基于DM642的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的DSP實(shí)現(xiàn)

　　引言

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市交通和基礎(chǔ)設(shè)施的不斷進(jìn)步，人們對(duì)安全的要求不斷提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛用于小區(qū)安全監(jiān)控、火警監(jiān)控、流量控制以及軍事、銀行、商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、地鐵等公共場(chǎng)所的安全防范。近年來(lái)，數(shù)字視頻監(jiān)控正以其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)逐漸取代模擬視頻監(jiān)控，為用戶提供更安全、更智能化的視頻監(jiān)控服務(wù)。智能監(jiān)控向網(wǎng)絡(luò)化，智能化，數(shù)字化發(fā)展。目前最先進(jìn)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)具有智能化分析功能，以計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)時(shí)場(chǎng)景中的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤分析，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行行為理解分析，從而代替或者部分代替人類進(jìn)行監(jiān)視活動(dòng)。

　　近年來(lái)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)層出不窮，而少有系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)層面的介紹。國(guó)內(nèi)外較為常見的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一種是使用PC機(jī)作為算法運(yùn)行的硬件平臺(tái)，如Morita等采用的C/S結(jié)構(gòu)[1]或Dias等采用的分布式結(jié)構(gòu)[2]。這種系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是成本高，由于PC對(duì)數(shù)字圖像處理不易優(yōu)化，智能算法很難達(dá)到實(shí)時(shí)要求。另一種使用專門數(shù)字圖像處理器構(gòu)建硬件平臺(tái)。這種系統(tǒng)的最大不足在于隨著系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大、信息量增多，加大了服務(wù)器負(fù)擔(dān)，進(jìn)而影響了整個(gè)系統(tǒng)。

　　在算法研究上，視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)包括：背景建立，動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，動(dòng)目標(biāo)提取與跟蹤，動(dòng)目標(biāo)智能分析。其中背景建立和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)是關(guān)鍵技術(shù)中的基礎(chǔ)，其實(shí)現(xiàn)的好壞直接影響監(jiān)控效果。目前較常見的算法有：幀間差分法[3]，背景差分法[4]，光流法[5]等。已有很多仿真工作見報(bào)道，但是較少有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了的基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的嵌入式實(shí)時(shí)處理。

　　本文設(shè)計(jì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)遵循數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，綜合考慮對(duì)上述不足進(jìn)行改進(jìn)，可以使用普通模擬攝像頭作為視頻源進(jìn)行本地實(shí)時(shí)智能監(jiān)控，也可以使用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)作為視頻源進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)智能監(jiān)控。在算法上較好地解決了監(jiān)控算法背景更新，動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)。提出并實(shí)現(xiàn)了對(duì)可疑物報(bào)警、對(duì)貴重物體丟失報(bào)警等算法。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件

　　本系統(tǒng)的硬件由多塊自行開發(fā)的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)板卡組成，主要提供對(duì)本地和遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的硬件支持。每塊DSP板卡包括：基于TMS320DM642(TI多媒體數(shù)字信號(hào)處理DSP芯片，下文簡(jiǎn)稱DM642)核心處理模塊，外設(shè)存儲(chǔ)器模塊，總線控制模塊，模擬視頻輸入模塊，PCI模塊。系統(tǒng)硬件框圖如圖1。

　　系統(tǒng)軟件

　　·DSP端軟件

　　DSP板卡運(yùn)行多通道的智能監(jiān)控算法，算法以庫(kù)形式提供。軟件構(gòu)架則以算法庫(kù)為核心、DSP/BIOS[6]和RF5[7]為框架進(jìn)行構(gòu)建。DSP/BIOS是TI公司提出的高度優(yōu)化、可裁剪的DSP實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，提供了搶占式的線程調(diào)度，內(nèi)存管理，外設(shè)管理和可視化的調(diào)試工具等特性。RF5是一種基于DSP/BIOS的DSP軟件框架，提供了內(nèi)存管理策略，線程模型，通道封裝和算法管理。一臺(tái)服務(wù)器主機(jī)中可以安裝5張獨(dú)立的DSP板卡。