通信學(xué)論文-一種用CPLD實現(xiàn)視頻信號運動檢測的方法.doc

通信學(xué)論文-一種用CPLD實現(xiàn)視頻信號運動檢測的方法摘要：介紹了一種采用外加存儲芯片，對格式數(shù)字視頻信號進行運動檢測的方法。在此基礎(chǔ)上，給出了一個實現(xiàn)這種檢測方法的例子。在這個例子中，用公司的視頻處理芯片的輸出信號作為數(shù)字視頻源，用公司的芯片對視頻信號進行運動檢測。關(guān)鍵詞：運動檢測數(shù)字視頻信號在數(shù)字錄像、數(shù)字監(jiān)控等領(lǐng)域內(nèi)，人們通常只對場景內(nèi)存在的物體運動感興趣。在這種情況下，需要對輸入的視頻信號進行預(yù)處理，識別場景中是否存在物體運動，也就是進行運動檢測，然后再決定是否做進一步的處理，例如錄像、報警等。對于錄像系統(tǒng)，通過運動檢測，能夠避免不必要的數(shù)字錄像，有效地減少系統(tǒng)所需存儲空間；同時可以加快檢索速度，提高資料有效性。對于監(jiān)控系統(tǒng)，運動檢測是一種監(jiān)視場景信息的有效手段。很多數(shù)字視頻信號處理系統(tǒng)通常會選用芯片作為主處理芯片。由于對數(shù)字信號的處理是通過編程實現(xiàn)各種算法的，只通過軟件就可以方便地加入某些功能，因此沒有必要添加額外的硬件來完成運動檢測。但是有很多系統(tǒng)，由于各種原因需要選用其它芯片來完成視頻信號的處理，例如華邦的系列芯片，由硬件完成信號的處理，其算法已經(jīng)被固化在芯片的內(nèi)部電路中，不能隨意更改。這一類芯片功能比較單一，但速度快、價格便宜，通常可以作為某些系統(tǒng)的專用芯片。對于這種情況，就需要考慮用另外的方法來實現(xiàn)運動檢測。本文介紹的用進行運動檢測的方法就是針對這一類情況的。該方法是通過附加一片芯片和一片芯片構(gòu)成一個低成本的運動檢測模塊的。運動檢測原理運動檢測的實現(xiàn)方法有硬件實現(xiàn)的也有軟件實現(xiàn)的，但基本思想大同小異，都是對相隔一定時間的兩幀視頻數(shù)據(jù)進行抽樣，并對抽樣數(shù)據(jù)進行比較，如果比較結(jié)果顯示這兩幀數(shù)據(jù)存在比較大的差異，那么就認為數(shù)據(jù)輸入場景中存在物體的運動，反之就認為沒有運動存在。本文介紹的用實現(xiàn)運動檢測的方法也是基于這種思想，但和一般的實現(xiàn)方法有所不同，其實現(xiàn)方法有一定的特色。通常情況下，在實現(xiàn)上述思想的過程中，需要兩個緩存區(qū)分別存放兩幀抽樣數(shù)據(jù)，然后對這兩幀數(shù)據(jù)進行比較并對比較結(jié)果進行統(tǒng)計，最后得出比較結(jié)果。這樣做需要較大的作為緩存，而且往往需要單片機或者對進行控制，并將其作為兩幀數(shù)據(jù)的比較器。這樣，運動檢測模塊的獨立性會受到限制，而且的功能只是一個抽樣控制器。本文提出的方法只對一幀抽樣數(shù)據(jù)進行緩存，在對第二幀數(shù)據(jù)進行抽樣時讀取第一幀中與此刻抽樣的數(shù)據(jù)相對應(yīng)的緩存數(shù)據(jù)，并將兩者進行比較，用一個計數(shù)器記錄比較結(jié)果，如果差值超過閾值，計數(shù)器加一，否則不加。當這個計數(shù)值超過某一個規(guī)定數(shù)值的時候，就認為輸入視頻數(shù)據(jù)中存在著物體運動。這樣做的好處是需要的緩存區(qū)較小，而且可以單獨對數(shù)據(jù)進行處理，提高運動檢測模塊的獨立性，運動檢測模塊可以單獨調(diào)試。用實現(xiàn)運動檢測下面通過實例說明用實現(xiàn)運動檢測的過程，并給出部分程序。在這個實例中，模擬視頻信號從攝像頭輸入，經(jīng)過芯片預(yù)處理后，輸出數(shù)字視頻信號。該信號分作兩路：一路輸入到進行運動檢測，另一路則輸入到芯片，對信號進行壓縮等進一步處理。示例中用到的是公司的，它具有個宏單元、的延時。芯片是公司的，其容量為，具有的延時。檢測到運動后，通過中斷，要求對信號做進一步處理。