基于OMAP3530的智能视频监控系统的研究
基于OMAP3530的智能视频监控系统的研究
摘要：本文介绍了一个以OMAP3530为硬件平台，以嵌入式操作系统Wince为软件平台的智能视频监控系统。阐述了系统的总体设计，硬件结构和软件开发平台的构建。最后，设计了系统的应用软件，包括摄像头驱动程序．视频采集压缩、运动目标检测、跟踪定位和识别等关键技术。
关键词：OMAP3530; Wince；智能视频监控；嵌入式
TP391
：A ：1673-1131(2010)06-023-04
引言随着计算机技术的发展，智能视频监控系统已经取代传统的模拟式监控系统而广泛应用于社会生活的各个领域当中。相对于传统的监控系统．视频监控在不需要人为干预的情况下，利用计算机视觉和视频分析的方法对摄像机拍录的图像序列进行自动分析，实现对运动目标的检测．跟踪定位和识别，并在此基础上分析和判断目标的行为，从而既能完成日常管理，又能在异常情况发生时及时做出反应。智能视频监控系统不仅符合信息产业的未来发展趋势，而且代表了监控行业的未来发展方向。
本文构建了一个yOMAP3530处理器为系统硬件平台，以Wince嵌入式操作系统为软件开发平台的智能视频监控系统，不仅解决了模拟视频监控系统的弊端，而且弥补了单核处理器在视频编解码方面的不足，同时增强了系统对图像的智能处理，实现了监控系统的数字化，智能化。
系统总体结构框图如图l所示。系统以摄像头，OMAP3530电路板和PC机监控端为硬件，以Wince为操作系统，以摄像头驱动程序.H．264编码器、智能图像处理程序为软件。首先．OMAP3530的ARM核通过驱动程序启动摄像头进行视频采集，利用DSP/BIOSBridge将获得的视频传送给DSP核，DSP核对视频进行编码，然后将编码后的视频回送给ARM核，再与监控端进行数据交换。用户监控端对视频解码并播放视频，同时可以对摄像头进行控制及参数设置。
一、系统硬件平台
OMAP3530是TI公司推出的新一代高性能ARM器件，采用了一种独特的双核结构，把控制性较强的ARM处理器和高性能低功耗的DSP结合起来，且为二者开辟了共享的存储结构，是一种开放式的，可编程的体系结构。同时OMAP3530处理器为开发者提供了完善的软件开发平台，支持Linux及WinCE 6.0操作系统。对于运算量大的实时信号．例如，图像，视频．音
频数据，可以采用DSP进行计算，而对于通信，外设控制等功能，则用ARM核来实现．从而在功耗和性能之间建立了良好的平衡。OMAP3530硬件结构图2。
二、系统软件软件
1．嵌入式系统平台设计系统选用了Microsoft Windows´ CE操作系统。WinCE是一个紧凑的，高效且可扩展的32位操作系统，适用于各种嵌入式系统和产品。它拥有多线程、多任务和确定性的实时，完全抢占式优先级的操作系统环境，专门面向只有有限资源的硬件系统；同时，它的模块化设计方式使得系统开发人员和应用开发人员能够为多种多样的产品来定制它，可以选择、组合和配置WinCE的模块和组件来创建用户版的操作系统NK．BIN是系统配置文件和定制的OS核心模块合并后经编译形成的一个二进制文件．NK．BIN的构建就是对构成OS的模块进行配置，链接、定址以生成可启动OS镜像的过程，在嵌入式平台创建过程中完成。根据视频监控功能需求，主要是选择BSP以及对OS各模块特性进行定制。
(1)选择BSP。针对本系统的ARM920T硬件平台，我们选择了硬件厂商附带的BSP作为嵌入式平台的底板支持。此BSP提供了对相关设备驱动(ARM920T芯片驱动．网卡、USB像头等)的软件实现和支持，以及Windows CE．NET OS的核心特性的支持。
(2)应用程序和服务特性。选择COM组件特性，以提供对DirectX基于COM对象的函数和方法的接口支持。‘(3)文件系统和数据存储特性。对内置文件系统选取ROM&RAM File System模块，用于OS镜像的存放和运行。外围存储设备的文件系统由存储管理器负责管理，选取Storage Manager模块，以实现对FAT文件系统的存储管理。
