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一種用CPLD實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法
摘要：介紹了一種采用ＣＰＬＤ外加ＳＲＡＭ存儲(chǔ)芯片，對(duì)ＩＴＵ６０１格式數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法。在此基礎(chǔ)上，給出了一個(gè)實(shí)現(xiàn)這種檢測(cè)方法的例子。在這個(gè)例子中，用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的視頻處理芯片ＳＡＡ７１１３的輸出信號(hào)作為數(shù)字視頻源，用Ｌａｔｔｉｃｅ公司的ＣＰＬＤ芯片ＬＣ４１２８Ｖ對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。在數(shù)字錄像、數(shù)字監(jiān)控等領(lǐng)域內(nèi)，人們通常只對(duì)場(chǎng)景內(nèi)存在的物體運(yùn)動(dòng)感興趣。在這種情況下，需要對(duì)輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，識(shí)別場(chǎng)景中是否存在物體運(yùn)動(dòng)，也就是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，然后再?zèng)Q定是否做進(jìn)一步的處理，例如錄像、報(bào)警等。對(duì)于錄像系統(tǒng)，通過運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，能夠避免不必要的數(shù)字錄像，有效地減少系統(tǒng)所需存儲(chǔ)空間；同時(shí)可以加快檢索速度，提高資料有效性。對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是一種監(jiān)視場(chǎng)景信息的有效手段。
很多數(shù)字視頻信號(hào)處理系統(tǒng)通常會(huì)選用ＤＳＰ芯片作為主處理芯片。由于ＤＳＰ對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理是通過編程實(shí)現(xiàn)各種算法的，只通過軟件就可以方便地加入某些功能，因此沒有必要添加額外的硬件來完成運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。但是有很多系統(tǒng)，由于各種原因需要選用其它芯片來完成視頻信號(hào)的處理，例如華邦的Ｗ９９６８ｘ系列芯片，由硬件完成信號(hào)的處理，其算法已經(jīng)被固化在芯片的內(nèi)部電路中，不能隨意更改。這一類芯片功能比較單一，但速度快、價(jià)格便宜，通�？梢宰鳛槟承┫到y(tǒng)的專用芯片。對(duì)于這種情況，就需要考慮用另外的方法來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。本文介紹的用ＣＰＬＤ進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法就是針對(duì)這一類情況的。該方法是通過附加一片ＣＰＬＤ芯片和一片ＳＲＡＭ芯片構(gòu)成一個(gè)低成本的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊的。
１ 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)原理
運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法有硬件實(shí)現(xiàn)的也有軟件實(shí)現(xiàn)的，但基本思想大同小異，都是對(duì)相隔一定時(shí)間的兩幀視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣，并對(duì)抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果顯示這兩幀數(shù)據(jù)存在比較大的差異，那么就認(rèn)為數(shù)據(jù)輸入場(chǎng)景中存在物體的運(yùn)動(dòng)，反之就認(rèn)為沒有運(yùn)動(dòng)存在。
本文介紹的用ＣＰＬＤ實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法也是基于這種思想，但和一般的實(shí)現(xiàn)方法有所不同，其實(shí)現(xiàn)方法有一定的特色。
通常情況下，在實(shí)現(xiàn)上述思想的過程中，需要兩個(gè)緩存區(qū)分別存放兩幀抽樣數(shù)據(jù)，然后對(duì)這兩幀數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最后得出比較結(jié)果。這樣做需要較大的ＳＲＡＭ作為緩存，而且往往需要單片機(jī)或者ＤＳＰ對(duì)ＣＰＬＤ進(jìn)行控制，并將其作為兩幀數(shù)據(jù)的比較器。這樣，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊的獨(dú)立性會(huì)受到限制，而且ＣＰＬＤ的功能只是一個(gè)抽樣控制器。
