引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)安全防范系統(tǒng)的重要組成部分,它是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控以其直觀、準(zhǔn)確、及時(shí)和信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變電站、交通運(yùn)輸、超市防盜、軍事安全、小區(qū)安防等諸多領(lǐng)域。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在人們?nèi)粘Ｉ钪械膹V泛使用，大大提高了生產(chǎn)效率,同時(shí)也提高了公共環(huán)境的安全防護(hù)效果。20多年來(lái),視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了從第一代百分之百的模擬系統(tǒng),到第二代部分?jǐn)?shù)字化的系統(tǒng),再到第三代完全數(shù)字化的系統(tǒng)以及現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展演變。其實(shí)，在第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，智能化技術(shù)就已經(jīng)滲透到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，如運(yùn)動(dòng)圖像的檢測(cè)就有利于可疑活動(dòng)的判斷，從而及時(shí)告知監(jiān)控中心。因此，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的研究，對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究和完善，具有重要的參考意義和實(shí)用價(jià)值。

1運(yùn)動(dòng)檢測(cè)

運(yùn)動(dòng)分析與估計(jì)是數(shù)字視頻處理的基本內(nèi)容，也是視頻處理研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前，用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法有圖像序列差分法、塊匹配算法、光流法等。其中，圖像序列差分法分為幀間差分法和背景差分法兩種算法，本文基于TW2834的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法就是基于背景差分法實(shí)現(xiàn)的。

2TW2834的運(yùn)動(dòng)參數(shù)檢測(cè)

2.1屏蔽區(qū)域和檢測(cè)區(qū)域

基于TW2834實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法使用全屏視頻數(shù)據(jù)并檢測(cè)每個(gè)單元（以16X12像素為單元）的運(yùn)動(dòng)狀況。用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的全屏視頻數(shù)據(jù)由每行704個(gè)像素組成，NTSC格式的視頻為240行，PAL格式的視頻為288行。在水平方向的起始像素個(gè)數(shù)可通過(guò)MD_ALIGN寄存器設(shè)置為0~15的某個(gè)值。每個(gè)檢測(cè)單元可以通過(guò)MD_MASK寄存器設(shè)置是否屏蔽。當(dāng)對(duì)應(yīng)單元的屏蔽位被設(shè)為1時(shí)，則該單元不做運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。MD_MASK寄存器在讀模式和寫模式下有不同的功能。在寫模式下,設(shè)置MD_MASK為1，則對(duì)應(yīng)的單元不做運(yùn)動(dòng)檢測(cè)；在讀模式下，MD_MASK寄存器則根據(jù)MASK_MODE寄存器的不同值提供兩類信息。當(dāng)MASK_MODE=1時(shí)，MD_MASK寄存器提供檢測(cè)單元的屏蔽信息；當(dāng)MASK_MODE=0時(shí)，MD_MASK寄存器提供檢測(cè)單元的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)結(jié)果，MD_MASK=1表示對(duì)應(yīng)的檢測(cè)單元有運(yùn)動(dòng)，否則沒有運(yùn)動(dòng)。

2.2靈敏度控制

運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元通過(guò)4個(gè)靈敏度參數(shù)來(lái)控制運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的閾值，通過(guò)MD_LVSENS寄存器可設(shè)置亮度靈敏度，通過(guò)MD_SPSENS寄存器和MD_CELSENS寄存器可設(shè)置空間靈敏度，而通過(guò)MD_TMPSENS寄存器則可設(shè)置時(shí)間靈敏度。

內(nèi)置的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法可通過(guò)當(dāng)前場(chǎng)和參考場(chǎng)的亮度差來(lái)判斷是否有運(yùn)動(dòng)發(fā)生。當(dāng)亮度差大于MD_LVSENS的值時(shí),表示已檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元的靈敏度隨MD_LVSENS值的減小而增強(qiáng)，但是，如果MD_LVSENS的值太小，則運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊的抗干擾能力會(huì)減弱。

由于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)僅通過(guò)亮度差來(lái)判斷，因此，抗空間隨機(jī)噪聲的能力很差。為了防止由于隨機(jī)噪聲而弓起的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)錯(cuò)誤，TW2834使用了空間濾波器。MD_SPSENS定義了一場(chǎng)視頻檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元的個(gè)數(shù)。增大MD_SPSENS的值，可以增強(qiáng)空間隨機(jī)噪聲的抗干擾能力。每一個(gè)檢測(cè)單元有4個(gè)子單元，每個(gè)檢測(cè)單元是否檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)取決于其4個(gè)子單元。MD_CELSENS定義了被檢測(cè)單元檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)的子單元檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)。同樣，增大MD_CELSENS的值，可以提高視頻小區(qū)域內(nèi)的抗空間隨機(jī)噪聲的能力。

