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
技術領域：
本發(fā)明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視頻分析應用需求，屬視頻分析及網絡通訊技術領域。
背景技術：
現有的變電站網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)(亦稱“遙視系統(tǒng)”)初步解決了變電站“無人值守”后的遠程監(jiān)視問題。但是即使是遠程監(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，實驗數據表明，經過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。當發(fā)生人員越過警戒區(qū)，人員聚集，設備起火冒煙時，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品，但報警都為IO 口報警。將視頻分析的結果通過以太網上報符合電力行業(yè)規(guī)約格式的報警信息，業(yè)界尚無先例。
發(fā)明內容
本發(fā)明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)明應用于攝像機一側，當發(fā)生預定的場景時，經視頻分析產生報警，通過以太網上報符合電力行業(yè)規(guī)約格式的報警信息，聯動周圍攝像機監(jiān)控同一個區(qū)域。
本發(fā)明的技術解決方案其結構包括視頻采集模塊、網絡報警聯動模塊、開關量報警模塊、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/輸出端與網絡報警聯動模塊的信號輸出/輸入端對應相接；視頻分析及圖像增強模塊的第三信號輸入/輸出端與開關量報警模塊的信號輸出/輸入端對應連接；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相接，電源管理模塊的電源輸出端與網絡報警聯動模塊的電源輸入端對應相接，電源管理模塊的電源輸出端與開關量報警模塊的電源輸入端對應相接。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點1)本發(fā)明輸入為模擬復合視頻，或者網絡視頻流，輸出為網絡報警信息，可以無縫接入現有的視頻監(jiān)控網絡中。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，方便接入現有系統(tǒng)。3)本發(fā)明相較于后端視頻分析服務器，每臺前端視頻分析服務器處理一路視頻，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器是各自獨立的，一臺前端視頻分析服務器的癱瘓只會導致一路視頻的分析功能失效，而后端視頻服務器癱瘓會導致整個系統(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分擔主處理器運算，相對于后端視頻分析服務器具有成本優(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構示意圖。
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/數采集接口部分原理圖。
附圖4是網絡報警聯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部分原理圖。
具體實施例方式對照附圖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合視頻流CVBS，視頻分析后將報警信息通過網絡輸出。同時開關量報警信息也可以通過傳統(tǒng)的方式接到數字硬盤錄像機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/輸出端對應相接，模擬復合視頻CVBS經過抗混疊濾波器濾波，經視頻采集模塊A/D變換，亮度/色度處理，格式化以后，變?yōu)閅UV Sbit 4:2:2數據通過符合BT. 656標準的^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數據進行必要的預處理后，轉交中央處理器進行視頻分析處理；網絡報警聯動模塊的信號輸出/輸入端與視頻分析及圖像增強模塊的第二信號輸出/輸入端對應相接，網絡報警模塊通過符合PCI Express VI. 1標準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生的報警數據、聯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，到達視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網絡中；開關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/輸入端對應連接，開關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生的開關量將通過光電隔離，電平轉換等處理后輸出，實現與后端報警服務器的兼容；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絡報警聯動模塊的電源輸入端對應相接，電源管理模塊向網絡報警聯動模塊提供3. 3v, 1. 8v工作電壓，電源管理模塊的電源輸出端與開關量報警模塊的電源輸入端對應相接，電源控制模塊向開關量報警模塊提供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，配合自主設計的抗混疊濾波器，將模擬視頻經濾波，自動增益，模數變換，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格式的數字視頻信號輸入視頻分析及圖像增強模塊中，進行下一步的分析與處理。
所述的網絡報警聯動模塊以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生的報警結果經PCI-Express總線發(fā)送至網絡報警模塊，網絡報警模塊將其轉換為符合802. 3標準的數據格式發(fā)送至以太網。
所述的開關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)轵寗幽芰^高的開關量信號，這些開關量信號將被連接至網絡中的數字硬盤錄像機，用以匯報視頻分析的報警結果。
