毕业设计（论文）-基于DSP的视频监控设计.doc

I摘要随着人们对安全意识的日益重视与提高，视频监控系统在安防监控、工业控制、交通监控等领域中已经有了广泛的应用。基于DSP的视频监控能够提高视频传输的可靠性和传输速度，减小体积和重量，并能降低功耗和成本，具有较强的环境适应性。因此从经济和实用的角度来讲，基于DSP的视频监控系统具有很好的发展前景。本文提出了一种视频监控系统硬件平台的设计方案，硬件平台主要包括DSP主控系统硬件平台、监控云台、摄像机和显示器。首先对视频监控系统研究的目的和难点进行分析，并对视频信号做了简要的介绍。在此基础上根据系统设计的要求，给出系统总体结构设计方案。随后，根据视频监控系统在设计中对实时性和智能化的要求，结合设计中的难点，给出了基于TMS320DM642的视频监控系统的硬件设计方案，并给出了各硬件模块硬件电路连接图。根据硬件设计方案，介绍了基于硬件平台的目标跟踪的具体实现步骤，提出了目标捕捉、目标跟踪以及云台控制的软件设计方案。最后，结合在本系统设计过程中的经历，总结开发过程中的经验和不足。关键词：DSP，视频监控，运动检测，目标跟踪IIAbstractAlongwithmoreattentionandimprovetothesocialsecurityawareness,thevideomonitoringsystemhasbeenwidelyusedinmanyfields,suchasthesafetymonitoring,industrycontroltrafficmonitoringandsoon.ThevideomonitoringsystembasedonDSPcanimprovethereliabilityandspeedofthetransmission,reducingthevolumeandweight,andcanreducethepowerconsumptionandcosts,andhasstrongadaptabilitytotheenvironment.Sofromthepointofeconomicandpractical,thevideomonitorinsystembasedonDSPhaveverygooddevelopmentprospect.Thispaperpresentsavideomonitoringsystemhardwareplatform,thedesignofhardwareplatformincludesDSPmastercontrolsystemhardwareplatform,monitoringhaeundae,cameraandmonitor.Firstly,Iwillanalyzethepurposeoftheresearchandthedifficultyofresearchforthisvideomonitoringsystem,andwillintroducethevideosignal.Basedontherequirementsofdesignaccordingtothesystem,turnouttheplanofsystemstructuredesign.Then,accordingtotherequirementsofreal-timeandintelligentized,combinedwiththedifficultyinthedesign,therewillturnoutthehardwaredesignprojectofthevideomonitoringsystembasedonTMS320DM642,andthecircuitconnectiondiagramofhardwaremodulehardware.Accordingtothehardwaredesign,thispaperintroducesthemethodstorealizethetargettrackingindetailofthehardwareplatform,andPutforwardsoftwaredesignprojectoftargetcapture,targettrackingandconsolecontrol.Finally,Combinedwiththeexperienceinthissystemdesign,summarizestheexperienceandinsufficiencyintheprocessofdeveloping.Keywords:DSP,videosurveillance,motiondetection,targettrackingIII目录第1章绪论.11.1课题研究背景.11.2课题研究的目的及意义.21.3国内外研究现状.31.4主要内容及论文结构安排.4第2章视频监控相关理论分析.52.1视频信号.52.1.1模拟视频标准.62.1.2数字视频标准.72.2数字图像编码.72.2.1预测编码.82.2.2熵编码.92.2.3模型编码.92.2.4分形编码.102.3运动目标检测算法.102.3.1帧间差分法.112.3.2背景差分算法.122.4运动目标跟踪算法.132.5本章小结.14第3章系统的硬件设计.153.1视频监控系统整体设计.153.2系统时钟接口电路设计.173.3电源接口电路设计.193.4存储器模块