基于ADSP-BF561的视频跟踪系统的研究与实现 跟踪系统, 硬件

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智能化是现代视频监控系统的重要发展方向，目标跟踪成为发展过程中一项不可缺少的重要功能。智能监控技术是指在不依赖人为干预的情况下，采用计算机技术和图像处理技术对摄像机拍摄的图像数据进行自动分析，实现对图像内容含义的理解以及对客观场景的解释。智能监控算法流程如图1所示。
本文在研究视频跟踪系统相关算法和硬件结构的基础上，设计一套基于ADSP-BF561的视频跟踪系统，通过控制摄像机姿态实现对监控场景中的运动目标进行自动识别和跟踪，符合现代视频监控系统向智能化发展的趋势。
1 系统总体设计方案
嵌入式处理器中数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)具有强大的数字信号处理功能，适用于视频图像、语音等大量数据的实时处理。ADSP—BF561是一款集音频、视频图像处理和控制于一身的双核DSP，具有高速的内核时钟、灵活的存储器架构和专用的视频接口，在视频图像处理方面具有较大优势。


采用ADSP—BF561作为处理器设计视频跟踪系统硬件平台，系统平台由DSP处理器、摄像机、监视器和云台等部分组成，系统结构如图2所示。硬件结构中摄像机和云台两部分固定为一体，云台的运动反映摄像机监控姿态的调整。DSP通过对摄像机采集的视频图像数据进行跟踪图像处理，获取运动目标所在位置，并在监视器上实时显示监控图像。DSP根据目标位置信息发送云台控制指令，控制云台运动，调整摄像机监控姿态，使运动目标保持在监控中心附近，实现自动跟踪功能。
2 硬件设计
2.1 硬件系统总体设计
系统采用嵌入式ADSP—BF561为核心处理器构建视频跟踪系统硬件平台。系统硬件平台主要由BF561处理器、2自由度云台摄像机、RS232转换器、存储器、视频编码器、视频解码器、监视器、复位电路、下载调试接口、电源和时钟等部分组成，硬件系统结构组成如图3所示。
图像采集设备和跟踪单元采用2自由度云台摄像机，该模块内部集成了摄像系统、云台系统及通信系统3部分。由摄像机采集视频信号并通过视频解码芯片送至DSP，经视频图像分析确定跟踪目标位置，由模拟彩色电视机作为监视器显示监控视频图像。与此同时，DSP通过发送相应命令控制云台运动，实现了运动目标始终处于监控范围内，完成自动跟踪功能。
2.2 视频编解码器
视频编解码器是视频跟踪系统的重要组成部分，摄像机输出的视频信号和监视器直接播放的视频信号均为模拟信号。视频信号在进入DSP处理前必须进行A/D转换成数字信号，DSP处理后的视频信号也需要进行D/A转换。
视频解码器即完成A/D转换功能的器件，系统采用ADI公司的ADV7183A。ADV7183A是一款集成式视频解码器，无需任何配置便能自动检测NTSC、PAL和SECAM制式的模拟基带电视信号，并转换成YUV4：2：2格式的数字视频信号。BF561与ADV7183A接口原理如图4所示。
2.3 视频编码器
视频编码器即完成D/A转换功能的器件，系统采用ADI公司的ADV7179。ADV7179为集成式视频编码器，其可将ITU-656格式的YUV4：2：2数字视频信号转换成PAL、NTSC等标准制式模拟电视信号。因ADV7179需要用I2C总线对其进行配置，但BF561内部并未集成I2C总线，因此利用软件模拟I2C总线进行通信。BF561与ADV7179接口原理如图5所示。
2.4 RS232转换器
系统选用Winyork公司MCC-INOS云台摄像机，它支持工业标准RS232总线，标准UART可通过RS232电平转换获得，所采用的电平转换芯片为ADM3202，其与BF561接口电路如图6所示。将RS232总线经电平转换后与DSP通用异步收发器接口相连，进而与摄像机的云台进行通信。
3 软件设计
3.1 DSP双核资源规划
系统采用ADI公司的DSP芯片BF561作为主处理器，BF561内有双核独特结构，给系统设计带来方便。BF561双核独特结构，既可相互独立运行，也可协调处理并行运行，提高运算速度。根据视频跟踪处理算法，可对A核和B核工作进行合理分配，使其既相互独立互不干扰，同时共同完成自动视频跟踪功能。其中，A核主要工作是完成运动目标检测与跟踪，B核主要工作内容是完成云台运动控制算法的实现，共享存储器L2作为双核公共存储器主要用于双核间的信息交互。其具体工作内容如下：
(1)A核。完成视频图像采集存储至外存储器中;将外存储器中的图像数据传输至内核存储器中;进行运动目标检测及跟踪运算，计算出目标质心坐标并求出目标跟踪矩形框。
(2)B核。根据A核计算得到的目标质心坐标，实现云台运动控制算法;通过串口通信控制云台摄像机跟踪运动目标;将原视频图像增加目标跟踪矩形框，完成视频数据实时输出至监视器。
(3)共享存储器L2。存储A核与B核通信数据与共享数据，主要包括跟踪目标质心坐标、目标跟踪矩形框参数信息和云台静止标志信息等。
根据系统规划可知，BF561采用双核协同工作方式，其双核并行工作结构流程如图7所示。