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视频监控系统中高集成度视频解码器的原理解析

作者:admin    来源:未知    发布时间:2020-07-23 17:14    

  视频自己承载有洪量数据,这些数据使得信号惩罚和数据存储劳动变得相当纷乱。通过甩掉无用的音讯、只传达图片的紧要一面能够 简化视频检讨体例,撙节

  本文将通过几个例子来阐扬提取有效数据怎样也许使惩罚条件、存 储器容量和DSP应用率到达最小,并先容ADI公司 视频解码器 2的特 殊机能怎样也许简化视频算法、加快视频检讨体例的开荒速率。

  试念一下,一条宽传送带正正在急速传送很众产物,而洪量的产物使得人工计数尽头艰难。摄像头除了能使计数劳动自愿化外,还能用来 看管产物德地。这能够通过点窜方便的计数算法以让它闭切特定细节和瑕疵来加以杀青。

  存储悉数视频数据必要洪量存储器,而惩罚洪量数据也必要浪费洪量硬件资源和惩罚才华。因而正在搜检传送带上的产物时,体例不会 将整体图片数据搜罗进存储器,而是要从洪量数据中找到感兴味的细节,并尽恐怕众地甩掉无用数据。

  正在大大批景况下,灰度级图片就带领有足够的音讯,因而能够将 RGB信号转换成(惟有亮度的)Y信号,甩掉掉色度音讯 。然后应用角落检 测技巧检讨单色图片中的实质以浮现传送带上的产物,然后将它们的样子与样板实行斗劲,推断产物是否寻常

  再有其它几种优化算法能够用来抬高图片质地,但这些算法都要占用FPGA计划中的珍奇资源。然而,极少集成电道(I C) 视频解码器已 经集成了适用的预惩罚算法或滤波器,因而采用如许的IC能够撙节FPGA资源。比方 ADV7802 视频解码器8就包罗了 亮度瞬态更正 (LTI) 和 色度瞬态更正 (CTI) 模块。 T这些模块通过革新亮度和色度改变的 锐度来抬高图片质地,并应用自适宜峰值和非线性技巧—不会扩张噪声或引入瑕疵—正在角落检测经过中尽头有效。其它,亮度整形和 其它内置输入滤波器能够肃清源自大号源的高频噪声—埋头于信号,轻视偶尔闪现的噪声。

  角落检测供应的是物体角落改变的音讯,而不是物体的整体图片,数据量能从3×8位/像素(bpp) 裁减到1bpp,从而撙节洪量存储器空间:

  通过将RGB转换为Y,正在存储器中只存储勾当视频的几条线,并应用FPGA算法,咱们就能够检测物体,寓目它们的样子。一朝了解这些 物体正在搬动中的传送带上的身分,咱们就能臆想它们的运动,并从下一帧中搜罗颜色或其它音讯,确保应用起码的存储器空间。这个经过涉及:

  呆板人能够寻找特定隔断和有限规模内的目的。正在极少操纵中能够应用超声波;但假若物体外外会摄取超声波或目的正在玻璃后面,可 以应用视频。摄像头焦距设定正在附近物体上。正在近隔断规模内的物体验有大白的角落,而规模除外的布景物惟有隐隐的角落(图3)。

  角落检测能够用来诀别目的隔断规模内的物体,由于它们是独一具有大白角落的物体。布景中的物体将足够隐隐,不行通过角落检测测试。这种角落检测惩罚将爆发一个二元位图,此中1显露检测到一个角落,0 显露没有检测到角落。每个检测到的角落像素的身分(x,y) 能够代入公式1近似算出被远离物体的中点:

  此中xn是角落像素n的x轴身分,yn是角落像素n的y轴身分, N是检测到的角落像素的数目。

  一朝物体身分及其角落已知,咱们就能够试着实行跟踪。闭节是从图片中无误提取物体,将它的角落转换成轮廓,然后用来推断物体 是否执政摄像头搬动,技巧是检讨像素距物体中央的均匀隔断以便推断物体尺寸是否正在蜕变,如公式2所示

  N是FRAME帧中的角落像素数目,M是F R A M E-1帧中的角落像素数目。

  当物体朝摄像头搬动时(像素从物体中央向外扩展),这个公式的值是正的。负值意味着物体正正在远离摄像头,如图4所示。

  请留心,物体务必正在摄像头焦距规模内。通过点窜算法咱们能够 主动蜕变焦距 以扫描更大的面积。一朝检测到物体就能够实行分段、惩罚和跟踪。

  跟着视频纷乱度的扩张,跟踪物体将变得愈加艰难,格外是有纹理的物体以及因为搬动速率过速而落空锐度的物体。Jianbo Shi所著的 “Good Features to Track” 一文先容了极少跟踪算法。当物体落空 锐度时,角落检测将会凋落。正在这种景况下应用复数联系工夫(如 模块结婚)—用来估算运动—或采用Yao Wang、J örn Os termann和Ya-Qin Zhang三人合著的 “Video Processing and Communications” 一书中具体先容的其它技巧仍能够落成跟踪。

