動態環境下視頻興趣區的自動捕獲系統研究

袁社鋒++李俊霞

摘 要： 傳統的動態環境下視頻興趣區自動捕獲和監控識別系統采用ZigBee編碼和特征提取方法，因動態視頻在傳輸過程中產生衰減失真，導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程控開關控制的動態環境下視頻興趣區的自動捕獲系統。通過VXI系統總線高速傳輸視頻數據到AD8021芯片，進行反饋電阻控制，實現視頻特征的動態提取和捕獲，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，達到調整視頻特征興趣區域放大倍數的目的。設計Huffman編碼及視頻興趣區特征提取算法作為軟件核心部分嵌入，采用VXI總線技術實現對動態視頻興趣區的自動捕獲系統的硬件設計和軟件設計。仿真結果表明，采用該系統進行動態視頻采集和興趣區特征的自動捕獲，準確度較高，丟包率較少，性能優越。

關鍵詞： 視頻興趣區； 動態環境； 系統設計； 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、動態視頻監控和傳輸的迅速普及，對視頻傳輸的可靠性和網絡視頻監控的準確識別性要求越加嚴格，在實時傳輸高質量視頻圖像的同時，能準確識別動態視頻中的感興趣區域，達到興趣特征識別的目的是一項很困難的任務。當今，網絡多媒體視頻和圖像文件傳輸的迅速增長，需要對動態環境下視頻等多媒體信息進行監控識別，在網絡視頻監控、刑事勘驗偵查、軍事目標識別等領域具有重要的價值和意義。在動態視頻采集和傳輸環境下，對視頻興趣區進行自動捕獲，實現視頻監控的智能識別。研究動態環境下的視頻興趣區域特征的提取算法和自動捕獲系統受到了廣大專家學者的重視[1]。

在傳統的動態視頻特征提取和興趣區自動捕獲系統設計中，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實現智能視頻識別和監控；然而，由于丟包率和通信技術的限制，在動態環境下難以保障高質量的視頻和圖像的監控識別傳輸。對此，相關文獻進行了改進設計[2]，其中，文獻[3]提出一種基于VXI時鐘與同步線并聯的動態環境下視頻興趣區的自動捕獲系統，滿足高性能模塊化儀器設計的要求，但是該系統的設計模塊屏蔽較困難，功能實現優勢不明顯；文獻[4]提出一種低失真敏感測量度融合的動態環境下視頻興趣區特征提取算法，并結合HP E1433A功能模塊實現系統設計，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 系統總體設計和動態視頻采集

智能動態環境下視頻監控和識別系統設計中，分為硬件系統和軟件設計兩大部分，動態視頻系統在傳輸過程中，以視頻流的形式在傳輸，首先視頻被壓縮后經由網絡輸送，接收器對接收到的數據包進行解壓。一旦在傳輸過程中某個包發生問題，在解壓時就會提示錯誤，這樣便造成了視頻數據傳輸的失真或衰減。由于發生異常而接收端不能被正確解碼的包，統一被稱作數據丟包。為了避免視頻丟包，需要對動態視頻進行特征提取和興趣點捕獲，達到視頻監控識別的目的[6?7]。

動態環境下視頻興趣區域捕獲中寬頻帶模擬回波數據，把視頻可以看做多幅彩色圖像，用程控放大器VCA810準確地采集動態環境下視頻數據，基于VXI總線技術，由DSP控制視頻采集的興趣區域捕獲、識別特征模型，用MUX101程控開關控制MPEG?4中的視頻發射探頭，實現視頻采集，基于VXI總線的動態視頻采集系統結構如圖1所示。

