán)利要求1.嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元，其特征是包括視頻采集模塊、視頻分析及圖像增強模塊、網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊、開關(guān)量報警模塊、電源管理模塊，其中視頻采集模塊的信號輸出/輸入端與視頻分析及圖像增強模塊的第一信號輸入/輸出端對應(yīng)相接，網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊的信號輸出/輸入端與視頻分析及圖像增強模塊的第二信號輸入/輸出端對應(yīng)相接，開關(guān)量報警模塊的信號輸出/輸入端與視頻分析及圖像增強模塊的第三信號輸入 /輸出端對應(yīng)連接，電源管理模塊的電源輸出端與視頻分析及圖像增強模塊的電源輸入端、 視頻采集模塊的電源輸入端、網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊的電源輸入端、開關(guān)量報警模塊的電源輸入端對應(yīng)相接。
專利摘要本實用新型是嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元，包括視頻采集模塊、視頻分析及圖像增強模塊、網(wǎng)絡(luò)報警聯(lián)動模塊、開關(guān)量報警模塊、電源管理模塊。優(yōu)點可作為前端攝像機的智能輔助增強補充，多途徑獲取攝像機的視頻并進(jìn)行視頻分析以及圖像增強處理。處理結(jié)果上傳至視頻監(jiān)控平臺。實現(xiàn)特定事件檢測以及圖像質(zhì)量改善。產(chǎn)品以外掛形式接入原有的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，在幾乎不對原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做任何改動的情況下，完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能升級。當(dāng)發(fā)生特定事件時，經(jīng)視頻分析產(chǎn)生報警，通過以太網(wǎng)上報符合電力標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約格式的報警信息，聯(lián)動周圍攝像機監(jiān)控同一個區(qū)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型分散了系統(tǒng)視頻分析的壓力，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡化成本低。
文檔編號G08B13/196GK201993865SQ201120123900
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者景文林, 朱方, 田宏英, 費章君, 陳飛凌 申請人:南京南自信息技術(shù)有限公司