可重構(gòu)的無(wú)線智能視頻監(jiān)控平臺(tái)的研究.pdf

1、信息科技飛速發(fā)展的今天，在摩爾定律的引導(dǎo)下，超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高推動(dòng)著以計(jì)算為中心的電子產(chǎn)業(yè)的前進(jìn)。正是在這樣的背景下，智能視頻技術(shù)伴隨著硬件能力的提升和計(jì)算機(jī)視覺(jué)科技的崛起，成為時(shí)下人們關(guān)注的熱點(diǎn)。以智能化、網(wǎng)路化為特點(diǎn)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在安防監(jiān)控、交通控制等領(lǐng)域應(yīng)運(yùn)而生。智能視頻監(jiān)控技術(shù)通過(guò)對(duì)前景與背景的分離，對(duì)特定區(qū)域或目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)分析，從捕獲的視頻圖像中發(fā)掘出隱藏的信息，避免了傳統(tǒng)視頻應(yīng)用導(dǎo)致的信息爆炸。智能視頻監(jiān)

2、控依賴于準(zhǔn)確而可靠的視頻分析算法，這些算法往往需要處理大量數(shù)據(jù)，消耗相當(dāng)多的計(jì)算資源，給視頻處理的實(shí)時(shí)性帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。基于DSP的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且具有很好的靈活性，但面對(duì)上百條視頻流數(shù)據(jù)，性能往往會(huì)大打折扣;而以專(zhuān)用芯片作為視頻分析引擎的分布式智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常具有較好的實(shí)時(shí)性能，但靈活性又較差。本文綜合考慮計(jì)算性能以及實(shí)現(xiàn)靈活兩方面因素，利用FPGA的局部動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)，完成了可重構(gòu)的無(wú)線智能視頻監(jiān)控平臺(tái)的研究，主要分為以下

3、幾個(gè)方面的工作。
　　(1)研究了XilinxFPGA的局部動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)，提出了一種基于FPGA的可重構(gòu)視頻處理硬件平臺(tái)，平臺(tái)可在不停止工作的情況下通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接重新對(duì)重構(gòu)區(qū)域進(jìn)行配置。平臺(tái)中使用一種高效的ICAP控制器作為重構(gòu)引擎，僅需幾毫秒甚至幾十微秒即可完成硬件任務(wù)的重配。
　　(2)研究了智能視頻監(jiān)控的各類(lèi)算法并在FPGA上一一實(shí)現(xiàn)，其中包括運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別以及目標(biāo)跟蹤，實(shí)現(xiàn)的各視頻監(jiān)控模塊構(gòu)成了可重構(gòu)平臺(tái)的智

4、能視頻監(jiān)控IP庫(kù)。其中，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊采用改進(jìn)的相鄰幀差算法，能夠準(zhǔn)確地標(biāo)記出運(yùn)動(dòng)物體。目標(biāo)識(shí)別模塊采用改進(jìn)的自映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，改進(jìn)后的算法更加易于硬件實(shí)現(xiàn)，同時(shí)識(shí)別準(zhǔn)確率與經(jīng)典算法相當(dāng)。目標(biāo)跟蹤模塊采用改進(jìn)的顏色粒子濾波算法，模塊可在簡(jiǎn)單背景下對(duì)目標(biāo)物體實(shí)現(xiàn)有效地跟蹤。
　　(3)研究了面向視頻處理應(yīng)用的高性能片上通信架構(gòu)，提出了一種4元樹(shù)狀片上網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其線上可重構(gòu)算法。4元樹(shù)狀片上網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有良好的可擴(kuò)展性，可針對(duì)不同應(yīng)用快