基于DM368的智能视频监控系统设计

胡 浩，王 锋

(1.武汉邮电科学研究院，湖北 武汉 430074;2.武汉虹信通信技术有限责任公司，湖北 武汉 430073)

随着市场经济活动范围的不断扩大和社会人员自由流动的日益频繁，国民对公共安全问题的关注与日俱增，促进了视频监控系统产品市场的爆炸式增长，促进了视频监控系统“高清化、数字化、网络化、智能化”技术的不断成熟［1］。现阶段，视频监控系统主要应用于民警日常工作和重点场所监控，主要采用人工浏览的方式来监管视频监控系统，而这种费时费力的方式已不能满足实际需求。

本文基于达芬奇数字媒体处理技术，采用TMS320DM368(简称DM368)提出了一种智能视频监控系统方案，在前端和视频管理分析子系统中对视频进行智能分析，降低了漏报率和误报率，提高了系统响应速度，能更准确地提供有效的监控数据。

1 智能视频监控系统架构及组成

本文设计的智能视频监控系统架构如图1所示。整个系统分为视频采集子系统、视频传输子系统和视频分析子系统。

图1 系统架构框图

视频采集子系统包括图像采集模块、信号转换模块和视频处理模块。图像采集模块为整个视频监控系统提供原始图像数据，一般场合可以选用模拟的摄像头，此时信号转换模块选用一颗将模拟视频信号转换为数字信号的视频编码芯片;在一些重要场合可以选用一体化数字摄像机，一体化数字摄像机在内部已经对采集到的原始视频信息做了数据处理，此时可以将一体化数字摄像机输出的视频信号直接交给视频处理模块做下一步处理。

视频传输子系统包括专网、移动通信网和互联网。可以采用专网作为前端设备接入网，实现视频图像的安全传输，在不便于专网铺设的地区可以考虑使用移动通信网络辅助接入，然后将视频信息传递给专网。互联网做补充，为远程调阅视频监控信息提供便利的条件。

视频分析子系统能够实现对前段视频采集子系统的管理，对视频数据及其相关数据的分析并按照一定的机制处理，是视频监控系统实现智能的重要组要成部分。

1.1 前端视频采集系统设计

DM368是TI公司推出的一款基于DaVinci技术的数字媒体处理器，内含1个ARM9的核心以及2个图像协处理器。支持对 H.264，MPEG－4，MPEG－2，MJPEG，JPEG，WMV9/VC1等多格式视频和图像数据进行编解码，支持BT.601/BT.656/BT.1120 格式输入的 YUV422 数字信号［2］。前端视频采集子系统由一体化数字摄像机、LVDS SERDES芯片、达芬奇处理器芯片DM368、DDR2 SDRAM、Flash、以太网控制器组成［3］。视频采集子系统功能框图如图2所示。

图2 视频采集子系统功能框图

在本设计中选用的一体化数字摄像机内部DSP采用8 bit系统按照74.25 MHz的采样频率对原始图像数据进行量化，输出的图像数据完全符合ITU－R BT.709和ITU－R BT.1120协议。一体化数字摄像机输出的数字视频信号包括8 bit亮度信息(Y分量)、8 bit颜色信息(U和 V)、垂直同步信号(Vsync)、水平同步信号(Hsync)和场同步信号(Field Pulse)。这些信号按照7∶1复用成4通道串行数据，加上独立的LVDS时钟信号一共是5通道数据。DS90CR288是能将4通道LVDS数据流解串为28 bit TTL电平的LVDS解串芯片，它支持LVDS发送端最高时钟频率为 85 MHz［4］。在经过DS90CR288解串后的视频数据符合BT.1120格式，能够实现与DM368无缝对接。

在本设计中视频采集子系统选用2片1 Gbit容量的DDR2 SDRAM和1片1 Gbit容量的NAND Flash芯片作为外部存储芯片。DS90CR288输出的数据流传输到DM368的VPFE(视频处理前端)后有两种处理方式，一种方式为DM368的VPFE将接收到的视频数据格式转换为YUV4∶2∶0格式;另一种方式为VPFE接收到视频数据后直接通过EDMA的方式将视频数据发送至DDR2，然后将视频数据格式转换为YUV4∶2∶0。进行格式转换后的视频图像数据然后传递给HDVICP(高清视频图像协处理器)进行编码，并在芯片内部ARM子系统的控制下实现对视频数据的封装。

