动态环境下视频兴趣区的自动捕获系统研究

袁社锋++李俊霞

摘 要： 传统的动态环境下视频兴趣区自动捕获和监控识别系统采用ZigBee编码和特征提取方法，因动态视频在传输过程中产生衰减失真，导致视频图像采集传输丢包，自动捕获性能不好。提出一种基于Huffman编码和MUX101程控开关控制的动态环境下视频兴趣区的自动捕获系统。通过VXI系统总线高速传输视频数据到AD8021芯片，进行反馈电阻控制，实现视频特征的动态提取和捕获，选用程控放大器VCA810，通过局部总线向HP E1562E 8GB提供传感器信号，达到调整视频特征兴趣区域放大倍数的目的。设计Huffman编码及视频兴趣区特征提取算法作为软件核心部分嵌入，采用VXI总线技术实现对动态视频兴趣区的自动捕获系统的硬件设计和软件设计。仿真结果表明，采用该系统进行动态视频采集和兴趣区特征的自动捕获，准确度较高，丢包率较少，性能优越。

关键词： 视频兴趣区； 动态环境； 系统设计； 智能识别

中图分类号： TN958?34； TP391 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）22?0115?03

0 引 言

随着多媒体通信、动态视频监控和传输的迅速普及，对视频传输的可靠性和网络视频监控的准确识别性要求越加严格，在实时传输高质量视频图像的同时，能准确识别动态视频中的感兴趣区域，达到兴趣特征识别的目的是一项很困难的任务。当今，网络多媒体视频和图像文件传输的迅速增长，需要对动态环境下视频等多媒体信息进行监控识别，在网络视频监控、刑事勘验侦查、军事目标识别等领域具有重要的价值和意义。在动态视频采集和传输环境下，对视频兴趣区进行自动捕获，实现视频监控的智能识别。研究动态环境下的视频兴趣区域特征的提取算法和自动捕获系统受到了广大专家学者的重视[1]。

在传统的动态视频特征提取和兴趣区自动捕获系统设计中，采用Adobe Premiere 等视频编辑软件；在没有重传和纠错机制的条件下，采用阻抗匹配功率放大的视频特征采集和兴趣捕获系统实现智能视频识别和监控；然而，由于丢包率和通信技术的限制，在动态环境下难以保障高质量的视频和图像的监控识别传输。对此，相关文献进行了改进设计[2]，其中，文献[3]提出一种基于VXI时钟与同步线并联的动态环境下视频兴趣区的自动捕获系统，满足高性能模块化仪器设计的要求，但是该系统的设计模块屏蔽较困难，功能实现优势不明显；文献[4]提出一种低失真敏感测量度融合的动态环境下视频兴趣区特征提取算法，并结合HP E1433A功能模块实现系统设计，该方法限用于单帧图像的处理，忽略了视频的帧间冗余特征，对视频兴趣特征点的捕获性能不好[5]。

1 系统总体设计和动态视频采集

智能动态环境下视频监控和识别系统设计中，分为硬件系统和软件设计两大部分，动态视频系统在传输过程中，以视频流的形式在传输，首先视频被压缩后经由网络输送，接收器对接收到的数据包进行解压。一旦在传输过程中某个包发生问题，在解压时就会提示错误，这样便造成了视频数据传输的失真或衰减。由于发生异常而接收端不能被正确解码的包，统一被称作数据丢包。为了避免视频丢包，需要对动态视频进行特征提取和兴趣点捕获，达到视频监控识别的目的[6?7]。

动态环境下视频兴趣区域捕获中宽频带模拟回波数据，把视频可以看做多幅彩色图像，用程控放大器VCA810准确地采集动态环境下视频数据，基于VXI总线技术，由DSP控制视频采集的兴趣区域捕获、识别特征模型，用MUX101程控开关控制MPEG?4中的视频发射探头，实现视频采集，基于VXI总线的动态视频采集系统结构如图1所示。

