基于双DSP的活动目标智能跟踪体系的计划和实现

    摘 要：本文针对视频监控范畴中对活动目标的检测与跟踪，计划了一种以双DSP为内核处理惩罚器的嵌入式及时控制方案，并叙述了体系的硬、软件布局，以低本钱告成实现了集及时视频处理惩罚、云台活动控制、摄像机主动调理于一体的智能视频跟踪体系。实践证明，体系事变性能精良。 
   
    关键词：双DSP；嵌入式及时体系；检测与跟踪；差分图像

小序
    随着DSP芯片集成度、运算速率、数据吞吐率等性能的不绝进步，DSP不再范围于传统视频处理惩罚、不在线信号处理惩罚等方面的应用,它已被遍及地应用于很多及时视频处理惩罚和传输范畴。本文计划了一种以ADSP-BF533为内核处理惩罚器，集视频处理惩罚、云台活动控制、摄像机主动调理于一体的嵌入式及时控制体系。该体系体积小，机动性高，易于升级，可应用于无人值守的智能监控体系，如银行，金库，堆栈等重地。当发明非常环境出现时，该体系可以或许主动报警或采取别的相应的步伐，从而更有效、可靠地实现了寂静防备，同时也在很大程度上淘汰了监督职员的事变量和委顿度，大大进步了事变服从。 

体系的成果和布局

                                             图1 嵌入式活动目标智能跟踪体系成果图 

    如图1所示，嵌入式活动目标智能跟踪体系的根本成果为：体系采取高速DSP实现图像信号的及时征求，颠末图像预处理惩罚模块实现对数字图像的复兴复兴、加强，然后分别发送给主动控制模块、活动目标检测模块、活动预计模块等。各成果模块对图像举行处理惩罚后，通过现场总线控制网络主动向解码器发出控制指令，驱动映射云台、摄像机作相应举措。固然体系也可以通过手动控制模块吸取从监控中间发送的控制数据，直接控制摄像机、云台举措。

                                              图2 嵌入式活动目标智能跟踪硬件体系布局

    如图2所示，嵌入式活动目标智能跟踪硬件体系重要由 CCD 摄像机、高速数字云台、视频 ADC、图像帧存储器、DSP处理惩罚控制器、视频合成及DAC、报警模块等部分构成。视频 ADC的作用是通过视频解码芯片将模仿视频信号转换成标准的数字视频信号；帧存储器可以根据肯定的时间周期存储图像数据；视频合成及DAC的作用是将视频信号与事景况态字符、报警标记、报警次数等字符叠加起来，同时转换成模仿视频信号，供监督器表现；报警电路的作用是当有活动目标进入视场或进入设置的鉴戒地区时，关照DSP处理惩罚器启动报警装置。其内核DSP处理惩罚控制部分由两块DSP芯片构成，一块认真求像的及时征求,活动目标跟踪算法的处理惩罚，实现对高速数字云台的驱动控制以及报警产生电路的控制等；另一块认真视频合成和编码输出。 

