分布式视频信息处理系统的设计与实现

《分布式视频信息处理系统的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、分布式视频信息处理系统的设计与实现陈健陶霖密孙洛徐光祐清华大学人机交互与媒体集成研究所北京100084摘要：当前视频信息的处理正向着智能化、实时化和分布式方向发展，通过把分布在不同位置、不同类型的摄像机采集到的视频数据进行有效地融合和实时分析处理，从而得到单个摄像机系统所无法达到的效果。本文提出并实现的分布式视频信息处理系统由视频数据处理、信息子系统和软件平台三部分组成，其中处于系统最低层的软件平台为分布式视频信息的实时处理提供传输、压缩、解压等服务，同时还担负着将物理传感器抽象为逻辑传感器的任务；信息子系统为软件平台提供所有与信息相关的服

2、务，协助完成元数据的产生与管理的全过程；视频数据处理部分主要完成处理目标并为用户提供识别与跟踪等特定服务。实验结果表明该系统能够屏蔽不同硬件设备和网络结构的差异、将传感器数据分离出来形成一套单独的服务，为上层的视频处理模块提供数据，具有良好的通用性和可扩展性。关键词：分布式；模块化；视频处理1.引言在信息时代的今天，无穷无尽的数据扑面而来，其中，视频数据占有举足轻重的地位，在交通、医疗、教育、国防等领域都有着广泛的应用需求。目前视频信息的处理正向着智能化、系统化、实时化和分布式方向发展，一个统一的视频信息处理系统包括异构视频数据的采集、分布

3、式多路视频数据的同步传输以及视频数据的实时分析检索等处理，在有效地协调融合分布的、异构的视频数据的基础上，来实现计算机对特定目标的自动识别、理解目标场景中的兴趣事件、在线辅助用户做出决策等应用。随着传感器和摄像机的普及，基于视频信息的处理系统在各个领域的应用越来越多，出现了许多智能系统，如无人侦察机、智能机器人、老人看护系统以及驾驶员疲劳感应系统等。在分布式视觉信息处理系统中，多个摄像机可以观察到更广阔的区域，或是对小范围区域进行多角度的观察，从而获得更加丰富、全面的信息，弥补单摄像机的不足。不过，在视频采集设备分布式和异构化的条件下，信息

4、处理和融合的计算量以及计算复杂度均大幅增加，传统的单服务器处理模式已无法满足实际应用，故此，如何有效地分析使用大量异构的摄像机数据、如何在不同的节点之间调度等现实问题便成了系统优化的关键。目前国内外已出现许多这方面的研究，由于视频内容理解本身的复杂性，分析和利用多摄像机的大量数据便成为非常具有挑战性的课题，其相应的系统结构的主流发展方向是分布式和多线程。[1]本文介绍的分布式视频信息处理系统，是在前期已实现的分布式视觉系统软件平台的基础上扩展而418成，增加了信息子系统和视频处理模块，采用多服务器来满足多任务的实时处理，将各种视频分析理解算

5、法有机地整合到一个统一的框架下；同时也设计出具有层次结构的XML读写类来实现视频数据的传输、解压、缓存等软件模块接口间的通信，并采用异步消息队列的同步方法获取多路同步消息数据，在多路视频数据传输时加上数据采集时刻的时间戳来解决异步传输的同步问题，使用MPEG-7来表示视频数据处理的结果以便于检索。2.系统设计与模块实现2.1总体框架不同的分布式视频信息实时处理系统均涉及到多路异构摄像机的数据采集、分布式处理以及信息融合等任务，现有的视频内容理解算法和高层事件推理模型需要做较多的接口方面的编程工作才能适应整个系统，这些繁杂的工作不仅需要对底层

6、传感器接口比较熟悉，还需要处理很多进程间通信和同步等方面的问题；此外当有多个系统需要使用同一算法时，由于每个系统在底层配置上的差别，要求算法针对每个系统都需做一次改动，效率很低。针对这种情况，我们将视频等公共的部分分离出来形成一套单独的服务，一方面简化上层的视频分析模块的开发、方便系统的构建与集成，另一方面也提供良好的通用性和可扩展性。图1系统的逻辑结构如图1所示，整个系统的逻辑结构可划分为视频数据处理、信息子系统和软件平台三大部分，其中软件平台处于系统的最低层，为分布式视频信息的实时处理提供传输、压缩、解压等服务，同时还担负着将物理传感器

7、抽象为逻辑传感器的任务；信息子系统能够为软件平台提供所有与信息相关的服务，例如信息表述、存储和检索，能够协助完成元数据的产生与管理的全过程；视频数据处理部分主要完成处理目标并为用户提供特定的服务。这样，在软件平台的支撑下，视频数据处理模块就不需要处理不同视觉传感器各异的接口，而是通过一组屏蔽了传感器差异的统一接口来获取异构的摄像机视频；此外，不同的视频分析模块可以灵活地布419署在多个服务器上，获取位于其他位置的视频流进行分析，并可以通过软件平台的接口将自己的结果与其他视频分析模块共享，从而实现模块之间的协作以及更鲁棒的分析算法。2.2多线

8、程设计为了简化任务的设计，使系统得到良好的扩展性和清晰简明的结构，在本系统软件平台的设计和实现上，我们采用基于对象线程的方法和对象线程间的发布-订阅模型来实现平台内部不同任务之间