基于DM8168的视频智能分析系统的设计方案

　　0 引言

　　视频智能分析系统是指以数字视频处理技术为核心，在传统视频监控系统上发展而来的一种新型系统，充分利用了这些年高速DSP、光电传感器、工业以太网和人工智能等领域的技术成果。视频智能分析系统除具有传统安防监视系统的功能以外，还有复杂场景的昼夜监控、不间断检测、智能识别及预警入侵目标、自动异常检测、视频传输、后端回放、误报率低等特殊功能。

　　传统基于PC 平台的安防系统维护成本高、功耗体积大，一般不具备智能视频分析功能，X86体系的处理器的实时性不强，使用范围受限制。

　　目前大部分的视频监控系统是基于DM642 平台的，少部分采用了DM6467平台，处理器性能较弱，无法满足今后的高清视频智能分析的需求。TI公司在2011年推出TMS320DM8168 图像处理器，内嵌有ARM 核和DSP 核，ARM 核为1.2 GHz ARM-Cortex- -A8 RISCMPU，DSP核为1 GHz C674x-VLIW DSP，带有SGX530显示加速器、高清视频协处理器（HDVICP）、高清视频处理子系统（HDVPSS）。

　　本文以美国德州仪器（TI）公司的图像处理器处理器TMS320DM8168为核心，设计及实现一种高清视频智能分析系统，能智能分析高清视频流，对威胁目标具有检测、识别、跟踪及预警功能，通过千兆以太网将视频压缩传输给监控后端。该高清视频智能分析系统处理器运算能力很强，能满足多路高清视频的分析处理和编码传输需求，有很大的实用价值。

　　本方案从硬件设计和软件设计两个方面，对该高清视频智能分析系统的设计流程进行了详细的描述。

　　1 系统硬件组成

　　高清视频智能分析系统用于实现对现场大面积的覆盖监控，以及对目标事件的特写监控。主要由A/D转换器、DM8168处理器、电源转换电路等组成。如图1所示。

　　高清视频智能分析系统采用12VDC供电。电源转换电路通过TPS54620 芯片转换成5 V，3.3 V 和1.5 V三路电压，然后再转换给各功能电路需要的电压供功能电路使用。

　　高清模拟视频信号通过YPbPr接口进入系统，由高清视频解码器TVP7002 进行AD 采集，由DM8168 的VIP0口捕获。

　　处理器DM8168的高清视频处理子系统（HDVPSS）提供了视频输入接口和视频输出接口，负责视频捕获、显示、缩放和反交错处理，视频输出接口扩展有HDMI显示输出接口。

　　处理器DM8168的高清视频协处理器（HDVICP）来处理H.264，MPEG4，MJPEG编解码。

　　处理器DM8168的SGX530显示加速器可以有效提升视频流显示速度和质量。

　　处理器DM8168 的DSP 内核上完成高清视频信号的分析、理解，主动提取目标并实现对目标跟踪。

　　处理器DM8168 的ARM 内核运行基于Linux 操作系统的应用程序，主要负责系统的控制、通信以及网络传输等工作，输出报警信号，通过千兆以太网将视频压缩传输给监控后端，本设计的工作流程如图2所示。

　
　2 系统软件设计

　　本设计中，处理器DM8168的双核架构中的ARM内核是主处理器，能引导加载DSP内核，并将预处理后的视频数据通过SysLink传送到DSP内核进行处理。Sys-Link是TI新推出的DSP/BIOS LINK实现，允许在处理器各个内核之间的通信。ARM 内核、DSP 内核、HDVPSS和HDVICP 的通信由SysLink 负责。软件系统架构如图3所示。

　　本设计的智能分析算法如图4 所示。智能分析算法由视频预处理、目标检测与跟踪、目标识别与理解、视频编码压缩共4个模块构成。

　　在实际应用中，通过视频输入接口捕获的原始视频由于运动、光照、噪声等原因，导致原始视频的信息量过于繁杂，必须对原始视频进行预处理，提取需要的信息。在捕获原始视频后，因为成像的过程中不可避免地受到各种干扰的原因。在本设计中，对原始视频进行预处理是必不可少的，把干扰因素的影响降到最低，并且把质量较低的视频进行处理，原因就是直接对待测目标的特征数据库去提取特征很难做到。

　　预处理模块主要包括摄像机标定、滤波、增强与恢复等环节。在使用摄像机之前需要对其进行参数的标定，包括摄像机模型的内部参数和外部参数。

　　3 目标测试与分析结果

目标检测与跟踪模块主要是把目标从视频图像中提取出来，并进行判断。同时将目标完成的从背景中分割出来，最后实现对目标的持续稳定跟踪。完成对目标的检测和跟踪，是实现更复杂的识别功能的基矗目标的检测与跟踪模块包括背景建模、目标分割、特征模板建立、目标跟踪。目标识别与理解模块内容包括主要包括目标模型建立、目标分类识别、行为理解、识别和模板更新，是在目标检测与跟踪模块的基础上，进一步研究各目标的性质以及目标之间的相互联系，并得出对视