体系的硬件计划和实现

                                                       图3  嵌入式活动目标智能跟踪体系硬件计划
    整个体系的计划如图3所示,下面将从DSP内核处理惩罚器、视频处理惩罚通道、帧存储器、一体化球型摄像机控制等几个方面举行叙述。 
    DSP内核处理惩罚器 
    体系采取了ADI公司最新推出的BLACKFIN DSP，主频可以到达750MHz，它是基于ADI公司与Intel公司连合开辟的微信号布局(MSA)，外部存储器接口可以和SDRAM、FLASH、异步RAM实现无缝连接。PPI接口可以和视频解码器、编码器实现无缝连接，加强了体系的稳固性。 除通用I/O、及时时钟和定时器外，全部其他的外设都有独立的DMA通道，片内另有一个独立的存储器DMA通道，专用于在DSP的差别存储空间举行数据传输，包括外部的SDRAM和异步存储器。片内总线能以133MHz的速率运行，提供了充足的带宽以包管处理惩罚器内核的速率可以或许与片内和片外外设立室，分外得当于图像处理惩罚。 
    体系利用ADSP-BF533 (DSP(1))和ADSP-BF531(DSP(2))构成内核处理惩罚部分。750MHz的DSP(1)通过PPI接口的DMA通道举行及时图像征求，实现活动目标的跟踪算法，然后通过UART接口对一体化球型摄像机举行控制。同时利用通用I/O口模仿I2C总线，对视频解码芯片SAA7113H和视频编码芯片SAA7185B举行初始化设置和控制。400MHz的DSP(2)通过PPI接口，将视频合成后的图像采取DMA的方法编码输出。 
    视频处理惩罚通道 
    如图3所示，模仿视频信号(CVBS)通过SAA7113H芯片举行视频解码，输出标准的ITU 656 YUV 4 : 2 : 2 视频流(8-bit)，然后通过DSP(1)的PPI接口，由其DMA通道0，发送到帧存储器中。DSP(1)处理惩罚完的数据经SPORT接口发送到DSP(2)的帧存储器中，由其DMA通道0，通过PPI接口送至SAA7185B，输出标准的模仿视频信号。由于PPI接口可以实现与视频编、解码器的无缝连接，以是简化了视频同步和锁相控制电路的硬件计划，同时还大大加强了体系的可靠性。通过PPI _CONFIG控制寄存器还可以举行数据过滤，选择感兴趣的数据，体系中滤失了同步控制字符，保存了有效视频数据，节流了帧存储器存储空间。如图4所示，每行中的前288个字节同步控制字符可以被过滤失，只保存有效视频数据。DSP(1)的PPI接口事变在ITU 656下的输入模式，DSP(2)的PPI接口事变在ITU 656下的输出模式。 
    帧存储器及体系启动 
    ADSP-BF53X支持的最高体系时钟频率SCLK为133MHz，以是体系采取MICRON的MT48LC16M16A2(SDRAM PC133 32MB)作为帧存储器，其布局为4Meg×16×4Banks，可以与DSP(1)，DSP(2)的EBIU实现无缝连接。 
    由于DSP(1)片内没有步伐存储器，体系必须从片外引导。本体系采取的是从SPI接口的EEPROM引导方法，所选用的EEPROM是ATMEL的AT25HP512(64KB)。 
    一体化球型摄像机控制 
    体系采取的是一体化智能球形摄像机，可实现程度自由度为 360°的连续旋转，垂直自由度为0~90°的旋转，程度、垂直自由度活动速率0.5°~160°/s可控，摄像机的光圈和焦距可控，直接通过RS-485总线对其举行控制。

                                           图4 PAL制式下ITU-656 YUV 4 : 2 : 2数据流格局形貌

                                                                                                                                     

图5 嵌入式活动目标智能跟踪软件计划框图

                                                         图6   对单目标活动物体的跟踪

体系的软件计划
  
    体系采取了一种基于差分图像的活动目标检测算法，检测结果是标记化的图像，此中活动目标由其外接矩形表现，通过谋略目标的形心坐标与图像中间的毛病来控制云台和摄像机转动，使目标表如今图像的中间，进而到达对活动目标的跟踪。
    如图5所示，DSP(1)对波门内的数字图像处理惩罚得到一阈值，根据该阈值再从波门内的数字图像中支解出目标象元。然后根据支解出的全部目标象元的位置数据和目标象元的总点数，谋略出目标的形心。该形心数据作为下一场波门的跟踪数据，目标的形心相对付视场中间的位置数据作为目标的毛病数据，对一体化球型摄像机举行控制。

实行结果和结论 
    整个体系利用VISUAL DSP++ 3.5举行开辟，用EZ_ICE 通过JTAG接口在开辟目标板上举行仿真调试，现已脱机运行。当图像辨别力设置为384×288时，跟踪算法处理惩罚速率为10帧/s。当摄像机与跟踪目标的间隔>2.5m，目标活动速率不高于1m/s时，能对目标举行有效跟踪。图6是在背景较为大略的环境下，实现对单目标活动物体跟踪的实行图像。体系采取的是双DSP布局，DSP(2)只包袱了视频的复合和编码事变，在运算负荷和端口资源另有很大的裕量，下一步事变将在DSP(2)上举行MPEG-4压缩编码和传输。