基于BLACKFIN视频动目标检测系统设计与实现
摘要
在很多领域中，人们往往只对视频图像中的运动目标感兴趣。在这些应用领域中(例如：视频监控、基于视频的控制、人机界面和机器人技术等)，如何把运动目标从有干扰的背景中检测出来是需要研究的关键技术。本文研究的是基于BLACKFIN视频动目标检测系统的设计与实现。
本视频动目标检测系统是利用ADV7181采集摄像头输入的标准视频信号(PAL制式)，通过ADSP-BF531的PPI口传输到SDRAM存储：由ADSP-BF531作为核心处理器完成视频动目标检测，产生视频字符叠加数据存储在DPRAM中；由FPGA完成视频字符叠加。本文首先给出了系统方案和硬件电路设计，讨论了各模块电路的测试，获得了操作DMA、PPI和存储单元等模块合适的配置参数。然后，详细描述了背景差分法的视频动目标检测的DSP和相关FPGA软件设计。具体方法是先计算背景图像与当前图像的灰度差，并对差分图像进行二值化，然后通过连通性分析检测动目标，并提取目标信息，生成视频字符叠加数据。通过系统联调表明这种背景差分法的视频动目标检测是有效可行的。
People are usually interested in the moving objects in the video images. In these application fields such as video surveillance, video-based control, human-machine interface and robot technology, etc., how to detect moving objects from the background with interference, is the key technique which needs to find out. This dissertation discusses the design and the realization of video moving objects detection system based on BLACKFIN.
In video moving target detection system, ADV7181 is used to sample standard video signals (PAL standard).The PPI port of ADSP-BF531 is used to transmit video image to SDRAM memory. Video moving target detection is processed by the ADSP-BF531 processor. The data for video character superposed are created and stored in the DPRAM. The superposition of video characters is completed by the FPGA. Systematic scheme and hardware design are discussed, modules of the system are tested, and suitable configuration parameters of DMA, PPI and Memory are obtained. Then, a detailed description of DSP and FPGA software design based on the background difference method is completed. The luminance difference between background and current images is calculated. Differential images are used to dectct the target and then connectivity analysis is performed. Target information is extracted to generate data for video superposition. The system debugging shows that the difference arithmetic of the video moving target detection is feasible and effective.
本视频动目标检测系统是利用ADV7181采集摄像头输入的标准视频信号(PAL制式)，通过ADSP-BF531的PPI口传输到SDRAM存储：由ADSP-BF531作为核心处理器完成视频动目标检测，产生视频字符叠加数据存储在DPRAM中；由FPGA完成视频字符叠加。本文首先给出了系统方案和硬件电路设计，讨论了各模块电路的测试，获得了操作DMA、PPI和存储单元等模块合适的配置参数。然后，详细描述了背景差分法的视频动目标检测的DSP和相关FPGA软件设计。具体方法是先计算背景图像与当前图像的灰度差，并对差分图像进行二值化，然后通过连通性分析检测动目标，并提取目标信息，生成视频字符叠加数据。通过系统联调表明这种背景差分法的视频动目标检测是有效可行的。
People are usually interested in the moving objects in the video images. In these application fields such as video surveillance, video-based control, human-machine interface and robot technology, etc., how to detect moving objects from the background with interference, is the key technique which needs to find out. This dissertation discusses the design and the realization of video moving objects detection system based on BLACKFIN.
In video moving target detection system, ADV7181 is used to sample standard video signals (PAL standard).The PPI port of ADSP-BF531 is used to transmit video image to SDRAM memory. Video moving target detection is processed by the ADSP-BF531 processor. The data for video character superposed are created and stored in the DPRAM. The superposition of video characters is completed by the FPGA. Systematic scheme and hardware design are discussed, modules of the system are tested, and suitable configuration parameters of DMA, PPI and Memory are obtained. Then, a detailed description of DSP and FPGA software design based on the background difference method is completed. The luminance difference between background and current images is calculated. Differential images are used to dectct the target and then connectivity analysis is performed. Target information is extracted to generate data for video superposition. The system debugging shows that the difference arithmetic of the video moving target detection is feasible and effective.