  因为摄像头供应的是贯串的数据流,因而能够通过跟踪物体推断它的加快率和其它参数。然而,务必应用高质地的视频序列能力 得到优越的视频剖释结果。当通过剖释相邻像素检测角落时,逐行扫描视频要比低质地的隔行PAL或NTSC信号具有更好的诀别率。 ADV7401 和 ADV7403 视频解码器12能够经受各样视频规范,囊括逐 行形式。这两款器件也许数字化惩罚高达140M H z的视频信号,而且也许惩罚标清、加强大白度和高清分量信号、 CVBS和图形。其它,它们还增援非规范视频形式,同意应用不太时兴的规范,好比STANAG。聪明的像素输出总线 RGB式样的数据。非规范视频式样能够通过过采样或欠采样到达特定的秤谌宽度,详睹操纵条记 AN-0978, “Component Processor Nonstandard Video Formats”。

  图5所示的内置颜色空间转换器(C S C) 能够转换彩色空间以知足用户条件(公式4,此中A1.。.A4,B1.。.B4,C1.。.C4 都是可调治的CSC参数)。YPrPb或RGB输入信号能够用可摆设矩阵转换功用转换成其它式样。比方,将RGB转换成YCbCr 同意甩掉色度音讯(Cb,Cr),通过应用单色图片可简化角落检测。

  CSC尽头有效。当输入为RGB或YCbCr时,颜色音讯能够用颜色空间矩阵实行方便的转换。图6 给出了相似于YCbCr的YUV颜色空间。

  图6. 产物德地评估中应用的YUV颜色空间能够用来检测(比方)产物是否烧焦或变质了。Y(亮度)是常数。

  如图6所示,颜色( 或YPrPb值 )有 助 于 检 测 产 品 质 量,例 如 是 否 烧 焦或变质。颜色空间转换正在视频惩罚中以及与应用其它规范的 IC毗连时都很有须要。A D V 74 01/A D V 74 0 3内 置 输 入众 道 复 用 器,可 以 方 便 地 切换视频源,这个个性正在从一条罢休的传送带切换到另一条运转中的传送带时尽头有效

  开荒一个从图片中提取物体的视频体例必要付出辛苦的勉力,由于后光角度或强度的些许改变城市影响搜检结果。视频工程师能够应用 A D V 74 01/A D V 74 0 3的增益和偏移调治功用来调治亮度与对照度,只需正在传送带上扩张两条很短的参考条纹(一条暗的,一条亮的)。A D V 74 01/A D V 74 0 3 的偏移和增益经调治后取得可斗劲的值,从而使体例可对后光颜色、角度和强度方面的改变实行储积。

  用于调治无误 白均衡 的算法尽头方便。起首,博得参考条纹的 RGB(或YCbCr)值。然后,为了储积后光改变,能够通过方便地蜕变器件的偏移和增益到达与参考值一致的值。这种算法能够用来:

  这个经过正在体例开荒时期特别紧要,由于它能供应无误的偏移(亮度) 和增益(对照度)—尽管正在后光太强或太弱的功夫,如图8所示。偏移和增益寄存器能够通过I2C总线拜候,从而也许杀青急速自适宜。

  颜色也能够用于参考条纹。这种储积与白均衡相似,并取得遍及应用。不外固然白均衡斗劲适合人类的感知,颜色校正却可储积因为 差异照明惹起的改变。固然算法相似,但特别的偏移将导致暗色看起来不自然。A D V 74 01/A D V 74 0 3颜色空间转换、聪明的输出像素端口 以及偏移与增益调治寄存器同意工程师应用仍旧计算好的数据急速开荒算法。如前所述,很紧要的一点是裁减视频惩罚所需的数据 量、尽量避免将高级算法用于方便视频。具备易拜候像素端口的A D V 74 01/A D V 74 0 3评估板已可供货,它能加快新计划的启动。只需简 单地将视频搜捕板插进这块评估板的像素端口即能杀青视频数据的搜捕(图9)。

  视频编码器、视频DAC和 AD9889BHDMI发送器被毗连到统一像素总线,同意正在第二个输出端口检讨目下图片。ADI公司的视频解码器 包罗了视频惩罚所需的模块,可供应鲁棒机能和宁静图片。

  视频摄像头能够正在工业操纵中带来很众好处。当搬动物体务必被分类、跟踪或记实时,这是格外紧要的。带高集成度视频解码器的视频工夫和及时惩罚功用能够用来高效地剖释搬动中的传送带上面的物体或分类传送带上面的搀和产物

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