時(shí)間濾波器用于濾除時(shí)間隨機(jī)噪聲引起的虛假運(yùn)動(dòng)，MD_TMPSENSE濾波器用于控制時(shí)間靈敏度，增大MD_TMPSENS的值可以增強(qiáng)抗時(shí)間隨機(jī)噪聲的能力。

2.3速度控制

運(yùn)動(dòng)的物體具有不同的速度，較快的運(yùn)動(dòng)物體在相鄰場(chǎng)視頻出現(xiàn)和消失的速度比較快，反之，速度則慢。由于內(nèi)置的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法僅根據(jù)相鄰場(chǎng)的亮度差來(lái)判斷，因此，較快的運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)比較慢的運(yùn)動(dòng)物體更利于運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，MD_SPEED參數(shù)可以將用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的相鄰場(chǎng)視頻增加到64場(chǎng)。MD_SPEED參數(shù)設(shè)置用于亮度比較的兩場(chǎng)視頻的間隔。因此，對(duì)于較快的運(yùn)動(dòng)物體，MD_SPEED需要設(shè)置得較小，而較慢的運(yùn)動(dòng)物體則需要設(shè)置得較大。MD_SPEED的值必須比MD_TMPSENS的值要大。另外，TW2834用1個(gè)參數(shù)控制參考場(chǎng)的選擇。MD_FLD寄存器是一個(gè)場(chǎng)的選擇參數(shù)，如奇數(shù)、偶數(shù)、任何場(chǎng)或幀等。MD_REFFLD寄存器用于控制更新參考場(chǎng)的周期。MD_REFFLD=0時(shí)，當(dāng)前場(chǎng)與參考場(chǎng)的間隔始終為MD_SPEED的值，也就是說(shuō)，參考場(chǎng)隨每場(chǎng)視頻的變化而更新。MD_REFFLD=0時(shí)，當(dāng)前場(chǎng)與參考場(chǎng)的關(guān)系如圖1所示。

當(dāng)MD_REFFLD=1時(shí)，參考場(chǎng)只是在MD_SPEED所指示的時(shí)間間隔才更新參考場(chǎng)。在這種情況下，TW2834可以在一定的靈敏度檢測(cè)不同速度的運(yùn)動(dòng)物體。MD_REFFLD=1時(shí),當(dāng)前場(chǎng)與參考場(chǎng)的關(guān)系如圖2所示。

TW2834通過(guò)MD_STRB_EN和MD_STRB寄存器來(lái)控制參考場(chǎng)/幀的更新時(shí)間。MD_STRB_EN=0時(shí)，參考場(chǎng)/幀自動(dòng)更新并保存；MD_STRB_EN=1時(shí)，參考場(chǎng)/幀只有當(dāng)MD_STRB=1時(shí)才能被更新和保存。

圖1MD_REFFLD=0時(shí)當(dāng)前場(chǎng)與參考場(chǎng)的關(guān)系

圖2MD_REFFLD=1時(shí)當(dāng)前場(chǎng)與參考場(chǎng)的關(guān)系

3基于TW2834的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)計(jì)

3.1基于TW2834運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的硬件設(shè)計(jì)

通過(guò)微處理器與TW2834相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè),具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程靈活等特點(diǎn)，可以根據(jù)檢測(cè)環(huán)境的變化改變單片機(jī)的控制程序，從而使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

在利用TW2834實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的系統(tǒng)中，單片機(jī)與TW2834的硬件連接電路如圖3所示。

圖3TW2834實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的硬件框圖

TW2834通過(guò)NMIRQ管腳提供中斷請(qǐng)求。當(dāng)檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)，TW2834將NMIRQ管腳的電平置低直到相應(yīng)的控制寄存器被清零。通過(guò)向中斷清除寄存器IRQCLR_NOVID、IRQCLR_MDBD的對(duì)應(yīng)位寫入高電平，可清除中斷請(qǐng)求。主機(jī)在清除IRQCLR_NOVID、IRQCLR_MDBD寄存器之前，可通過(guò)讀取該寄存器的值來(lái)判斷中斷請(qǐng)求，從而判斷是否檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)圖像。如果需要屏蔽中斷請(qǐng)求，則可以通過(guò)IRQENA_NOVID、IRQENA_MOTION和IRQENA_BLIND寄存器屏蔽相應(yīng)的中斷請(qǐng)求。

3.2基于TW2834運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的軟件設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)需要對(duì)TW2834進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的速度、靈敏度、檢測(cè)區(qū)域及屏蔽區(qū)域等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。因此，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊分為速度控制子模塊、靈敏度控制子模塊、檢測(cè)/屏蔽區(qū)域控制子模塊、視頻檢測(cè)查詢子模塊等幾個(gè)子模塊。各子模塊的功能如下：

