基于DM368的智能視頻監控系統設計

胡 浩，王 鋒

(1.武漢郵電科學研究院，湖北 武漢 430074;2.武漢虹信通信技術有限責任公司，湖北 武漢 430073)

隨著市場經濟活動范圍的不斷擴大和社會人員自由流動的日益頻繁，國民對公共安全問題的關注與日俱增，促進了視頻監控系統產品市場的爆炸式增長，促進了視頻監控系統“高清化、數字化、網絡化、智能化”技術的不斷成熟［1］。現階段，視頻監控系統主要應用于民警日常工作和重點場所監控，主要采用人工瀏覽的方式來監管視頻監控系統，而這種費時費力的方式已不能滿足實際需求。

本文基于達芬奇數字媒體處理技術，采用TMS320DM368(簡稱DM368)提出了一種智能視頻監控系統方案，在前端和視頻管理分析子系統中對視頻進行智能分析，降低了漏報率和誤報率，提高了系統響應速度，能更準確地提供有效的監控數據。

1 智能視頻監控系統架構及組成

本文設計的智能視頻監控系統架構如圖1所示。整個系統分為視頻采集子系統、視頻傳輸子系統和視頻分析子系統。

圖1 系統架構框圖

視頻采集子系統包括圖像采集模塊、信號轉換模塊和視頻處理模塊。圖像采集模塊為整個視頻監控系統提供原始圖像數據，一般場合可以選用模擬的攝像頭，此時信號轉換模塊選用一顆將模擬視頻信號轉換為數字信號的視頻編碼芯片;在一些重要場合可以選用一體化數字攝像機，一體化數字攝像機在內部已經對采集到的原始視頻信息做了數據處理，此時可以將一體化數字攝像機輸出的視頻信號直接交給視頻處理模塊做下一步處理。

視頻傳輸子系統包括專網、移動通信網和互聯網。可以采用專網作為前端設備接入網，實現視頻圖像的安全傳輸，在不便于專網鋪設的地區可以考慮使用移動通信網絡輔助接入，然后將視頻信息傳遞給專網。互聯網做補充，為遠程調閱視頻監控信息提供便利的條件。

視頻分析子系統能夠實現對前段視頻采集子系統的管理，對視頻數據及其相關數據的分析并按照一定的機制處理，是視頻監控系統實現智能的重要組要成部分。

1.1 前端視頻采集系統設計

DM368是TI公司推出的一款基于DaVinci技術的數字媒體處理器，內含1個ARM9的核心以及2個圖像協處理器。支持對 H.264，MPEG－4，MPEG－2，MJPEG，JPEG，WMV9/VC1等多格式視頻和圖像數據進行編解碼，支持BT.601/BT.656/BT.1120 格式輸入的 YUV422 數字信號［2］。前端視頻采集子系統由一體化數字攝像機、LVDS SERDES芯片、達芬奇處理器芯片DM368、DDR2 SDRAM、Flash、以太網控制器組成［3］。視頻采集子系統功能框圖如圖2所示。

圖2 視頻采集子系統功能框圖

在本設計中選用的一體化數字攝像機內部DSP采用8 bit系統按照74.25 MHz的采樣頻率對原始圖像數據進行量化，輸出的圖像數據完全符合ITU－R BT.709和ITU－R BT.1120協議。一體化數字攝像機輸出的數字視頻信號包括8 bit亮度信息(Y分量)、8 bit顏色信息(U和 V)、垂直同步信號(Vsync)、水平同步信號(Hsync)和場同步信號(Field Pulse)。這些信號按照7∶1復用成4通道串行數據，加上獨立的LVDS時鐘信號一共是5通道數據。DS90CR288是能將4通道LVDS數據流解串為28 bit TTL電平的LVDS解串芯片，它支持LVDS發送端最高時鐘頻率為 85 MHz［4］。在經過DS90CR288解串后的視頻數據符合BT.1120格式，能夠實現與DM368無縫對接。

在本設計中視頻采集子系統選用2片1 Gbit容量的DDR2 SDRAM和1片1 Gbit容量的NAND Flash芯片作為外部存儲芯片。DS90CR288輸出的數據流傳輸到DM368的VPFE(視頻處理前端)后有兩種處理方式，一種方式為DM368的VPFE將接收到的視頻數據格式轉換為YUV4∶2∶0格式;另一種方式為VPFE接收到視頻數據后直接通過EDMA的方式將視頻數據發送至DDR2，然后將視頻數據格式轉換為YUV4∶2∶0。進行格式轉換后的視頻圖像數據然后傳遞給HDVICP(高清視頻圖像協處理器)進行編碼，并在芯片內部ARM子系統的控制下實現對視頻數據的封裝。

