[发明专利]一种基于协作性组群机制的视频处理系统

说明书

本发明公开了一种基于协作性组群机制的视频处理系统，属于视频无线通信领域。本发明系统包括摄像头节点、边缘节点和服务器节点；服务器节点的控制模块通过接收到的边缘节点的信道状态和计算能力信息，基于平均视频码率和物体侦测精确度之间的关系，利用边缘节点的协作处理，即形成协作性组群，以及构建视频块调度机制，有效地提高了物体侦测精确度，同时，它解决了在摄像头节点处理带来的计算时延、在远端服务器处理带来的传输时延、非协作处理机制中多余的边缘节点的计算资源浪费以及传输速率的差异性带来的子任务调度问题。

技术领域

本发明属于视频无线通信领域，更具体地，涉及一种基于协作性组群机制的视频处理系统。

背景技术

近些年来，随着通信和网络技术的快速发展，例如无线传感器网络，短距离无线通信和4G/5G蜂窝通信，物联网正在成为一种能使智能城市和家居中的物体和人类交互的机制。作为一种兴起的物联网类型，多媒体物联网系统整合图像处理、计算机视觉和网络，包含摄像头节点和物联网服务器两大主要部分，已经广泛应用在监控、自动行为分析和事件侦测。常见的多媒体物联网系统处理框架分为两种，一种是传统视频处理框架，另一种为基于边缘计算的视频处理框架。在这两种视频处理框架中，都包含了摄像头节点和物联网服务器，其中摄像头节点都具备捕获视频图像功能，物联网服务器负责对视频图像进行分析处理，例如特征匹配、目标侦测。

传统视频处理框架，传统视频处理框架可分为两种，分别为本地视频处理框架和远端服务器视频处理框架：本地视频处理框架是指由摄像头节点处预处理视频任务，例如视频压缩、特征提取，然后将预处理视频结果传输给远端物联网服务器进行深入的视频分析，例如特征匹配、目标侦测；而在远端物联网服务器视频处理框架内，摄像头将捕获的视频图像任务不经任何处理直接传输到远端物联网服务器，由服务器来完成所有的处理。然而，测试表明上述两种机制会导致严重的时延，分别为当在本地预处理视频时，由于摄像头节点有限的计算资源可能会导致计算时延，而由于有限的网络带宽，传输视频任务数据到远端服务器可能会造成拥塞和时延。

基于边缘计算的视频处理框架，该框架引入了边缘计算，利用边缘节点来协作计算，其能够实现低时延，该框架包括摄像头节点、边缘节点和远端物联网服务器三大部分，其中摄像头节点负责捕获视频图像任务并将任务分配给边缘节点进行预处理，边缘节点主要负责对视频子任务执行兴趣点侦测和特征提取等工作，远端物联网服务器则收集边缘节点的视频预处理结果并进行整合以及深入分析，来实现识别率最大化的目标。

传统视频处理框架中，在本地预处理视频时，由于摄像头节点有限的计算资源可能会导致计算时延，而由于有限的网络带宽，传输视频任务数据到远端服务器可能会造成拥塞和时延。非协作处理机制中，没有考虑多节点协作处理同一子任务，导致资源的闲置；同时没有考虑由于传输速率的差异性带来的子任务调度问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于协作性组群机制的视频处理系统，其目的在于通过利用边缘节点的协作处理，即形成协作性组群，以及视频块调度机制，可以有效地提高物体侦测精确度，解决在本地摄像头节点视频处理带来的计算时延、在远端服务器视频处理带来的传输时延、非协作处理机制中多余的边缘节点的计算资源浪费以及传输速率的差异性带来的子任务调度问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于协作性组群机制的视频处理系统，所述系统包括：

摄像头节点，用于捕获视频信号并将视频信号分割成相等大小的视频块并对视频块进行压缩，根据边缘节点的信道状态和计算能力信息得到视频块的压缩率、协作组群形成方案和视频块调度方案；将按视频块的压缩率压缩后的视频块按照视频块调度方案传输给边缘节点，将协作组群形成方案发送至相应边缘节点；

边缘节点，用于将各自的信道状态和计算能力信息发送给摄像头节点，然后根据协作组群形成方案形成协作性组群，对接收到的视频块进行初步处理，并将处理后的结果发送至服务器节点；