电路设计.203.4.1SDRAM模块电路设计.213.4.2FLASH模块电路设计.233.5JTAG电路设计.273.6串口通信模块设计.283.7视频采集模块设计.313.8视频输出接口电路设计.34IV3.9本章小结.35第4章系统软件设计及实现.364.1系统主程序的设计.364.2目标捕捉程序设计.384.3目标跟踪程序设计.414.4云台控制.424.5本章小结.45结论.46参考文献.47致谢.49附录：系统整体硬件连接电路图.50VDirectoryChapter1Introduction.11.1ResearchBackground.11.2ThePurposeandSignificanceoftheResearch.21.3CurrentResearchatHomeandAbroad.31.4MainContentandtheStructureArrangementofthePaper.4Chapter2VideoMonitorRelatedTheoryAnalysis.52.1VideoSignal.52.1.1AnalogVideoStandard.62.1.2DigitalVideoStandard.72.2DigitalImageCoding.72.2.1ForecastCoding.82.2.2EntropyCoding.92.2.3ModelCoding.92.2.4FractalCoding.102.3MovingTargetsDetectionAlgorithm.102.3.1FrameDifferenceAlgorithm.112.3.2BackgroundDifferenceAlgorithm.122.4SportsTargetTrackingTlgorithm.132.5SummaryofThisChapter.14Chapter3TheSystemsHardwareDesign.153.1VideoMonitoringSystemDesign.153.2TheSystemClockInterfaceCircuitDesign.173.3PowerInterfaceCircuitDesign.193.4MemoryModuleCircuitDesign.203.4.1SDRAMModuleCircuitDesign.213.4.2FLASHModuleCircuitDesign.233.5JTAGCircuitDesign.273.6SerialInterfaceCommunicationModuleDesign.283.7VideoAcquisitionModuleDesign.313.8VideoOutputInterfaceCircuitDesign.34VI3.9SummaryofThisChapter.35Chapter4Systemsoftwaredesignandrealization.364.1TheDesignoftheMainProgramSystem.364.2TargetCaptureProgramDesign.384.3TheTargetTrackingProgramDesign.414.4ConsoleControl.424.5SummaryofThisChapter.45Conclusion.46Reference.47Acknowledgements.49Appendix:HardwareConnectionCircuitdiagramofWholeSystem.501第1章绪论1.1课题研究背景视频监控系统就是对指定的场景区域进行监视，并把场景内的信息传递给监控者，使其能根据相应的情况采取适当措施的系统。目前，视频监控系统已经广泛应用在安防和监控上。随着数字图像处理和网络等各种技术的发展，视频监控系统的发展及更新换代越来越快，从功能简单到功能繁多，结构复杂到结构简单，图像稳定度从低到高，视频监控系统经历了三个过程：首先是第一代视频监控系统，即模拟视频监控系统，是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，通过模拟的方式用视频电缆传输图像信息1。只能在控制中心查看监控图像，传输距离比较短，因此主要应用于小范围内的监控。模拟视频监控系统布线工程量大，对于已经建好的系统，如要增加新的监控点难度很大，系统的扩展能力差。有线模拟视频信号的传输距离有限，从而决定了模拟视频监控只能在小范围场所使用。需要耗费大量的存储介质如录像带，进行模拟视频信号的存储，查询取证时十分繁琐，而且采用模拟信号方式记录和读取时，会产生严重的失真。因此视频监控系统远远不能满足实际的监控要求，已经很少被使用。随着视频压缩编码技术的发展和计算机处理能力的提高，出现了第二代视频监控系统，即数字视频监控系统，第二代视频监控系统视频通过计算机采集和处理图像，是视频监控的质量有了很大的提高，功能也得到了扩展。其核心设备是数字设备，因此可以称为数字视频监控系统。第二代视频监控系统在远端有若干个摄像机、各种监测和报警探头以及数据设备，用于获取图像信息，然后通过各自的传输线路汇接到多媒体监控终端上，再通过通信网络将这些信息传到一个或多个监控中心。数字视频监控系统的优点是功能较强、便于现场操作、可以进行大容量的本地存储。缺点是结构复杂，可靠性不高，功耗高，费用高，软件的开放性不太好，