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2023年12月17日发(作者:汇编是高级程序设计语言吗)

电子专用设备 电子工业专用i殳备 - 基于AR M的视频监控系统 曾瀑,王微,詹传栋 (北京化工大学信息学院,北京100029) 摘 要:设计了一种基于三星ARM9的¥3C2440芯片的视频监控系统。该系统通过摄像头采集 图像并对图像进行运动检测和压缩编码。实验结果表明该系统保持了图像传输的流畅性,同时能 够对运动的入侵目标进行闪烁标注,达到入侵、运动检测的目的。 关键词:ARM;运动检测;视频监控 中图分类号:TN948.43 文献标识码:B 文章编号:1004—4507(2011)04-0042—05 Video Surveillance System Based on ARM ZENG Pu,WANG Wei,ZHAN Chuandong (School of Information&Technology,Beijing University of Chemical Technology,Beijing,1 00029,China) Abstract:This paper designs a video surveillance system based on the ARM s3c2440 chip of Sam— sung.Acquirihg video sequences by camera,this system performs the detection of motion object and video compression coding.Experimental results show that image transmission is fluid and motion ob— ject into video can be detected. Keywords:ARM;Detection of motion object;Video surveillance 随着多媒体和网络技术的不断发展,人们对 效果。随后,网络技术的发展,为视频监控系统数 于特定监测目标安全性的要求越来越高,各种视 频监控系统也层出不穷。如今,随着网络技术、视 频压缩技术、数字图像处理的不断发展,随着微电 字化、网络化创造了条件。通过网络传输信号并在 前端通过微处理器对图像进行压缩分析已经十分 常见。 子处理芯片小型化、高速化、多功能化的趋势加 强,视频监控系统也便携化和智能化的发展方向 也越加明显。 1视频采集的硬件基础 视频采集的前端硬件采用了广州友善之臂公 司的mini2440开发板。采用三星¥3C2440 fARM920T core with MMC,最高主频可达532 MHz 作为处理器,64 MB的SDRAM,256MB的 在视频监控系统的发展历史上,经历了两个 不同的阶段。最初的视频监控系统采用模拟信号, 现场与客户端之间通过电缆进行连接。工程浩大 复杂,造价昂贵,同时信号质量也难以达到理想的 收稿日期:2011-04.06 

- 电子工业董用设备 电子专用设备 Nand Flash以及2 MB的NOR Flash。配备一个采 用DM9000网卡的100M以太网RJ.45口,同时包 括一个主USB接口。 频读取、分析、压缩编码的循环程序。 循环中,首先读取摄像头视频缓冲区的数据。 由于OV51 1芯片支持YUV420的压缩编码格式, 所以可以很方便的对采集到的数据进行运动分 析。在进行运动分析之后,对于所传输的图像进行 标记,凸显运动物体和入侵物体。最后对经过标记 的图像进行编码、传输。 摄像头采用兼容OV511芯片的摄像头。支持 YUV420格式,便于运动检测算法直接读取亮度 值进行判断。 其ARM采用linux 2.32.2内核,并定制了带 有OV51 1驱动的zImage,通过USB端口写入 Nand Flash。程序通过arlT1.1inux.gcc 4.3.2编译。 2前端视频采集系统 前端视频采集系统程序运行的流程图见图1。 图1视频监控系统运行流程图 在程序设计中,首先通过初始化scoket套接 字为实现网络传输的功能做准备,检测网络是否 准备妥当,如果遇到问题,则报错。接着初始化视 频压缩编码库,通过压缩编码,提高传输的速度和 效率。在以上一切准备工作布置妥当之后,进入视 3 H.264简介及视频压缩器的选择 H.264,同时也是MPEG一4第十部分,是由I— TU—T视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC动态图 像专家组(MPEG)联合组成的视频组(ⅣT,Joint Video Team)提出的高度压缩数字视频编解码器 标准。 与其他的视频压缩编码相比,它有以下优点: (1)低码流(Low Bit Rate)。与MPEG2和 MPEG4 ASP等压缩技术相比,在同等图像质量 下,采用H.264技术压缩后的数据量只有MPEG2 的1/8,MPEG4的1/3。显然,H.264压缩技术的采 用将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。 (2)高质量的图像。H.264能提供连续、流畅 的高质量图像(DVD质量)。 (3)容错能力强。H.264提供了解决在不稳定 网络环境下容易发生的丢包等错误的必要工具。 (4)网络适应性强。H.264提供了网络抽象层 (Network Abstraction Layer),使得H.264的文件 能容易地在不同网络上传输(例如互联网,CD— MA,GPRS,WCDMA,CDMA2000等)。 其低码流和网络适应性强等特征,非常适合 作为网络视频监控系统的传输压缩编码。同时,考 虑到视频监控系统对于延时的要求以及ARM9 微处理器的运算能力,在进行编码时一般选用H. 264的基本层次(Baseline Profile),即使用H.264 的除了B.Slices、CABAC以及交织编码模式外所 有的特性,主要使用于低时延的实时应用场合。 目前对图像进行H.264编码的编码器主要有 3种: JM:JM是H.264的官方测试源码,故被称作 匝■圃皿(总第195期) 