速度控制子模塊主要根據(jù)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)物體的初始速度要求，來(lái)設(shè)置TW2834的速度控制參數(shù)，使運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的速度參數(shù)適合待檢測(cè)物體的速度要求。

靈敏度控制子模塊可根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)目標(biāo)靈敏度的要求來(lái)設(shè)置TW2834的靈敏度參數(shù)，即TW2834的時(shí)間靈敏度和空間靈敏度參數(shù)。

檢測(cè)/屏蔽區(qū)域控制子模塊用于設(shè)置運(yùn)動(dòng)檢測(cè)目標(biāo)的檢測(cè)區(qū)域和屏蔽區(qū)域，以選擇感興趣的檢測(cè)區(qū)域，屏蔽不關(guān)心是否運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。

視頻檢測(cè)查詢子模塊：由于TW2834通過(guò)NMIRQ提出的中斷請(qǐng)求可能是檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)或視頻丟失等原因?qū)е?，因?通過(guò)查詢相關(guān)的寄存器確定弓起中斷的原因。

在運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，TW2834的NMIRQ與單片機(jī)(本文選用SST89E516RD2單片機(jī))的P4.2相連，即與單片機(jī)的外部中斷3(INT3)相連。因此，當(dāng)TW2834向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，將運(yùn)行外部中斷3的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中,系統(tǒng)通過(guò)視頻檢測(cè)標(biāo)志位(mt_det)告知主系統(tǒng)TW2834提出了中斷請(qǐng)求。實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的程序框圖如圖4所示。

圖4運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)程序框圖

4基于TW2834運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)分析

通過(guò)對(duì)TW2834實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的分析以及和其它實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法的對(duì)比，可以看出，運(yùn)用TW2834實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)時(shí)性好。TW2834實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的算法是基于背景差分的檢測(cè)算法，背景差分算法屬于圖像序列差分法。在目前用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的算法中，圖像序列差分法具有最好的實(shí)時(shí)性。因此，運(yùn)用TW2834實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方案具有實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。

(2)參考背景自動(dòng)更新。由于利用TW2834進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的參考幀是當(dāng)前幀之前的某一幀，其值可以通過(guò)寄存器進(jìn)行設(shè)置，因此，利用TW2834實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方案參考背景具有自適應(yīng)性。

（3）抗噪聲能力強(qiáng)。TW2834可根據(jù)監(jiān)控環(huán)境的噪聲大小設(shè)置不同的靈敏度參數(shù)，以適應(yīng)環(huán)境的變化。因此，環(huán)境適應(yīng)性較好，抗噪聲性能較強(qiáng)。

（4）可檢測(cè)不同運(yùn)動(dòng)速度的物體。通過(guò)速度控制參數(shù)的設(shè)置，可以使該系統(tǒng)適用于不同運(yùn)動(dòng)速度物體的檢測(cè)，因而克服了三幀差分法對(duì)慢速運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)困難的問(wèn)題。

（5）可屏蔽不關(guān)心檢測(cè)區(qū)域。通過(guò)對(duì)檢測(cè)/屏蔽區(qū)域的控制設(shè)置，可以使該運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)不關(guān)心的區(qū)域不予檢測(cè)，因而比較適用于背景區(qū)域具有某種固有運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)場(chǎng)合。

（6）硬件電路簡(jiǎn)單。TW2834內(nèi)部具有視頻解碼模塊，可直接輸入模擬視頻。同時(shí)，TW2834內(nèi)部也具有視頻編碼模塊，故可直接輸出模擬視頻。本方案相對(duì)于利用DSP實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方案，不需要外接視頻解碼芯片和視頻編碼芯片，因此，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

（7）軟件開發(fā)簡(jiǎn)單。本方案可通過(guò)控制TW2834的寄存器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，而不需要編寫運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法。因此，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的軟件開發(fā)比較簡(jiǎn)單。

（8）成本低。本方案實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)不需要外接視頻解碼芯片和視頻編碼芯片，硬件成本低。同時(shí)，系統(tǒng)軟件編寫簡(jiǎn)單，軟件開發(fā)費(fèi)用相對(duì)較低。因此，本方案實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)具有開發(fā)成本低的優(yōu)點(diǎn)。

5結(jié)語(yǔ)

本文采用TW2834實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法具有實(shí)時(shí)性好、參考背景可自動(dòng)更新、硬件電路和軟件開發(fā)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。本文提出的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步完善和研究具有重要的參考價(jià)值。

20210917_6144187f0457f__基于TW2834視頻控制器的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)