動態環境下視頻興趣區的自動捕獲系統硬件上的設計主要采用2種模塊化設計方法：

（1） 通過VXI系統總線高速傳輸視頻數據到AD8021芯片，進行反饋電阻控制，實現視頻特征的動態提取和捕獲；

（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，達到調整視頻特征興趣區域放大倍數的目的。

2 系統設計與實現

2.1 系統硬件模塊設計與實現

在上述系統總體設計描述和興趣區特征提取和編碼算法設計的基礎上，進行系統模塊設計，系統設計包括了系統的硬件模塊設計和軟件模塊設計。傳統的動態環境下視頻興趣區自動捕獲和監控識別系統采用ZigBee編碼和特征提取方法，因動態視頻在傳輸過程中產生衰減失真，導致視頻圖像采集傳輸丟包，自動捕獲性能不好。為了克服傳統方法的弊端，本文提出一種基于Huffman編碼和MUX101程控開關控制的動態環境下視頻興趣區的自動捕獲系統。主控計算機讀取一個64位動態環境下的視頻興趣區的浮點數據塊（塊的大小由hpe1432_setBlocksize（ ）函數設定），數據已經被轉換為電壓值，采用阻抗匹配激勵機制提高動態環境下視頻傳輸和通信過程中的發射效率。動態環境下視頻數據采集中，通過動態環境下視頻傳感器的規范模擬信號進行A/D變換實現監控識別信號的傳遞，基于Huffman編碼形成原始的域特征點，動態環境下視頻興趣區域捕獲識別的量化編碼過程如圖2所示。

根據圖2的編碼結果，采用RS 485通信協議，采用8通道模擬量進行動態環境下視頻興趣區域捕獲的模擬量I/O和數字量I/O分析，動態環境下視頻興趣區域捕獲識別系統硬件部分的另一重要模塊就是路由控制部分，系統的模塊設計及參量見表1。

2.2 系統軟件模塊設計與實現

軟件設計包括：

（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發送數據的時鐘頻率，最大為[SCLK2，]產生幀同步脈沖，ITFS和TFSR都設為1，在視頻特征提取和視頻中使能內部視頻幀同步。

表1 動態環境下視頻數據收集模塊

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、信號極性以及數據寬度。在進行興趣區捕獲中，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總線技術實現對動態視頻采集和傳輸環境下的視頻興趣區的自動捕獲系統的硬件設計和軟件設計。綜上分析，得到系統的軟件實現流程如圖3所示。

圖3 系統軟件實現流程

3 系統仿真實驗與結果分析

根據上述設計的系統硬件模塊進行測試，測試中將BMODE0和BMODE1接高電平，BMODE2接低電平，CAN調試采用2個節點，首先配置DSP的I/O口，設置LDAC的輸入視頻信號為低電平，等待200 000個NOP指令，再給AD5545發送一個0x30000，進行動態環境下的視頻興趣區的自動捕獲仿真，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。根據本文設計的算法和系統，對動態環境下視頻興趣區進行自動捕獲和特征提取，得到的捕獲結果如圖5所示，以傳統方法作為對比，得到對比結果如圖6所示，從圖5和圖6可見，采用本文設計的系統，具有較為準確的特征興趣點捕獲性能，降低了幀丟包率，提高了動態視頻的智能監控性能。

4 結 語

本文提出一種基于Huffman編碼和MUX101程控開關控制的動態環境下視頻興趣區的自動捕獲系統。首先進行動態環境下的視頻采集系統結構設計，然后采用Huffman編碼算法對動態環境下的視頻興趣區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，采用VXI總線技術實現對動態視頻采集和傳輸環境下的視頻興趣區的自動捕獲系統的硬件設計和軟件設計，研究結果表明，采用本文設計方法具有較好的動態視頻采集和興趣特征區的捕獲和檢測性能，提高了視頻監控的實時性和準確性。

參考文獻

[1] 朱映映，文振焜，杜以華，等.基于視頻感知哈希的視頻篡改檢測與多粒度定位[J].中國圖象圖形學報，2013，18（8）：924?932.

[2] 許琮，宋立鋒.可分級視頻編碼差錯控制技術綜述[J].電視技術，2014，38（1）：6?10.

[3] 程振宇，張燦，和智濤，等.基于3G動態環境下視頻傳輸的一種QoS控制方法[J].中國科學院大學學報，2014，31（1）：117?123.

[4] 劉高平，李國勝.基于窄變帶寬的實時視頻傳輸算法[J].光電子·激光，2012，23（3）：547?553.

[5] 程艷合，楊文革.壓縮域直擴測控通信信號偽碼跟蹤方法研究[J].電子與信息學報，2015，37（8）：2028?2032.

[6] 王軍，陳翠琴.基于RFID信息與視頻圖像的人員識別的研究[J].物聯網技術，2015，5（3）：30?31.

[7] 張子龍，薛靜，喬鴻海，等.基于改進 SURF 算法的交通視頻車輛檢索方法研究[J].西北工業大學學報，2014，32（2）：297?301.