基于TW2834視頻控制器的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)

摘要：介紹了采用TechWell公司的TW2834芯片實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的軟硬件設(shè)計(jì)方法，給出了用TW2834實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)檢測(cè)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，同時(shí)對(duì)應(yīng)用SST89E516RD2單片機(jī)和TW2834進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了分析總結(jié)。
關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；運(yùn)動(dòng)檢測(cè)；TW2834；SST89E516RD2

0 引言
視頻監(jiān)控系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，它是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控以其直觀、準(zhǔn)確、及時(shí)和信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變電站、交通運(yùn)輸、超市防盜、軍事安全、小區(qū)安防等諸多領(lǐng)域。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)在人們?nèi)粘Ｉ钪械膹V泛使用，大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也提高了公共環(huán)境的安全防護(hù)效果。20多年來(lái)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了從第一代百分之百的模擬系統(tǒng)，到第二代部分?jǐn)?shù)字化的系統(tǒng)，再到第三代完全數(shù)字化的系統(tǒng)以及現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展演變。其實(shí)，在第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，智能化技術(shù)就已經(jīng)滲透到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，如運(yùn)動(dòng)圖像的檢測(cè)就有利于可疑活動(dòng)的判斷，從而及時(shí)告知監(jiān)控中心。因此，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的研究，對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究和完善，具有重要的參考意義和實(shí)用價(jià)值。

1 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)
運(yùn)動(dòng)分析與估計(jì)是數(shù)字視頻處理的基本內(nèi)容，也是視頻處理研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前，用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法有圖像序列差分法、塊匹配算法、光流法等。其中，圖像序列差分法分為幀間差分法和背景差分法兩種算法，本文基于TW2834的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法就是基于背景差分法實(shí)現(xiàn)的。

