基于DM8168的视频智能分析系统的设计方案

2014-01-12 19:31:49来源: 电子技术网 关键字:智能
    摘要:为了实现高清视频的智能分析功能,本文介绍了一种以TI公司的DM8168为核心的高清视频智能分析系统的设计方案,该方案从硬件设计和软件设计两个方面介绍了硬件组成、工作流程、软件架构,并详细描述智能分析算法的构成、实现和优化。经过目标测试结果表明,该高清视频智能分析系统能实现对复杂场景的昼夜不间断监控,具有架构简单、可靠性高、误报警率低等特点。

  0 引言

  视频智能分析系统是指以数字视频处理技术为核心,在传统视频监控系统上发展而来的一种新型系统,充分利用了这些年高速DSP、光电传感器、工业以太网和人工智能等领域的技术成果。视频智能分析系统除具有传统安防监视系统的功能以外,还有复杂场景的昼夜监控、不间断检测、智能识别及预警入侵目标、自动异常检测、视频传输、后端回放、误报率低等特殊功能。

  传统基于PC 平台的安防系统维护成本高、功耗体积大,一般不具备智能视频分析功能,X86体系的处理器的实时性不强,使用范围受限制。

  目前大部分的视频监控系统是基于DM642 平台的,少部分采用了DM6467平台,处理器性能较弱,无法满足今后的高清视频智能分析的需求。TI公司在2011年推出TMS320DM8168 图像处理器,内嵌有ARM 核和DSP 核,ARM 核为1.2 GHz ARM-Cortex- -A8 RISCMPU,DSP核为1 GHz C674x-VLIW DSP,带有SGX530显示加速器、高清视频协处理器(HDVICP)、高清视频处理子系统(HDVPSS)。

  本文以美国德州仪器(TI)公司的图像处理器处理器TMS320DM8168为核心,设计及实现一种高清视频智能分析系统,能智能分析高清视频流,对威胁目标具有检测、识别、跟踪及预警功能,通过千兆以太网将视频压缩传输给监控后端。该高清视频智能分析系统处理器运算能力很强,能满足多路高清视频的分析处理和编码传输需求,有很大的实用价值。

  本方案从硬件设计和软件设计两个方面,对该高清视频智能分析系统的设计流程进行了详细的描述。

  1 系统硬件组成

  高清视频智能分析系统用于实现对现场大面积的覆盖监控,以及对目标事件的特写监控。主要由A/D转换器、DM8168处理器、电源转换电路等组成。如图1所示。

  高清视频智能分析系统采用12VDC供电。电源转换电路通过TPS54620 芯片转换成5 V,3.3 V 和1.5 V三路电压,然后再转换给各功能电路需要的电压供功能电路使用。

  高清模拟视频信号通过YPbPr接口进入系统,由高清视频解码器TVP7002 进行AD 采集,由DM8168 的VIP0口捕获。

  

  处理器DM8168的高清视频处理子系统(HDVPSS)提供了视频输入接口和视频输出接口,负责视频捕获、显示、缩放和反交错处理,视频输出接口扩展有HDMI显示输出接口。

  处理器DM8168的高清视频协处理器(HDVICP)来处理H.264,MPEG4,MJPEG编解码。

  处理器DM8168的SGX530显示加速器可以有效提升视频流显示速度和质量。

  处理器DM8168 的DSP 内核上完成高清视频信号的分析、理解,主动提取目标并实现对目标跟踪。

  处理器DM8168 的ARM 内核运行基于Linux 操作系统的应用程序,主要负责系统的控制、通信以及网络传输等工作,输出报警信号,通过千兆以太网将视频压缩传输给监控后端,本设计的工作流程如图2所示。

  

  2 系统软件设计

  本设计中,处理器DM8168的双核架构中的ARM内核是主处理器,能引导加载DSP内核,并将预处理后的视频数据通过SysLink传送到DSP内核进行处理。Sys-Link是TI新推出的DSP/BIOS LINK实现,允许在处理器各个内核之间的通信。ARM 内核、DSP 内核、HDVPSS和HDVICP 的通信由SysLink 负责。软件系统架构如图3所示。

  

  本设计的智能分析算法如图4 所示。智能分析算法由视频预处理、目标检测与跟踪、目标识别与理解、视频编码压缩共4个模块构成。

  

  在实际应用中,通过视频输入接口捕获的原始视频由于运动、光照、噪声等原因,导致原始视频的信息量过于繁杂,必须对原始视频进行预处理,提取需要的信息。在捕获原始视频后,因为成像的过程中不可避免地受到各种干扰的原因。在本设计中,对原始视频进行预处理是必不可少的,把干扰因素的影响降到最低,并且把质量较低的视频进行处理,原因就是直接对待测目标的特征数据库去提取特征很难做到。

  预处理模块主要包括摄像机标定、滤波、增强与恢复等环节。在使用摄像机之前需要对其进行参数的标定,包括摄像机模型的内部参数和外部参数。

  3 目标测试与分析结果

  目标检测与跟踪模块主要是把目标从视频图像中提取出来,并进行判断。同时将目标完成的从背景中分割出来,最后实现对目标的持续稳定跟踪。完成对目标的检测和跟踪,是实现更复杂的识别功能的基础。目标的检测与跟踪模块包括背景建模、目标分割、特征模板建立、目标跟踪。目标识别与理解模块内容包括主要包括目标模型建立、目标分类识别、行为理解、识别和模板更新,是在目标检测与跟踪模块的基础上,进一步研究各目标的性质以及目标之间的相互联系,并得出对视频内容的理解以及对客观场景的解释。完成目标的锁定后,通过更为深度的分析和理解和采用基于学习机制的识别和理解算法,进一步研究视频中各目标的性质。对目标进行分类识别和行为理解,从而指导和规划行动。

  经过目标识别和理解,将分析结果送入决策模块,送出报警信息。同时,在分析后视频上叠加标志信息,进行视频编码后通过以太网传输到监控后端设备。如图5、图6所示。

  

  为了优化系统性能,由ARM内核对DSP内核、高清视频处理子系统和高清视频协处理器的工作进行精确同步并行,保证ARM内核在预处理N帧视频、将N-3帧视频通过千兆以太网送出的同时,DSP 内核在分析第N-1帧视频,HDVICP对N-2帧视频编码压缩,HDVPSS正好采集N+1帧视频。

  4 结论

  本方案在DM8168 平台上设计并实现了高清视频智能分析系统,构造了较为先进的智能分析软件算法, 从硬件设计和软件设计两个方面介绍了硬件组成、工作流程、软件架构,并详细描述智能分析算法的构成、实现和优化。经过目标测试结果表明,该高清视频智能分析系统能实现对复杂场景的昼夜不间断监控,具有架构简单、可靠性高、误报警率低等特点,满足今后的高清视频智能分析的需求,应用前景相当广阔。

关键字:智能

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2014/0112/article_6668.html
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