動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)的自動捕獲系統(tǒng)研究

袁社鋒++李俊霞

摘 要： 傳統(tǒng)的動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)自動捕獲和監(jiān)控識別系統(tǒng)采用ZigBee編碼和特征提取方法，因動態(tài)視頻在傳輸過程中產(chǎn)生衰減失真，導(dǎo)致視頻圖像采集傳輸丟包，自動捕獲性能不好。提出一種基于Huffman編碼和MUX101程控開關(guān)控制的動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)的自動捕獲系統(tǒng)。通過VXI系統(tǒng)總線高速傳輸視頻數(shù)據(jù)到AD8021芯片，進行反饋電阻控制，實現(xiàn)視頻特征的動態(tài)提取和捕獲，選用程控放大器VCA810，通過局部總線向HP E1562E 8GB提供傳感器信號，達到調(diào)整視頻特征興趣區(qū)域放大倍數(shù)的目的。設(shè)計Huffman編碼及視頻興趣區(qū)特征提取算法作為軟件核心部分嵌入，采用VXI總線技術(shù)實現(xiàn)對動態(tài)視頻興趣區(qū)的自動捕獲系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。仿真結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)進行動態(tài)視頻采集和興趣區(qū)特征的自動捕獲，準確度較高，丟包率較少，性能優(yōu)越。

關(guān)鍵詞： 視頻興趣區(qū)； 動態(tài)環(huán)境； 系統(tǒng)設(shè)計； 智能識別

中圖分類號： TN958?34； TP391 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）22?0115?03

0 引 言

隨著多媒體通信、動態(tài)視頻監(jiān)控和傳輸?shù)难杆倨占?，對視頻傳輸?shù)目煽啃院途W(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的準確識別性要求越加嚴格，在實時傳輸高質(zhì)量視頻圖像的同時，能準確識別動態(tài)視頻中的感興趣區(qū)域，達到興趣特征識別的目的是一項很困難的任務(wù)。當今，網(wǎng)絡(luò)多媒體視頻和圖像文件傳輸?shù)难杆僭鲩L，需要對動態(tài)環(huán)境下視頻等多媒體信息進行監(jiān)控識別，在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控、刑事勘驗偵查、軍事目標識別等領(lǐng)域具有重要的價值和意義。在動態(tài)視頻采集和傳輸環(huán)境下，對視頻興趣區(qū)進行自動捕獲，實現(xiàn)視頻監(jiān)控的智能識別。研究動態(tài)環(huán)境下的視頻興趣區(qū)域特征的提取算法和自動捕獲系統(tǒng)受到了廣大專家學(xué)者的重視[1]。

在傳統(tǒng)的動態(tài)視頻特征提取和興趣區(qū)自動捕獲系統(tǒng)設(shè)計中，采用Adobe Premiere 等視頻編輯軟件；在沒有重傳和糾錯機制的條件下，采用阻抗匹配功率放大的視頻特征采集和興趣捕獲系統(tǒng)實現(xiàn)智能視頻識別和監(jiān)控；然而，由于丟包率和通信技術(shù)的限制，在動態(tài)環(huán)境下難以保障高質(zhì)量的視頻和圖像的監(jiān)控識別傳輸。對此，相關(guān)文獻進行了改進設(shè)計[2]，其中，文獻[3]提出一種基于VXI時鐘與同步線并聯(lián)的動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)的自動捕獲系統(tǒng)，滿足高性能模塊化儀器設(shè)計的要求，但是該系統(tǒng)的設(shè)計模塊屏蔽較困難，功能實現(xiàn)優(yōu)勢不明顯；文獻[4]提出一種低失真敏感測量度融合的動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)特征提取算法，并結(jié)合HP E1433A功能模塊實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計，該方法限用于單幀圖像的處理，忽略了視頻的幀間冗余特征，對視頻興趣特征點的捕獲性能不好[5]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計和動態(tài)視頻采集

智能動態(tài)環(huán)境下視頻監(jiān)控和識別系統(tǒng)設(shè)計中，分為硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計兩大部分，動態(tài)視頻系統(tǒng)在傳輸過程中，以視頻流的形式在傳輸，首先視頻被壓縮后經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)輸送，接收器對接收到的數(shù)據(jù)包進行解壓。一旦在傳輸過程中某個包發(fā)生問題，在解壓時就會提示錯誤，這樣便造成了視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖д婊蛩p。由于發(fā)生異常而接收端不能被正確解碼的包，統(tǒng)一被稱作數(shù)據(jù)丟包。為了避免視頻丟包，需要對動態(tài)視頻進行特征提取和興趣點捕獲，達到視頻監(jiān)控識別的目的[6?7]。

動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)域捕獲中寬頻帶模擬回波數(shù)據(jù)，把視頻可以看做多幅彩色圖像，用程控放大器VCA810準確地采集動態(tài)環(huán)境下視頻數(shù)據(jù)，基于VXI總線技術(shù)，由DSP控制視頻采集的興趣區(qū)域捕獲、識別特征模型，用MUX101程控開關(guān)控制MPEG?4中的視頻發(fā)射探頭，實現(xiàn)視頻采集，基于VXI總線的動態(tài)視頻采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)的自動捕獲系統(tǒng)硬件上的設(shè)計主要采用2種模塊化設(shè)計方法：

（1） 通過VXI系統(tǒng)總線高速傳輸視頻數(shù)據(jù)到AD8021芯片，進行反饋電阻控制，實現(xiàn)視頻特征的動態(tài)提取和捕獲；