此外，DM368提供了豐富的外部接口，在音頻方面芯片內部集成了音頻的CODEC，只需要少量的外圍元件就可以直接接入傳聲器和耳機，實現音頻數據的采集與輸出。系統支持的USB2.0，UART，PWM等接口，也為前端視頻采集子系統進行功能擴展提供了足夠的空間。利用USB接口，掛載移動硬盤等存儲設備實現前端存儲功能。而DM368的PWM輸出可以實現對前端云臺的控制，靈活地調整視頻采集系統的可視角。

1.2 視頻傳輸子系統設計

在前端視頻采集子系統中DM368實現了對視頻圖像數據的壓縮編碼，按照H.264協議封裝成IP數據包。在DM368的后端通過以太網控制芯片實現前端的網絡通信功能。

視頻監控系統立足于安防，只有在設計之初考慮信息傳輸的安全性，才能保證整個系統信息的可靠性。本設計著眼于平安城市建設，前端采用公安專網接入利用EPON技術和安全網閘數據穿透技術，不僅滿足了視頻大容量傳輸要求，還保證了通信質量穩定可靠安全，降低了城市監控系統信息丟失和被竊取的可能性。而移動視頻采集終端作為視頻監控的重要組成部分，在不需要布線的情況下，能夠實現視頻信息從現場到后方指揮平臺的傳輸，方便快捷。對于山林火宅監測、油田無人區巡視、邊防岸線監控等常規布線難以實現，或布線成本高的地區能夠最大限度的發揮移動終端的優勢。另外，應對突如其來的自然災害(如地震、泥石流、臺風、海嘯等)原本完善、正常的通信網絡可能受到破壞，救災系統面臨極大的挑戰，利用DM368的USB接口外接GPS模塊對移動終端進行定位，獲取實時視頻信息之外的地理信息，移動視頻采集終端可以方便、快捷地發揮輔助救災指揮的作用。而3G網絡的大規模覆蓋，使得移動通信網為承載視頻監控數據的傳輸提供了有利條件。

此外，根據需要還可以通過視頻管理分析子系統進行權限管理和視頻發布，實現資源共享。

1.3 視頻管理分析子系統分析與設計

視頻管理分析處理子系統完成對整個視頻監控系統資源統一管理。本設計中DM368構建的視頻采集系統在視頻編解碼芯片DM368中固化了人臉識別模塊，可以實現對視頻信息的初次分析處理，但深度智能分析需要依靠視頻分析處理系統來完成。

視頻管理分析子系統包括中心管理服務器、媒體分發單元、網絡錄像單元、接入網關和智能視頻處理單元。中心管理服務器是整個視頻管理分析系統的核心，實現對前端、服務器設備、各應用模塊、客戶的管理。媒體分發單元和網絡錄像單元實現媒體數據的分發和存儲。接入網關對前端和客戶端的接入管理，是整個視頻監控系統的一道防火墻。

智能視頻處理單元結合前端智能分析的報告采用行為模式識別技術、目標檢測與分析、自動跟蹤、模式理解等技術，通過對比智能視頻分析的結果和智能視頻處理單元后臺數據識別出監控系統中的有效信息，反饋給中心管理服務器觸發相應的處理策略。實現車牌識別、區域檢測、物品遺留等為事件處理決策提供依據。

2 實驗結果分析

如圖3所示，圖3a為采用后端智能處理過的標清視頻，從畫面質量分析，畫面不是很清晰，從智能處理角度分析，后端智能實現了區域檢測、運動軌跡、速度檢測等功能。圖3b為本文所述采用DM368實現的高清1080p視頻監控系統輸出的圖像，圖3c為對高清視頻進行后端智能機制處理后的圖片，在實現高清畫質輸出的狀況下同時實現了智能處理。

圖3 后端智能分析對比

3 結束語

針對DM368能夠支持1080p@30 f/s，實現HP級H.264編解碼，提升了壓縮效率，本文采用后端智能的方式實現了視頻智能分析與處理。系統能夠在不對前端設備替換升級的情況下，通過升級更新后端智能處理策略的方式實現功能更新和擴展，提升了系統復用率，降低了整個系統的投入，滿足不同場合的需求。

［1］李曉飛.網絡視頻監控系統的發展與應用［J］.數據通信，2010(2):11－13.

［2］鄭世寶.智能視頻監控技術與應用［J］.電視技術，2009，33(1):94－96.

［3］Texas Instruments.TMS320DM36x digital media system－on－chip(DMSoC)video processing front end(VPFE)users guide［EB/OL］.［2011－06－20］.http://ishare.iask.sina.com.cn/f/14960841.html.

［4］Texas Instruments.TMS320DM368 digital media system－on－chip［EB/OL］.［2011－06－20］.http://www.cndzz.com/diagram/3979_4088/85012.html.