(4)编译、链接、装配OS各定制模块，生成NK．BIN文件。建造CE操作系统后，应创建为平台上其他应用程序的开发提供支持的软件开发工具包SDK(包括Windows CE．NET操作系统组件．硬件驱动程序等)。可以利用Embedded VisuaIC++4.0提供的工具来创建、测试和修改应用程序。利用Platform．Builder4.0创建SDK并导入到Microsoft Embedded Visual C++4.0．然后从环境列表中选择所定制的平台，进行应用程序的开发、调试和运行2．应用程序开发
主要的应用程序包括：视频采集．视频压缩传输，智能图像处理等
(l)摄像头驱动
监控系统软件图像采集模块的硬件资源选用了当前市面上应用最广泛的USB接口的中星微摄像头。该款摄像头造价低廉，成像效果好，用于本系统中体现出了较高的性价比。系统在进行视频采集
前，首先要检测设定视频源。系统启动后．WinCE操作系统会自动检测摄像头是否连接好。本系统在定制WinCE操作系统时，通过修改操作系统配置和注册表。可以使系统自动加载摄像头在WinCE下的驱动程序ZC030x．dll。
系统自动加载驱动程序时，首先要将驱动程序复制到＼WINDOWS文件夹下，然后向注册表中写入摄像头的驱动信息：
[HK EY_LOCAL_M ACHIN E\Drivers\B riltln\CAMERA]
其中，prefix为设备文件名．Dll为驱动的文件名，Order为设备文件名索引。硬件配置完成后启动操作系统．就可以自动加载驱动，运行应用程序进行图像采集了。
(2)视频图像的压缩编码
为了有效的、高质量的传输视频流，需要多种技术的支持，其中包括视频的压缩、编码技术，应用层质量控制技术等等。
设计采用OMAP3530的DSP核进行视频编码，能充分发挥OMAP3530的双核优势在编码器的选择上，考虑到H．264和以前的视频编码标准(如H．263和MPEG-4)相比．H．264具有比MPEG-4码流更低、网络亲和性更好的特点，在压缩性能上有较大的提高，本设计选择适合嵌入式系统的x264-20060612版本H．264编码器。
(3)智能图像处理
包括运动目标的检测，跟踪定位，识别和智能告警等
运动目标检测就是实时地在被监视场景中检测运动目标．并将其提取出来。本文主要研究静止背景下的运动目标检测。对于静止背景下的序列图像的变化检测，主要有三种方法：帧差法、背景差分法和光流场法。
目标跟踪就是通过对获取的图像进行分析，计算出图像的位置坐标，并根据不同的特征值将图像中不同帧内同一运动目标联系起来，建立目标的对应关系。从而对检测识别出来的目标进行持续的定位，得到运动目标完整的运动轨迹的过程。
总的来看，一个跟踪系统主要有以下几个部分组成：
1)目标匹配模板的生成、更新：
2)目标运动位置的预测；
3)目标模板匹配距离的计算。
本文采用了帧间差分法对运动目标进行检测，采用基于均值移位(Mean-shift)算法用于实现
对运动目标的跟踪。
三、结束语
本方案初步设计和实现了一个基于OMAP3530的智能视频监控系统，系统充分发挥了
OMAP3530的双核优势，在对监控视频进行实时采集、压缩编码、传输的基础上，实现了对视频图像的部分智能化处理，促进了视频监控的智能化发展。经实际运行表明，系统运行稳定，视频比较流畅，能够满足一般场合视频监控的要求。然而，目前系统的功能还不够完善，还有很多智能化算法和模块需要实现，离监控系统的智能化还有很大的距离，需要以后继续探索。
作者简介
闫亮(1984-)兰州交通大学，电子与信息工程学院，08级在读硕士，研究专业方向为通信与信息系统。
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全文完-

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