（2） 選用程控放大器VCA810，通過局部總線向HP E1562E 8 GB提供傳感器信號，達到調(diào)整視頻特征興趣區(qū)域放大倍數(shù)的目的。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計與實現(xiàn)

在上述系統(tǒng)總體設(shè)計描述和興趣區(qū)特征提取和編碼算法設(shè)計的基礎(chǔ)上，進行系統(tǒng)模塊設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計包括了系統(tǒng)的硬件模塊設(shè)計和軟件模塊設(shè)計。傳統(tǒng)的動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)自動捕獲和監(jiān)控識別系統(tǒng)采用ZigBee編碼和特征提取方法，因動態(tài)視頻在傳輸過程中產(chǎn)生衰減失真，導(dǎo)致視頻圖像采集傳輸丟包，自動捕獲性能不好。為了克服傳統(tǒng)方法的弊端，本文提出一種基于Huffman編碼和MUX101程控開關(guān)控制的動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)的自動捕獲系統(tǒng)。主控計算機讀取一個64位動態(tài)環(huán)境下的視頻興趣區(qū)的浮點數(shù)據(jù)塊（塊的大小由hpe1432_setBlocksize（ ）函數(shù)設(shè)定），數(shù)據(jù)已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為電壓值，采用阻抗匹配激勵機制提高動態(tài)環(huán)境下視頻傳輸和通信過程中的發(fā)射效率。動態(tài)環(huán)境下視頻數(shù)據(jù)采集中，通過動態(tài)環(huán)境下視頻傳感器的規(guī)范模擬信號進行A/D變換實現(xiàn)監(jiān)控識別信號的傳遞，基于Huffman編碼形成原始的域特征點，動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)域捕獲識別的量化編碼過程如圖2所示。

根據(jù)圖2的編碼結(jié)果，采用RS 485通信協(xié)議，采用8通道模擬量進行動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)域捕獲的模擬量I/O和數(shù)字量I/O分析，動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)域捕獲識別系統(tǒng)硬件部分的另一重要模塊就是路由控制部分，系統(tǒng)的模塊設(shè)計及參量見表1。

2.2 系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計與實現(xiàn)

軟件設(shè)計包括：

（1） 時鐘初始化程序；

（2） CAN初始化程序；

（3） 同步串口0初始化程序。

由于D/A芯片AD5545是連接在DSP的同步串口0上，寄存器用于配置串口0發(fā)送數(shù)據(jù)的時鐘頻率，最大為[SCLK2，]產(chǎn)生幀同步脈沖，ITFS和TFSR都設(shè)為1，在視頻特征提取和視頻中使能內(nèi)部視頻幀同步。

表1 動態(tài)環(huán)境下視頻數(shù)據(jù)收集模塊

傳輸初始化包括：配置PORT_MUX寄存器，使能CAN TX和RX管腳，配置CAN_MBIM1，使能中斷功能，判斷CAN配置是否正確完成，配置PPI的操作模式、信號極性以及數(shù)據(jù)寬度。在進行興趣區(qū)捕獲中，需要對二維DMA進行寄存，DMA的配置主要包括寄存器：DMAx_START_ADDR，DMAx_X_COUNT。由此，采用VXI總線技術(shù)實現(xiàn)對動態(tài)視頻采集和傳輸環(huán)境下的視頻興趣區(qū)的自動捕獲系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。綜上分析，得到系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)流程

3 系統(tǒng)仿真實驗與結(jié)果分析

根據(jù)上述設(shè)計的系統(tǒng)硬件模塊進行測試，測試中將BMODE0和BMODE1接高電平，BMODE2接低電平，CAN調(diào)試采用2個節(jié)點，首先配置DSP的I/O口，設(shè)置LDAC的輸入視頻信號為低電平，等待200 000個NOP指令，再給AD5545發(fā)送一個0x30000，進行動態(tài)環(huán)境下的視頻興趣區(qū)的自動捕獲仿真，首先進行原始視頻信息采集，得到采集的視頻信息的1 043幀和1 050幀的圖像如圖4所示。根據(jù)本文設(shè)計的算法和系統(tǒng)，對動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)進行自動捕獲和特征提取，得到的捕獲結(jié)果如圖5所示，以傳統(tǒng)方法作為對比，得到對比結(jié)果如圖6所示，從圖5和圖6可見，采用本文設(shè)計的系統(tǒng)，具有較為準確的特征興趣點捕獲性能，降低了幀丟包率，提高了動態(tài)視頻的智能監(jiān)控性能。

4 結(jié) 語

本文提出一種基于Huffman編碼和MUX101程控開關(guān)控制的動態(tài)環(huán)境下視頻興趣區(qū)的自動捕獲系統(tǒng)。首先進行動態(tài)環(huán)境下的視頻采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后采用Huffman編碼算法對動態(tài)環(huán)境下的視頻興趣區(qū)的特征點進行編碼和特征提取處理，以此作為軟件算法基礎(chǔ)，采用VXI總線技術(shù)實現(xiàn)對動態(tài)視頻采集和傳輸環(huán)境下的視頻興趣區(qū)的自動捕獲系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，研究結(jié)果表明，采用本文設(shè)計方法具有較好的動態(tài)視頻采集和興趣特征區(qū)的捕獲和檢測性能，提高了視頻監(jiān)控的實時性和準確性。

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