本文提出的方法只對(duì)一幀抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，在對(duì)第二幀數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣時(shí)讀取第一幀中與此刻抽樣的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的緩存數(shù)據(jù)，并將兩者進(jìn)行比較，用一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄比較結(jié)果，如果差值超過閾值，計(jì)數(shù)器加一，否則不加。當(dāng)這個(gè)計(jì)數(shù)值超過某一個(gè)規(guī)定數(shù)值的時(shí)候，就認(rèn)為輸入視頻數(shù)據(jù)中存在著物體運(yùn)動(dòng)。這樣做的好處是需要的緩存區(qū)較小，而且ＣＰＬＤ可以單獨(dú)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊的獨(dú)立性，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊可以單獨(dú)調(diào)試。
２ 用ＣＰＬＤ實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)
下面通過實(shí)例說明用ＣＰＬＤ實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的過程，并給出部分ＶＨＤＬ程序。在這個(gè)實(shí)例中，模擬視頻信號(hào)從ＣＣＤ攝像頭輸入，經(jīng)過ＳＡＡ７１１３芯片預(yù)處理后，輸出數(shù)字視頻信號(hào)。該信號(hào)分作兩路：一路輸入到ＣＰＬＤ進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，另一路則輸入到芯片Ｗ９９６８２，對(duì)信號(hào)進(jìn)行ＪＰＥＧ壓縮等進(jìn)一步處理。
示例中用到的ＣＰＬＤ是Ｌａｔｔｉｃｅ公司的ＬＣ４１２８Ｖ－７５Ｔ１００Ｃ，它具有１２８?jìng)�(gè)宏單元、７．５ｎｓ的延時(shí)。ＳＲＡＭ芯片是ＩＳＳＩ公司的６３ＬＶ１０２４，其容量為１２８Ｋ×８ｂｉｔ，具有１０ｎｓ的延時(shí)。ＣＰＬＤ檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)后，通過中斷，要求Ｗ９９６８２對(duì)信號(hào)做進(jìn)一步處理。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖１（省略了部分與運(yùn)動(dòng)檢測(cè)無關(guān)的元件）所示。
２．１ ＳＡＡ７１１３的輸出信號(hào)
ＳＡＡ７１１３是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司推出的一款功能強(qiáng)大的視頻信號(hào)預(yù)處理芯片，最基本的功能是模／數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出的數(shù)字視頻信號(hào)符合ＩＴＵ６０１標(biāo)準(zhǔn)。ＩＴＵ６０１是長(zhǎng)寬比為４?３和１６?９的數(shù)字電視信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)數(shù)字電視信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的描述和規(guī)范。在我國(guó)，通常采用的都是４?２?２采樣格式、ＰＡＬ制式、長(zhǎng)寬比為４?３的數(shù)字電視信號(hào)。ＳＡＡ７１１３的輸出信號(hào)就是指這一格式的信號(hào)。這種格式信號(hào)的主要特征是：
（１）有三個(gè)正交分量：亮度分量Ｙ、色度分量Ｃｂ和Ｃｒ。
（２）２５幀／秒的幀率，每幀兩場(chǎng)，每幀掃描６２５行。
（３）對(duì)于亮度分量Ｙ，每行抽樣８６４次，對(duì)于色度分量Ｃｒ和Ｃｂ，每行抽樣４３２次。
（４）８ｂｉｔ或者１０ｂｉｔ的ＰＣＭ編碼。
（５）量化：０和２５５用于同步；１到２５４表示抽樣結(jié)果的ＰＣＭ碼；對(duì)于亮度分量Ｙ，１６表示黑色，２３５表示白色；對(duì)于色度分量Ｃｂ或者Ｃｒ，１２８表示沒有色度。
（６）有三個(gè)信號(hào)用于同步輸出數(shù)據(jù)：行同步信號(hào)ＳＨＳ（１５．６ｋＨｚ）、場(chǎng)同步信號(hào)ＳＶＳ（５０Ｈｚ）和象素?cái)?shù)據(jù)同步信號(hào)ＳＰＣＬＫ（２７ＭＨｚ）。
包括消隱期在內(nèi)，每幀數(shù)據(jù)掃描６２５行，每行抽樣８６４個(gè)象素，因此總的分辨率是８６４×６２５。一幀數(shù)據(jù)分作奇偶兩場(chǎng)，從上一幀的６２４行到本幀的３１０行是奇場(chǎng)，其中上幀６２４行到本幀２２行是奇場(chǎng)消隱期，從２３行到３１０行是奇場(chǎng)有效行；從本幀３１１行到６２３行是偶場(chǎng)，其中３１１到３３５行是偶場(chǎng)消隱期，３３６到６２３行為偶場(chǎng)有效行。圖２是一幀的示意圖。
對(duì)于幀內(nèi)的每一行，共有８６４個(gè)象素，其中從第０個(gè)到第７１９個(gè)為有效象素，共計(jì)７２０個(gè)，從７２０個(gè)到８６３個(gè)為消隱期象素。每個(gè)象素都抽�。俜至�，每?jī)蓚�(gè)象素則抽取一個(gè)Ｃｒ和一個(gè)Ｃｂ分量。圖３是幀內(nèi)一行以及象素抽樣數(shù)據(jù)排列格式的示意圖。表格第一行是亮度分量Ｙ，第二行是色度分量Ｃｒ，第三行是色度分量Ｃｂ。
２．２ 抽樣
從ＳＡＡ７１１３視頻輸出數(shù)據(jù)格式的介紹可以看到，保存完整的一幀數(shù)據(jù)（包括消隱期數(shù)據(jù)在內(nèi)）需要８６４×６２５×２＝１．０８×１０６Ｂｙｔｅ的ＳＲＡＭ，需要１Ｍ以上的存儲(chǔ)空間，這顯然是不可取的，必須對(duì)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣。本文介紹的方法的抽樣規(guī)則如下：
（１）抽取一幀數(shù)據(jù)的奇場(chǎng)或者偶場(chǎng)。做比較的兩場(chǎng)抽樣數(shù)據(jù)必須
【一種用CPLD實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法】相關(guān)文章：
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