基于DM642平臺的智能視頻分析系統(tǒng)設計

隨著安防監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展，新型智能視頻分析技術也愈來愈成熟。智能視頻分析系統(tǒng)是以圖像處理技術為核心，除具有傳統(tǒng)安防監(jiān)控系統(tǒng)的所有功能以外，還具有對威脅目標檢測、識別、跟蹤及預警、以太網(wǎng)視頻傳輸?shù)裙δ?，能實現(xiàn)復雜場景的24 h 不間斷監(jiān)控并自動預警。

目前廣泛使用的安防監(jiān)控系統(tǒng)基于傳統(tǒng)PC 平臺，成本高、體積大、操作復雜，使用范圍受限。本文以德州儀器公司(TI)DM642為核心，設計及實現(xiàn)了一款低成本的智能視頻分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過分析視頻流，實現(xiàn)對威脅目標的檢測、識別、跟蹤和預警功能，并通過以太網(wǎng)實現(xiàn)視頻的壓縮傳輸。產(chǎn)品可廣泛用于傳統(tǒng)視頻監(jiān)控工程的建設中，提升安防監(jiān)控系統(tǒng)智能化程度。

1 硬件組成

本文采用了美國TI公司的DM642 處理器，該處理器的內核是主頻600 MHz TMS320C64xDSP 內核，能有效實現(xiàn)復雜的視頻處理及分析算法。

智能視頻分析系統(tǒng)硬件平臺提供1 路模擬視頻輸入、2路RS 232以及1路以太網(wǎng)口，可以外接標準CMOS攝像頭和監(jiān)控后端。該系統(tǒng)的硬件采用了模塊化設計，由圖像處理板、電源模塊、視頻IP模塊組成，如圖1所示。

圖像處理板用于接收攝像機的模擬視頻，對視頻流進行分析處理，將處理后的模擬視頻流傳給視頻服務器IP模塊。

視頻服務器IP模塊接收經(jīng)過分析處理的模擬視頻流，輸出編碼壓縮后的視頻信息給監(jiān)控后端。接收監(jiān)控后端的參數(shù)設置及控制信息，并將參數(shù)設置信息傳給圖像處理板，并將控制信息傳給外聯(lián)的現(xiàn)場告警設備控制設備的啟停。

2 軟件架構及流程

智能視頻分析系統(tǒng)軟件主要包括視頻處理模塊、智能分析模塊、決策模塊、圖像壓縮模塊等。系統(tǒng)軟件工作流程如圖2所示。所有算法的接口都符合TI公司的xDAIS標準。

視頻處理模塊包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和預處理，如圖3所示。CMOS攝像機的模擬視頻信號經(jīng)過圖像處理板的A/D 芯片采集后，編碼輸出標準的YUV 數(shù)字化視頻流，圖像處理板對YUV 數(shù)字化視頻流進行視頻預處理。

視頻預處理模塊的算法包括數(shù)據(jù)處理和預處理兩部分內容。數(shù)據(jù)處理用于對采集到的視頻流進行調整、壓縮和存儲，用于該視頻流通過以太網(wǎng)傳輸。預處理主要包括攝像機標定，以及圖像的濾波、增強與恢復等。

圖像處理板經(jīng)A/D 芯片捕獲的原始碼流，由于光照、噪聲、抖動、鏡頭畸變等原因，圖像的原始質量不高，所以需要對其進行預處理，提取需要的信息。在使用攝像機設備之前需要對攝像機鏡頭參數(shù)進行標定，包括求取攝像機鏡頭的外部參數(shù)和內部參數(shù)。

外部參數(shù)是指攝像機鏡頭相對于大地坐標系的位置和方向;內部參數(shù)為攝像機鏡頭的光學特征參數(shù)，這些參數(shù)包括鏡頭的焦距值、徑向鏡頭畸變值、軸向鏡頭畸變值以及其他系統(tǒng)誤差參數(shù)值。

智能分析模塊主要是對預處理后圖像中感興趣的目標信息進行檢測和測量，獲得這些目標的客觀信息。智能分析模塊包括目標分割、目標定位、目標跟蹤和特征提取等算法，如圖4所示。

智能決策模塊是利用智能分析模塊的結果，通過研究圖像中多個目標的性質和它們之間的聯(lián)系，得出對圖像內容含義的理解，包括對連續(xù)場景的解釋，從而實現(xiàn)對威脅目標的識別、跟蹤及預警。智能決策模塊包括目標識別、行為理解、威脅估計和決策推理等算法，如圖5所示。

3 結語

本設計在DM642 平臺上實現(xiàn)了智能視頻分析系統(tǒng)，通過優(yōu)化算法，能滿足復雜場景的24 h不間斷的高效監(jiān)控的要求，具有誤報警率低的優(yōu)點，實現(xiàn)了低成本的標清智能視頻分析，應用前景廣闊。