此外，DM368提供了丰富的外部接口，在音频方面芯片内部集成了音频的CODEC，只需要少量的外围元件就可以直接接入传声器和耳机，实现音频数据的采集与输出。系统支持的USB2.0，UART，PWM等接口，也为前端视频采集子系统进行功能扩展提供了足够的空间。利用USB接口，挂载移动硬盘等存储设备实现前端存储功能。而DM368的PWM输出可以实现对前端云台的控制，灵活地调整视频采集系统的可视角。

1.2 视频传输子系统设计

在前端视频采集子系统中DM368实现了对视频图像数据的压缩编码，按照H.264协议封装成IP数据包。在DM368的后端通过以太网控制芯片实现前端的网络通信功能。

视频监控系统立足于安防，只有在设计之初考虑信息传输的安全性，才能保证整个系统信息的可靠性。本设计着眼于平安城市建设，前端采用公安专网接入利用EPON技术和安全网闸数据穿透技术，不仅满足了视频大容量传输要求，还保证了通信质量稳定可靠安全，降低了城市监控系统信息丢失和被窃取的可能性。而移动视频采集终端作为视频监控的重要组成部分，在不需要布线的情况下，能够实现视频信息从现场到后方指挥平台的传输，方便快捷。对于山林火宅监测、油田无人区巡视、边防岸线监控等常规布线难以实现，或布线成本高的地区能够最大限度的发挥移动终端的优势。另外，应对突如其来的自然灾害(如地震、泥石流、台风、海啸等)原本完善、正常的通信网络可能受到破坏，救灾系统面临极大的挑战，利用DM368的USB接口外接GPS模块对移动终端进行定位，获取实时视频信息之外的地理信息，移动视频采集终端可以方便、快捷地发挥辅助救灾指挥的作用。而3G网络的大规模覆盖，使得移动通信网为承载视频监控数据的传输提供了有利条件。

此外，根据需要还可以通过视频管理分析子系统进行权限管理和视频发布，实现资源共享。

1.3 视频管理分析子系统分析与设计

视频管理分析处理子系统完成对整个视频监控系统资源统一管理。本设计中DM368构建的视频采集系统在视频编解码芯片DM368中固化了人脸识别模块，可以实现对视频信息的初次分析处理，但深度智能分析需要依靠视频分析处理系统来完成。

视频管理分析子系统包括中心管理服务器、媒体分发单元、网络录像单元、接入网关和智能视频处理单元。中心管理服务器是整个视频管理分析系统的核心，实现对前端、服务器设备、各应用模块、客户的管理。媒体分发单元和网络录像单元实现媒体数据的分发和存储。接入网关对前端和客户端的接入管理，是整个视频监控系统的一道防火墙。

智能视频处理单元结合前端智能分析的报告采用行为模式识别技术、目标检测与分析、自动跟踪、模式理解等技术，通过对比智能视频分析的结果和智能视频处理单元后台数据识别出监控系统中的有效信息，反馈给中心管理服务器触发相应的处理策略。实现车牌识别、区域检测、物品遗留等为事件处理决策提供依据。

2 实验结果分析

如图3所示，图3a为采用后端智能处理过的标清视频，从画面质量分析，画面不是很清晰，从智能处理角度分析，后端智能实现了区域检测、运动轨迹、速度检测等功能。图3b为本文所述采用DM368实现的高清1080p视频监控系统输出的图像，图3c为对高清视频进行后端智能机制处理后的图片，在实现高清画质输出的状况下同时实现了智能处理。

图3 后端智能分析对比

3 结束语

针对DM368能够支持1080p@30 f/s，实现HP级H.264编解码，提升了压缩效率，本文采用后端智能的方式实现了视频智能分析与处理。系统能够在不对前端设备替换升级的情况下，通过升级更新后端智能处理策略的方式实现功能更新和扩展，提升了系统复用率，降低了整个系统的投入，满足不同场合的需求。

［1］李晓飞.网络视频监控系统的发展与应用［J］.数据通信，2010(2):11－13.

［2］郑世宝.智能视频监控技术与应用［J］.电视技术，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.