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖（省略了部分與運動檢測無關(guān)的元件）所示。的輸出信號是公司推出的一款功能強大的視頻信號預(yù)處理芯片，最基本的功能是模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出的數(shù)字視頻信號符合標準。采樣格式、出信號就是指這一格式的信號。這種格式信號的主要特征是：（）有三個正交分量：亮度分量、色度分量和。（）幀秒的幀率，每幀兩場，每幀掃描行。（）對于亮度分量，每行抽樣次，對于色度分量和，每行抽樣次。（）或者的編碼。（）量化：和用于同步；到表示抽樣結(jié)果的碼；對于亮度分量，表示黑色，表示白色；對于色度分量或者，表示沒有色度。（）有三個信號用于同步輸出數(shù)據(jù)：行同步信號（）、場同步信號（）和象素數(shù)據(jù)同步信號（）。包括消隱期在內(nèi)，每幀數(shù)據(jù)掃描行，每行抽樣個象素，因此總的分辨率是。一幀數(shù)據(jù)分作奇偶兩場，從上一幀的行到本幀的行是奇場，其中上幀行到本幀行是奇場消隱期，從行到行是奇場有效行；從本幀行到行是偶場，其中到行是偶場消隱期，到行為偶場有效行。圖是一幀的示意圖。對于幀內(nèi)的每一行，共有個象素，其中從第個到第個為有效象素，共計個，從個到個為消隱期象素。每個象素都抽取分量，每兩個象素則抽取一個和一個分量。圖是幀內(nèi)一行以及象素抽樣數(shù)據(jù)排列格式的示意圖。表格第一行是亮度分量，第二行是色度分量，第三行是色度分量。抽樣從視頻輸出數(shù)據(jù)格式的介紹可以看到，保存完整的一幀數(shù)據(jù)（包括消隱期數(shù)據(jù)在內(nèi)）需要的，需要以上的存儲空間，這顯然是不可取的，必須對幀數(shù)據(jù)進行抽樣。本文介紹的方法的抽樣規(guī)則如下：（）抽取一幀數(shù)據(jù)的奇場或者偶場。做比較的兩場抽樣數(shù)據(jù)必須取自相同的場次，或者同為奇場或者同為偶場，否則就沒有可比性。（）對連續(xù)的幀抽取第幀和第幀進行比較。被抽樣的兩幀之間必須有一定的時間間隔，間隔太短或者太長都會影響檢測的靈敏度。（）對一場數(shù)據(jù)抽取有效行中的奇數(shù)行，從場同步信號有效邊沿開始對行同步信號計數(shù)，直到下一個場同步信號為止。從行到行是有效行，共個奇數(shù)行。（）對被抽取的行，取其亮度分量。根據(jù)圖中象素數(shù)據(jù)的排列順序，從象素數(shù)據(jù)有效開始，偶數(shù)的象素數(shù)據(jù)脈沖同步的是亮度分量。對于以上的抽樣規(guī)則，有必要說明一下。最終的抽樣數(shù)據(jù)并非全部都是有效數(shù)據(jù)，其中還包括了一部分消隱期的數(shù)據(jù)。這樣做是可以理解的，因為運動檢測的結(jié)果是根據(jù)兩幀被抽樣數(shù)據(jù)的差值來判定的，雖然消隱期的數(shù)據(jù)是無效的，但是每次消隱期的數(shù)據(jù)是相同的，兩次抽樣數(shù)據(jù)相減結(jié)果是零，并不會影響結(jié)果的判定。之所以對一場的行進行抽樣，主要是為了減小抽樣數(shù)據(jù)量，使數(shù)據(jù)總量不超過的容量。如果要保證抽樣數(shù)據(jù)全部都是有效數(shù)據(jù)，那么必須利用輸入的象素數(shù)據(jù)同步脈沖、場同步信號和行同步信號對抽樣時刻做嚴格的同步。這需要消耗額外的資源，而效果卻不一定好。根據(jù)以上規(guī)則，實際抽樣的數(shù)據(jù)量為：，需要的容量為。程序下面給出實現(xiàn)以上過程的一部分程序。這兩個進程用于控制的讀寫信號，和正好和的讀寫信號反相。變量指示當前輸入的行是否為需要采樣的有效行，是象素數(shù)據(jù)同步脈沖，是它的二分頻，用表示奇數(shù)行。和分別指示本場數(shù)據(jù)是否需要保存或者需要比較。在抽樣第一幀數(shù)據(jù)的時候，直接把數(shù)字視頻信號輸入到的數(shù)據(jù)總線上，寫操作信號由控制。其它時候，數(shù)據(jù)總線上輸出高阻。的象素同步脈沖的下跳邊沿是象素數(shù)據(jù)的有效邊沿，進