引文
1 刘富强．数字视频监控系统开发及应用．北京：机械工业出版社，2003
2 殷德军、秦兆海．安全防范技术与电视监控系统．北京：电子工业出版社，1998
3 章毓晋．图像分割．北京：科学出版社，2001
4 杨晖、曲秀杰．图像分割方法综述．电脑开发与应用．2005(18．3)：21-23
5 贾允、丁艳、刘泽平．改进图像阈值分割算法的研究．光学技术．2005(31．1)：155-157
6 李国友、李惠光、董敏等．应用Otsu改进广义模糊算子的边缘检测新方法．光电工程．2005(32．2)：80-83
7 牟涛、陈文斌、沈一帆．一种融合区域生长与图论的图像分割方法．计算机工程与应用．2005(19)：32-35
8 陈忠、赵忠明．基于区域生长的多尺度遥感图像分割算法．计算机工程与应用．2005(35)：7-9
9 陆剑锋、林海、潘志庚．自适应区域生长算法在医学图像分割中的应用．计算机辅助设计与图形学学报．2005(17．10)：2168-2173
10 周铭、周惠．基于遗传算法的自适应聚类图像阈值分割方法．计算机工程与应用．2005(18)：73-76
11 邵桂芳、李祖枢、刘恒等．基于遗传量子的自适应图像分割算法．计算机工程．2005(31．22)：189-191
12 张爱华、谭劲．边缘信息指导下的半模糊聚类图像分割方法．华中科技大学学报(自然科学版)．2005(33．6)：8-11
13 马时平、毕笃彦、黄文涛．基于分形特征纹理图像分割方法．计算机应用．2004(24．6)：117-118
14 夏勇、赵荣椿、江泽涛．一种基于数学形态学的分形维数估计方法．中国图像图形学报．2004(9．6)：760-766
15 薛岚燕、郑胜林、潘保昌等．基于神经网络的灰度图像阈值分割方法．广州工业大学学报．2005(22．4)：67-72
16 闫成新、桑农、张大序．基于小波变换的图像过渡区域提取与分割．计算机工程与应用．2004(18)：29-31
17 王鑫、罗斌、宁晨．一种基于小波和分水岭算法的图像分割方法．计算机技术与发展．2006(16．1)：17-20
18 郭小卫、田铮、林伟等．多尺度Markov模型的可适应图像分割方法．电子学报．2005(33．7)：1279-1283
19 C.Wren, A.Azarbayejani, T.Darrell et al. "Pfinder:Real-time tracking of the human body". IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 1997(19. 7)： 780-785
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21 J.Barron, D.Fleet, S.Beauchemin. "Performance of optical flow techniques".International Journal of Computer Vision, 1994(12. 1): 20-77
22 刘桂芬、张长明、高升久、黄自立．基于FPGA的视频字符叠加设计及其实现．国外电子元器件．2005(11)：7-10
23 王革思、商玉江．视频字符叠加技术的研究及应用．信息技术．2004(28．10)：54-55
24 魏熙乐、王江、许微、李金香．基于PIC单片机和Upd6453的新型字符叠加系统．微计算机应用．2003(25．5)：264—267
25 何辅云、张海燕．电视原理与数字视频技术．合肥：合肥工业大学出版社，2003
26 Whitaker.J. 数字技术：数字电视原理与应用．北京：电子工业出版社，2000
27 郑志航．数字电视原理与应用．北京：中国广播电视出版社，2000
28 余松熠、张文军、孙军．现代图像信息压缩技术．北京：科学出版社，1998
29 丁玉美、高西全、彭学愚．数字信号处理．西安：西安电子科技大学出版社，1994
30 姚天任、江太辉．数字信号处理．武汉：华中理工大学出版社，2000
31 ADSP-BF533 Blackfim DSP Hardware Reference, April 2003, Analog Device,
32 胡剑凌，徐盛．数字信号处理系统的应用和设计．上海：上海交通大学出版社，2003
33 王念旭等．DSP基础与应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，2001
34 周霖．DSP系统设计与实现．北京：电子工业出版社，2002
35 吴敏渊、金伟正、胡志雄、黄建忠．ADSP系列数字信号处理器原理．北京：电子工业出版社，2002
36 陈峰．Blaekfin系列DSP原理与系统设计．北京：电子工业出版社，2004
37 ADSP-BF533 EZ-KIT Lite Evaluation System Manual，2003，Analog Device
38 清源计算机工作室．Protel 99 SE原理图与PCB及仿真．北京：机械工业出版社，2004
39 刘瑞新．Protel DXP实用教程．北京：机械工业出版社，2003
40 Blackfin DSP Instruction Set Reference, Mar 2003, Analog Device,
41 Visual DSP++4.5 C/C++ Compiler and Library Manual for Blackfin Processors, April 2003, Analog Device
42 孙即祥编．现代模式识别．长沙：国防科技大学电子科学与工程学院，2000
43 孙即祥编著．数字图像处理．石家庄：河北教育出版社，1991
44 张远鹏、董海、周文灵编著．计算机图像处理技术基础．北京：北京大学出版社，1996
45 T．帕夫利迪斯著．计算机图形显示和图像处理的方法．北京：科学出版社，1987
46 刘富强、钱建生、曹国清．多媒体图像技术及其应用．北京：人民邮电出版社，2000
47 精英科技编著．视频压缩与音频编码技术．北京：中国电力出版社，2001
48 白玉林译．C语言实用数字图像处理．北京：科学出版社，2003
49 何斌、马天予、王运坚、朱红莲．Visual C++数字图像处理．北京：人民邮电出版社，2001
50 钟志光、卢君、刘伟荣．Visual C++NET数字图像处理实例与解析．北京：清华大学出版社，2003
51 王新成．高级图像处理技术．北京：中国科学技术出版社，2000
52 容观澳．计算机图象处理．北京：清华大学出版社，2000
53 周长发．精通Visual C++图像处理编程(第二版)．北京：电子工业出版社，2004
54 谷口庆志．数学图像处理——基础篇．北京：科学出版社，2001
55 李在铭等．数字图像处理、压缩与识别技术．成都：电子科技大学出版社，2000
56 朗锐．数字图像处理学：Visual C++实现．北京：北京希望电子出版社，2002
57 陆系群、陈纯．图像处理原理、技术与算法．杭州：浙江大学出版社，2001
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