电子专用设备 电子工业毫用设蚤 - 校验模型。它由德国hhi研究所开发。目前许多学 术研究都在其基础上进行深化。但其结构复杂,不 适合应用。 T264:T264是中国视频自由化组织开发的H. 264编码解码器。被广泛应用于linux、windows等 环境中。但是其解码器只能解码其自己生成的码 流,同时T264近些年来一直没有更新,成为其进 一步发展的障碍。 FFmpeg ̄FFmpeg是一个开源免费跨平台的视 频和音频流方案,属于自由软件,采用LGPL或 GPL许可证(依据你选择的组件)。它提供了录 制、转换以及流化音视频的完整解决方案。它包含 了非常先进的音频/视频编解码库libavcodec,为 了保证高可移植性和编解码质量,libavcodec里很 多codec都是从头开发的。 在视频监控系统的设计中,由于T264编码成 熟,广泛应用于linux的PC环境,并且已经取得 了很好的效果。同时网络上也有许多程序员将 T264移植到ARM环境,效果良好,例程充分。所 以我们采用T264进行视频压缩。 4运动检测算法 4.1 YUV420格式介绍 YuV是被欧洲电视系统所采用的一种颜色 编码方法(属于PAL),是PAL和SECAM模拟彩 色电视制式采用的颜色空间。它将图像的色彩转 化成为亮度和色差进行储存。这样设计最初的目 的是为了与旧式黑白电视机进行兼容,但对于亮 度的分离也给数字图像的处理提供了方便。 同时,由于人眼睛对于色度信息的敏感度低 于亮度信息的敏感度,所以通过分离色度和亮度 信息,对亮度提供较高的分辨率,而给予色度以较 低的分辨率,可以在保证图像效果降低不大的情 况下有效压缩数据量。 而且由于许多摄像头直接支持YIJV格式,无 需微处理器进行再次转化,所以在需要使用YUV 进行数字图像分析的时候就可以大大节省微处理 器的占用,提高程序的运算速度。 YUv格式与传统的RGB颜色的表示法的关 系为: y=0.299R+0.587B+0.114 0.s/(1-0.1 14) (B—y) V=0.s/(1-0.299) (尺一y) 从上式可以看出l,表示了对于颜色RGB的 加权平均,可以作为图像亮度值的代表,我们在运 动分析和入侵检测中,也主要使用亮度值作为分 析的依据。 前面提到过,可以通过对y、 、 分别以不同 的分辨率采样的方法来对数据进行压缩,故Yuv 也有不同的格式。常见的有YUV 4:4:4,ⅥJV 4:2: 2,YUV4:2:0。在本例中使用的是YUv 4:2:0。 所谓YUV420指的是色度分量在水平方向和 垂直方向的精度均为亮度分量的一半。例如,对于 720×576的图像,在YUV420的格式下,其亮度 分量(】,)的分辨率为720×576,其色度分量(U、 )的分辨率则均为360×288。因而,在未经计算 机任何处理的情况下,需要处理的数据量减少了 50%。每个采样值采用8 bit表示。 同时,在YUV420的格式中,前720×576×8 bit的内容存放y分量,接着分别存放 、 分量。 在程序中,我们只需要对存放l,分量的部分进行 分析。 4.2运动检测算法 在本设计中,我们采用了背景比较的运动检 测方法。其具体流程图如图2所示。运动检测的基 本思想是使用摄像头采集来的图像数据不断更新 背景。使背景保持在一个比较稳定并保持小幅度 更新的状态。接着,判断每一个像素与背景相减的 绝对值,如果绝对值大于某一个常数,则认为这个 像素的对象发生了变动,对其增加其亮度值,以达 到标记的效果。 在具体的使用中,首先判断程序是否第一次 执行,如果是第一次执行,则将图像读入的视频数 据的亮度部分赋值于背景矩阵。 背景矩阵赋值之后,为了减少延迟,每四帧为一个 小组。每个小组中前三帧传输摄像头读入的正常 图像,第四帧进行运动检测并更新背景。即对每个 像素点进行检测。 

- 电子工业专用设吝 电子专用设备 即在第四帧,当检测第i个像素时,令背景矩 为原始图像,在第四帧则出现运动物体亮度变黑, 达到了运动物体闪烁的效果,实现对其进行的标 记。见图3、4、5。 阵的第i个像素值A[i]等于其自身数值和刚读入 数据第i个像素的灰度值B[i]的加权平均。即 A =0.97×A嘲+0.03×8[i]。赋予背景矩阵自身 较大的权重,有助于保持背景矩阵的稳定性。同时 引入了现采集数据的数值(虽然权重仅有0.03), 使得背景矩阵不断地进行更新。也就是说,如果背 景中出现了一个新的物体,大概经过1/0.03组即 33组132帧之后背景更新完毕。流程见图2。 否 图2运动检测算法流程图 接着令当前矩阵的第i个像素B[i]等于其与 (B[i]-A嘲)绝对值的加权平均。也就是说,当B 一 A[i]的绝对值较大时,说明图像与背景的差别很 大,发生了改变,这是,将B[i1的值增大,其亮度发 生变化,达到标记的作用。当图像没有变化,B[i1 与A[i]相等时,B[i]仍为原值。图像不变。 通过这样设计,当有运动物体侵入时,前三帧 图3背景图像 图4运动物体侵入 图5运动检测中的闪烁 5结论 经过实践比较,我们可以看到,摄像头通过网 络传输,可以进行较好的压缩,每帧图像的传输大 小只有大约几百字节左右。同时可以对运动入侵 