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格式的數字視頻信號后將其轉換為適合處理的YUV 4:20格式，并交由內部的8核甚低功率Gei^orce核心圖像處理單元GPU 配合軟件算法進行分析和處理，分析產生的報警結果交由圖睿2內部的雙核ARM cortex A9 處理器進一步并通過PCI-Express總線交由網絡報警聯動模塊發(fā)送。
對照附圖3，模擬復合視頻流(CVBS)從附圖3的VIDE0_IN進入抗混疊濾波器中， 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進入，經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數據(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，網絡報警聯動模塊使用了 Realtek公司的RTL8111C-GR，網絡報警模塊通過符合PCI Express VI. 1標準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生的報警數據、聯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，到達視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網絡中。
對照附圖5，視頻分析及圖像增強模塊產生的報警開關量接口經由附圖5中的 PC14，PC15光電隔離后，控制右側的繼電器，充分地隔離，防瞬變脈沖，防浪涌，開關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果通過以太網上報報警信息，其格式符合電力行業(yè)規(guī)約格式，當畫面滿足預設的智能分析場景時，智能分析設備將產生報警信息。由于智能分析需要大量的計算，智能分析設備通常采用高性能服務器集中對多路視頻進行分析的模式。
報警聯動是智能變電站監(jiān)控的重要系統(tǒng)，通常由報警服務器完成該功能。報警服務器收到報警信息后，經過解析協(xié)議，查找數據庫，發(fā)送聯動信息等工作，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動相結合，變電站內發(fā)生人員越過危險區(qū)域，室外區(qū)域人員未帶安全帽，設備燃燒等預設事件時，可以在不依賴監(jiān)控人員監(jiān)視的情況下，產生報警，并聯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、網絡報警聯動模塊、開關量報警模塊、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/輸出端對應相接，網絡報警聯動模塊的信號輸出/輸入端與視頻分析及圖像增強模塊的第二信號輸入/輸出端對應相接，開關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、網絡報警聯動模塊的電源輸入端、開關量報警模塊的電源輸入端對應相接。
2.根據權利要求1所述的嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元，其特征是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/輸出端對應相接，模擬復合視頻(CVBS)經過抗混疊濾波器濾波，經視頻采集模塊A/D變換，亮度/色度處理，格式化以后，變?yōu)閅UV Sbit 4:2:2數據通過符合BT. 656標準的^Dit接口輸入至視頻分析及圖像增強模塊的圖像處理器中，圖像處理器對YUV數據進行必要的預處理后，轉交中央處理器進行視頻分析處理。
3.根據權利要求1所述的嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元，其特征是網絡報警聯動模塊通過符合PCI Express VI. 1標準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生的報警數據、聯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)規(guī)約，DL451-91規(guī)約(CDT規(guī)約)的形式經由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，到達視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網絡中。
4.根據權利要求1所述的嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元，其特征是開關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生的開關量將通過光電隔離，電平轉換處理后輸出，實現與后端報警服務器的兼容。
5.根據權利要求1所述的嵌入式前端智能視頻分析及圖像增強單元，其特征是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；電源管理模塊向視頻采集模塊提供3. 3v, 1. 5v工作電壓；電源管理模塊向網絡報警聯動模塊提供3. 3v, 1. 8v工作電壓；電源管理模塊向開關量報警模塊提供3. 3v工作電壓。
全文摘要
本發(fā)明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、網絡報警聯動模塊、開關量報警模塊、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行視頻分析以及圖像增強處理。處理結果上傳至視頻監(jiān)控平臺。實現特定事件檢測以及圖像質量改善。產品以外掛形式接入原有的視頻監(jiān)控網絡，在幾乎不對原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構做任何改動的情況下，完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能升級。當發(fā)生特定事件時，經視頻分析產生報警，通過以太網上報符合電力標準規(guī)約格式的報警信息，聯動周圍攝像機監(jiān)控同一個區(qū)域。與現有技術相比本發(fā)明分散了系統(tǒng)視頻分析的壓力，可靠性高，結構簡化成本低。
文檔編號G08B13/196GK102186059SQ20111010367
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權日2011年4月25日
發(fā)明者費章君, 陳飛凌, 朱方, 田宏英, 景文林 申請人:南京南自信息技術有限公司