2 T772834的運(yùn)動(dòng)參數(shù)檢測(cè)
2．1 屏蔽區(qū)域和檢測(cè)區(qū)域
基于TW2834實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法使用全屏視頻數(shù)據(jù)并檢測(cè)每個(gè)單元(以16X12像素為單元)的運(yùn)動(dòng)狀況。用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的全屏視頻數(shù)據(jù)由每行704個(gè)像素組成，NTSC格式的視頻為240行，PAL格式的視頻為288行。在水平方向的起始像素個(gè)數(shù)可通過(guò)MD_ALIGN寄存器設(shè)置為0～15的某個(gè)值。每個(gè)檢測(cè)單元可以通過(guò)MD_MASK寄存器設(shè)置是否屏蔽。當(dāng)對(duì)應(yīng)單元的屏蔽位被設(shè)為1時(shí)，則該單元不做運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。MD_MASK寄存器在讀模式和寫模式下有不同的功能。在寫模式下，設(shè)置MD_MASK為1，則對(duì)應(yīng)的單元不做運(yùn)動(dòng)檢測(cè)；在讀模式下，MD_MASK寄存器則根據(jù)MASK_MODE寄存器的不同值提供兩類信息。當(dāng)MASK_MODE=1時(shí)，MD_MASK寄存器提供檢測(cè)單元的屏蔽信息；當(dāng)MASK_MODE=0時(shí)，MD_MASK寄存器提供檢測(cè)單元的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)結(jié)果，MD_MASK=1表示對(duì)應(yīng)的檢測(cè)單元有運(yùn)動(dòng)，否則沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。
2．2 靈敏度控制
運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元通過(guò)4個(gè)靈敏度參數(shù)來(lái)控制運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的閾值，通過(guò)MD_LVSENS寄存器可設(shè)置亮度靈敏度，通過(guò)MD_SPSENS寄存器和MD_CELSE NS寄存器可設(shè)置空間靈敏度，而通過(guò)MD_TMPSENS寄存器則可設(shè)置時(shí)間靈敏度。
內(nèi)置的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法可通過(guò)當(dāng)前場(chǎng)和參考場(chǎng)的亮度差來(lái)判斷是否有運(yùn)動(dòng)發(fā)生。當(dāng)亮度差大于MD_LVSENS的值時(shí)，表示已檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元的靈敏度隨MD_LVSENS值的減小而增強(qiáng)，但是，如果MD_LVSENS的值太小，則運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊的抗干擾能力會(huì)減弱。
由于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)僅通過(guò)亮度差來(lái)判斷，因此，抗空間隨機(jī)噪聲的能力很差。為了防止由于隨機(jī)噪聲而引起的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)錯(cuò)誤，TW2834使用了空間濾波器。MD_SPSENS定義了一場(chǎng)視頻檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元的個(gè)數(shù)。增大MD_SPSENS的值，可以增強(qiáng)空間隨機(jī)噪聲的抗干擾能力。每一個(gè)檢測(cè)單元有4個(gè)子單元，每個(gè)檢測(cè)單元是否檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)取決于其4個(gè)子單元。MD_CELSENS定義了被檢測(cè)單元檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)的子單元檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)。同樣，增大MD_CELSENS的值，可以提高視頻小區(qū)域內(nèi)的抗空間隨機(jī)噪聲的能力。
時(shí)間濾波器用于濾除時(shí)間隨機(jī)噪聲引起的虛假運(yùn)動(dòng)，MD_TMPSENSE濾波器用于控制時(shí)間靈敏度，增大MD_TMPSENS的值可以增強(qiáng)抗時(shí)間隨機(jī)噪聲的能力。
2．3 速度控制
運(yùn)動(dòng)的物體具有不同的速度，較快的運(yùn)動(dòng)物體在相鄰場(chǎng)視頻出現(xiàn)和消失的速度比較快，反之，速度則慢。由于內(nèi)置的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法僅根據(jù)相鄰場(chǎng)的亮度差來(lái)判斷，因此，較快的運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)比較慢的運(yùn)動(dòng)物體更利于運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，MD_SPEED參數(shù)可以將用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的相鄰場(chǎng)視頻增加到64場(chǎng)。MD_SPEED參數(shù)設(shè)置用于亮度比較的兩場(chǎng)視頻的間隔。因此，對(duì)于較快的運(yùn)動(dòng)物體，MD_SPEED需要設(shè)置得較小，而較慢的運(yùn)動(dòng)物體則需要設(shè)置得較大。MD_SPEED的值必須比MD_TMPSENS的值要大。另外，TW2834用1個(gè)參數(shù)控制參考場(chǎng)的選擇。MD_FLD寄存器是一個(gè)場(chǎng)的選擇參數(shù)，如奇數(shù)、偶數(shù)、任何場(chǎng)或幀等。MD_REFFLD寄存器用于控制更新參考場(chǎng)的周期。MD_REFFLD=0時(shí)，當(dāng)前場(chǎng)與參考場(chǎng)的間隔始終為MD_SPEED的值，也就是說(shuō)，參考場(chǎng)隨每場(chǎng)視頻的變化而更新。MD_REFFLD=0時(shí)，當(dāng)前場(chǎng)與參考場(chǎng)的關(guān)系如圖1所示。

當(dāng)MD_REFFLD=1時(shí)，參考場(chǎng)只是在MD_SPEED所指示的時(shí)間間隔才更新參考場(chǎng)。在這種情況下，TW2834可以在一定的靈敏度檢測(cè)不同速度的運(yùn)動(dòng)物體。MD_REFFLD=1時(shí)，當(dāng)前場(chǎng)與參考場(chǎng)的關(guān)系如圖2所示。
TW2834通過(guò)MD_STRB_EN和MD_STRB寄存器來(lái)控制參考場(chǎng)／幀的更新時(shí)間。MD_STRB_EN=0時(shí)，參考場(chǎng)／幀自動(dòng)更新并保存；MD_STRB_EN=1時(shí)，參考場(chǎng)／幀只有當(dāng)MD_STRB=1時(shí)才能被更新和保存。