目标进行检测。图像的流畅度也比较好。 但与此同时也存在一些问题。当出现入侵物 体时,由于三帧图像间隔一个运动检测帧,在这种 情况下由于运动检测帧的变化较大,H.264的压 缩算法无法对之进行有效地运动预测和压缩,以 至于其大小在一千字节左右。 致谢 本文得到北京化工大学大学生科技创新基 感谢。 参考文献: [1] 宋磊,黄祥林,沈兰荪,等.视频监控系统概述[M】. 北京:北京林业大学,2003. [2]H.264——百度百科[DB/OL].http://baike.baidu.com/ view/56322.htm 金项目(No.37)资助并在北京化工大学信息学 院祝海江副教授的指导下完成,对此表示衷心 —【3] 赵苍明,穆煜.嵌入式Linux应用开发教程[M】.北 京:人民邮电出版社, .址 .址.址.址 .址.址.址.址.址.址.址. IL舢. 驰 (上接第8页) Liang,T Cui.Fabrication and characterization [22] G formance of a monolithic CMOS gas sensor microsys ofpoly(3,4-ethylenedioxy-thiophene)?eld effect transis tors[J】.Solid State Electron.2004,48(1):87-89. no T,Hignchi T.Fi1m actuators:Planar, [23] Egawa S,Niitem[C】.Lyon,France:Digest of 1978 IEEE Interna tional Conference on Solid—State Sensors,Actuators and Microsystems,2007:2545—2548. electrostatic surface—drive actuators[J].Micro Electro Mechanical Systems,MEMS’91,Proceedings.1991: 9.14. [32]T Malik,M Sanjay.Sensor networks:an overview[J】. IEEE Potentials.2003,22(2):20—23. 【33] G Liang,T Cui.Fabrication and characterization of poly(3,4一ethylenedioxy—thiophene)?eld effect transis archos D.Magnetic MEMS:Key Issues and Some [24】 NiApplications.Sensors and Actuators[J].A:Physica1. 2003,109(1—2):166—173.  Issues in MEMS and Mi 【25】 De Voe Don L.Thermaltors[J].Solid State Electron.2004,48(1):87—89. [34] Yusaku Kato,Tsuyoshi Sekitani,Makoto Takamiya, Masao Doi,Ki@Asaka,Takayasu Sakurai,Takao Someya.Sheet—Type Braille'Displays by Integrating Or ganic Field—Effect Transistors and Polymeric Actuators croscale Systems[J].IEEE Transactions on Compo nents and Packaging Technologies.2002,25(4):576—583. ofana,J R Mollinger.MEMS [26] A Bossceh,C V B Cot[C].IEEE transactions on electron devices.2007: 202—209. Packaging:State of the Art and future trends[J]. Proc.SPIE.1998.3328:166—173. ersen.A New Age for MEMS,in:Digest of the [27】 K Pet[35] S lba,Y Kato,T Sekitani,H Kawaguchi,T Sakurai, and T Someya.Use of laser drilling in the manufacture 1 3th International Conference on Solid.State Sensors of organic inverter circuits[C],Ana1.Bioana1.Chem, 2006:374.377. [C】.Actuators and Microsystems.2005:1—4. chael W Judy.Evolution of integrated inertial [28] Mi[36]De Labachelerie,Michel Thevenet.MOEMS Aevices and heir Applications to Optical Telecommunication MEMS tecnolhogy[C],Hilton Head Island,South Car olina,USA:Solid・State Sensor,Actuator and Microsys terns Workshop Digest 0-9640024・5—0,2004:27—32. in J Young,Interface Electronics for MEMS—Based [29] Dan'Systems[J].Annales des Telecommunications/Annals of Telecommtmications.2003,58(9—10):1401-1423. [37]Takeo Oita.RF MEMS:Focusing on the Next Step Wireless Sensing Applications[J],IEEE,2010: 130—133. C Hagleitner,A Hierlemann,D Lange,A Kummer,N Kerness,O Brand,H Baltes.Smart single—chip gas sen 【C],IEEE International Ultrasonics Symposium Pro ceedings.2009:1 173—1 178. .J止. L. . 止.喜 .址 址 址.S ,I.址.址.S 址.址.址.址.址.址 [30】 作者简历: sor microsystem[J】.Nature,2001:293—296. [31] P Kurzawski.A Hierlemalm.Chiral discrimination per 严宇才(1985.2),男,浙江天台人,浙江工业大学硕 士研究生,研究方向为智能系统研究与应用。 ( (总第195期)砸脚 


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