动态环境下视频兴趣区的自动捕获系统硬件上的设计主要采用2种模块化设计方法：

（1） 通过VXI系统总线高速传输视频数据到AD8021芯片，进行反馈电阻控制，实现视频特征的动态提取和捕获；

（2） 选用程控放大器VCA810，通过局部总线向HP E1562E 8 GB提供传感器信号，达到调整视频特征兴趣区域放大倍数的目的。

2 系统设计与实现

2.1 系统硬件模块设计与实现

在上述系统总体设计描述和兴趣区特征提取和编码算法设计的基础上，进行系统模块设计，系统设计包括了系统的硬件模块设计和软件模块设计。传统的动态环境下视频兴趣区自动捕获和监控识别系统采用ZigBee编码和特征提取方法，因动态视频在传输过程中产生衰减失真，导致视频图像采集传输丢包，自动捕获性能不好。为了克服传统方法的弊端，本文提出一种基于Huffman编码和MUX101程控开关控制的动态环境下视频兴趣区的自动捕获系统。主控计算机读取一个64位动态环境下的视频兴趣区的浮点数据块（块的大小由hpe1432_setBlocksize（ ）函数设定），数据已经被转换为电压值，采用阻抗匹配激励机制提高动态环境下视频传输和通信过程中的发射效率。动态环境下视频数据采集中，通过动态环境下视频传感器的规范模拟信号进行A/D变换实现监控识别信号的传递，基于Huffman编码形成原始的域特征点，动态环境下视频兴趣区域捕获识别的量化编码过程如图2所示。

根据图2的编码结果，采用RS 485通信协议，采用8通道模拟量进行动态环境下视频兴趣区域捕获的模拟量I/O和数字量I/O分析，动态环境下视频兴趣区域捕获识别系统硬件部分的另一重要模块就是路由控制部分，系统的模块设计及参量见表1。

2.2 系统软件模块设计与实现

软件设计包括：

（1） 时钟初始化程序；

（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是连接在DSP的同步串口0上，寄存器用于配置串口0发送数据的时钟频率，最大为[SCLK2，]产生帧同步脉冲，ITFS和TFSR都设为1，在视频特征提取和视频中使能内部视频帧同步。

表1 动态环境下视频数据收集模块

传输初始化包括：配置PORT_MUX寄存器，使能CAN TX和RX管脚，配置CAN_MBIM1，使能中断功能，判断CAN配置是否正确完成，配置PPI的操作模式、信号极性以及数据宽度。在进行兴趣区捕获中，需要对二维DMA进行寄存，DMA的配置主要包括寄存器：DMAx_START_ADDR，DMAx_X_COUNT。由此，采用VXI总线技术实现对动态视频采集和传输环境下的视频兴趣区的自动捕获系统的硬件设计和软件设计。综上分析，得到系统的软件实现流程如图3所示。

图3 系统软件实现流程

3 系统仿真实验与结果分析

根据上述设计的系统硬件模块进行测试，测试中将BMODE0和BMODE1接高电平，BMODE2接低电平，CAN调试采用2个节点，首先配置DSP的I/O口，设置LDAC的输入视频信号为低电平，等待200 000个NOP指令，再给AD5545发送一个0x30000，进行动态环境下的视频兴趣区的自动捕获仿真，首先进行原始视频信息采集，得到采集的视频信息的1 043帧和1 050帧的图像如图4所示。根据本文设计的算法和系统，对动态环境下视频兴趣区进行自动捕获和特征提取，得到的捕获结果如图5所示，以传统方法作为对比，得到对比结果如图6所示，从图5和图6可见，采用本文设计的系统，具有较为准确的特征兴趣点捕获性能，降低了帧丢包率，提高了动态视频的智能监控性能。

4 结 语

本文提出一种基于Huffman编码和MUX101程控开关控制的动态环境下视频兴趣区的自动捕获系统。首先进行动态环境下的视频采集系统结构设计，然后采用Huffman编码算法对动态环境下的视频兴趣区的特征点进行编码和特征提取处理，以此作为软件算法基础，采用VXI总线技术实现对动态视频采集和传输环境下的视频兴趣区的自动捕获系统的硬件设计和软件设计，研究结果表明，采用本文设计方法具有较好的动态视频采集和兴趣特征区的捕获和检测性能，提高了视频监控的实时性和准确性。

参考文献

[1] 朱映映，文振焜，杜以华，等.基于视频感知哈希的视频篡改检测与多粒度定位[J].中国图象图形学报，2013，18（8）：924?932.

[2] 许琮，宋立锋.可分级视频编码差错控制技术综述[J].电视技术，2014，38（1）：6?10.

[3] 程振宇，张灿，和智涛，等.基于3G动态环境下视频传输的一种QoS控制方法[J].中国科学院大学学报，2014，31（1）：117?123.

[4] 刘高平，李国胜.基于窄变带宽的实时视频传输算法[J].光电子·激光，2012，23（3）：547?553.

[5] 程艳合，杨文革.压缩域直扩测控通信信号伪码跟踪方法研究[J].电子与信息学报，2015，37（8）：2028?2032.

[6] 王军，陈翠琴.基于RFID信息与视频图像的人员识别的研究[J].物联网技术，2015，5（3）：30?31.

[7] 张子龙，薛静，乔鸿海，等.基于改进 SURF 算法的交通视频车辆检索方法研究[J].西北工业大学学报，2014，32（2）：297?301.