一款低成本智能視頻分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：以DM642為核心，設(shè)計(jì)了一款智能視頻分析系統(tǒng)，支持標(biāo)清視頻。采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)視頻智能分析，對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤及預(yù)警功能。

0 引言

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(shù)也愈來(lái)愈成熟。智能視頻分析系統(tǒng)是以圖像處理技術(shù)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(duì)威脅目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤及預(yù)警、以太網(wǎng)視頻傳輸?shù)裙δ埽軐?shí)現(xiàn)復(fù)雜場(chǎng)景的24 h不間斷監(jiān)控并自動(dòng)預(yù)警。

目前廣泛使用的安防監(jiān)控系統(tǒng)基于傳統(tǒng)PC平臺(tái)，成本高、體積大、操作復(fù)雜，使用范圍受限。

本文以德州儀器公司(TI)DM642為核心，設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)了一款低成本的智能視頻分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)分析視頻流，實(shí)現(xiàn)對(duì)威脅目標(biāo)的檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤和預(yù)警功能，并通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)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(shè)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(guó)TI公司的DM642處理器，該處理器的內(nèi)核是主頻600 MHz TMS320C64xDSP內(nèi)核，能有效實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的視頻處理及分析算法。

智能視頻分析系統(tǒng)硬件平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)CMOS攝像頭和監(jiān)控后端。該系統(tǒng)的硬件采用了模塊化設(shè)計(jì)，由圖像處理板、電源模塊、視頻IP模塊組成，如圖1所示。

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圖像處理板用于接收攝像機(jī)的模擬視頻，對(duì)視頻流進(jìn)行分析處理，將處理后的模擬視頻流傳給視頻服務(wù)器IP模塊。

視頻服務(wù)器IP模塊接收經(jīng)過(guò)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(shè)置及控制信息，并將參數(shù)設(shè)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(chǎng)告警設(shè)備控制設(shè)備的啟停。

2 軟件架構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)。

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視頻處理模塊包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和預(yù)處理，如圖3所示。CMOS攝像機(jī)的模擬視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)圖像處理板的A/D芯片采集后，編碼輸出標(biāo)準(zhǔn)的YUV數(shù)字化視頻流，圖像處理板對(duì)YUV數(shù)字化視頻流進(jìn)行視頻預(yù)處理。

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視頻預(yù)處理模塊的算法包括數(shù)據(jù)處理和預(yù)處理兩部分內(nèi)容。數(shù)據(jù)處理用于對(duì)采集到的視頻流進(jìn)行調(diào)整、壓縮和存儲(chǔ)，用于該視頻流通過(guò)以太網(wǎng)傳輸。預(yù)處理主要包括攝像機(jī)標(biāo)定，以及圖像的濾波、增強(qiáng)與恢復(fù)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(dòng)、鏡頭畸變等原因，圖像的原始質(zhì)量不高，所以需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，提取需要的信息。

在使用攝像機(jī)設(shè)備之前需要對(duì)攝像機(jī)鏡頭參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，包括求取攝像機(jī)鏡頭的外部參數(shù)和內(nèi)部參數(shù)。外部參數(shù)是指攝像機(jī)鏡頭相對(duì)于大地坐標(biāo)系的位置和方向;內(nèi)部參數(shù)為攝像機(jī)鏡頭的光學(xué)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(duì)預(yù)處理后圖像中感興趣的目標(biāo)信息進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量，獲得這些目標(biāo)的客觀信息。智能分析模塊包括目標(biāo)分割、目標(biāo)定位、目標(biāo)跟蹤和特征提取等算法，如圖4所示。

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智能決策模塊是利用智能分析模塊的結(jié)果，通過(guò)研究圖像中多個(gè)目標(biāo)的性質(zhì)和它們之間的聯(lián)系，得出對(duì)圖像內(nèi)容含義的理解，包括對(duì)連續(xù)場(chǎng)景的解釋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)威脅目標(biāo)的識(shí)別、跟蹤及預(yù)警。智能決策模塊包括目標(biāo)識(shí)別、行為理解、威脅估計(jì)和決策推理等算法，如圖5所示。

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3 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)在DM642平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了智能視頻分析系統(tǒng)，通過(guò)優(yōu)化算法，能滿足復(fù)雜場(chǎng)景的24 h不間斷的高效監(jiān)控的要求，具有誤報(bào)警率低的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了低成本的標(biāo)清智能視頻分析，應(yīng)用前景廣闊。