智能视频多媒体技术的应用

2009年05月31日 11:05    DSP
关键词: 多媒体 , 视频
多媒体技术和智能视频应用的范围
  数字视频的兴起源于多媒体技术的发展,然而从核心技术本质而言,则不妨分为三个阶段,即数字显示视频、数字压缩视频和数字智能视频。
  数字显示视频首先解决的是计算机图像与数字化视频影响的结合,数字化的视频主要还是MPEG1的格式,其压缩比和分辨率还非常有有限,但毕竟解决了有和无的问题。由于当时PC机的处理能力很差,因此需要插各种图形图像和视频采集压缩卡,而达到的还是综合显示效果。
  数字压缩视频则以将有效的视频数字化压缩并提供实用性产品为目的,并迅速将数字视频压缩格式由MPEG1提升到MPEG2,即所谓的VCD到DVD的过渡,而产品形态也开始脱离PC机,涌现出自成一体的消费类产品。随着所面向应用的不同,数字视频压缩格式又有MJPEG、MPEG4和H.264,数字化压缩的效率得到很大提高,同时也有WMV9、Real和On2等商业标准问世,当然AVS作为具有自主知识产权的中国音视频标准而应运而生。数字压缩视频阶段带来了各种类型的数字视频产品的极大丰富,大部分的产品已完全脱离PC而成为嵌入式设备,而数量也大大超过PC,如电视机顶盒、个人媒体播放器、网络可视电话,还有日新月异的数字视频监控类产品,其中包括数字硬盘录像机、数字视频服务器、网络摄像机等。
  数字智能视频是数字视频技术发展的新阶段,虽然它脱胎于数字监控,但将对未来数字视频应用具有极其深远的影响。
  因为数字智能视频是数字监控的发展方向,行业内视为新一代视频监控技术。前几代则分别是CCTV闭路电视时代、VCR模拟视频录像时代、DVR数字视频录像时代、NVR网络视频录像时代。数字智能视频将当之无愧地引领一个数字视频分析时代,从而确立视频监控技术一个划里程碑式的创新,这个技术是对人们传统监控理念的根本改变,并将得到更多的最终用户的认可而从中获益,因而全面扩展更广的新兴应用。 智能视频系统可以解决不少问题,其一,就是通过机器的自动分析处理减轻安防操作人员繁杂和枯燥的工作;其二,就是在海量的视频数据中自动快速搜索所需图象;其三,就是增加自动交互的控制、检测和处理手段。数字智能视频最突出的优势在于避免事后回放相关图象的延误,而真正有可能的做到在风险产生时的有效预防或干预。数字智能视频的一个重要领域是交通监控,其中包含汽车牌照自动识别系统、交通流量自动控制系统、道路状况自动监测警示系统,也有包含移动式自动车牌实时稽查系统的需求。
  数字智能视频还有一个重要的应用就是汽车视觉,如图1所示。一辆汽车若要真正做到安全可靠,前后左右和内外都需要有很好的观察手段,传统的手段并不够,且有局限性。因此在行驶中的“盲区检测”、“行人检测”、“车道偏离警告”和“适应性定速系统”将大有帮助,还有停车的“泊车助理”功能、夜间的“夜视”功能、“睡意检测”功能也非常重要。数字智能视频在很大程度上可以支持这些应用,其中有些技术已经在一些国际知名品牌的车型中开始同入试用阶段,并将很快同入实用。数字智能视频还可拓展到更多的应用,如在公共场所的人脸识别、商业场合的人流统计、公共广告的受众统计、超级市场的消费分析、绿色环境的视频检测等等。简而言之,只要有可能有摄像头的地方,数字智能视频就可以有用武之地,这不仅在于观察,还将承担逐步互动的任务。


  图1 数字智能视频在汽车视觉上的应用


  嵌入式智能视频应用技术的实现手段
  视频分析技术是计算机图像视觉分析技术的延伸发展,其原理就是通过将场景中背景和目标分离,然后分析并追踪在场景内出现的目标。采用根据视频内容分析功能,可以在不同摄像机的场景中预设各种报警规则,如果在场景中目标有违反所定义规则行为,系统在自动报警时,监控终端也发出报警信息和警示音,提示用户实现报警的场景重组并采取相关措施。
  视频分析技术有多种处理法方法,其中包括?背景减除方法和时间差分方法。目前,视频分析技术实施主要采用基于后端PC服务器处理方式和采用前端DSP的处理方式。由于DSP是高速数字信号处理器,可置于视频采集的前端进行实时处理,明显优于后端非实时处理方式。紧靠摄像机或编码器的基于DSP的视频分析单元可以直接对原始或最接近原始的图象进行分析,而后端服务器得到的图象要经网络编码传输,可能因丢失部分信息而难免降低精确度。
  DSP处理方式属于嵌入式智能视频应用,需要在巨量的视频像素数据中识别出感兴趣的目标,同时该系统应该能够可编程,可以接受不同的内容,并能够适应不断演进的算法,以满足各种不同的应用。智能数字视频系统工作流程可以被概括描述为: 第一,一个较长的序列被分割成可供分析的单独场景或短片;因为不同的场景具有不同的直方图,或不同的色彩频率分布,其直方图相对于前面有突变的帧时可以被视为场景改变;第二,改变场景内的前景目标被检测为与背景分离;第三,单独的前景目标被提取或者被分割,然后逐帧跟踪。第四,该目标的特征被提取以进行分类;第五,当该事件某种程度上像关注的目标则向管理软件和/或管理人员发布告警。迄今为止,关于智能数字视频分析还没有相关的国际标准,因此只有可编程的高性能的DSP和视频处理器才使得更复杂的检测算法的实现成为可能,例如在实时的视频检测出前景和背景的变化或者可疑的活动。
  然而,即使是采用高速DSP处理,智能视频处理软件的开发人员都需要兼备扎实的模式识别基础技术和DSP算法开发技能,于是就增加了开发的难度。为更好地支持智能视频技术的推广,TI在业界广泛使用的C64+平台上开发了一套智能视频库,名为VLIB。如图2魏支持数字智能视频应用的VLIB库定位,不难看出VLIB处在DSP软件系统的底层,以之为基础才是视频分析应用,即VA。那么,现在的客户可以通过直接调用VLIB中的智能视频基础库函数,进行视频分析软件的开发。而以往的客户,包括国际知名的智能视频厂商都要自主开发这些底层软件。特别需要说明的是,所有VLIB库都是免费提供,客户只需在因特网上www.ti.com/vlibrequest 注册。


  图2 支持数字智能视频应用的VLIB库定位


  集成有DSP的SOC器件特色及发展趋势
  TI的TMS320DM64x数字媒体处理器和达芬奇(DaVinci)系列已经成为嵌入式智能视频分析的流行平台,并已在许多应用中引人瞩目。在国际上Objectvideo、MICE、IoImage和VCA等就是其中的佼佼者,而在国内也有不少后起之秀脱颖而出。在汽车视觉方面,欧洲CEL公司已宣布在其新系列单、多摄像头汽车视觉系统中选用DM643x处理器实现出色的视频影像与系统控制功能以满足驾驶辅助系统的严格要求。
  TI达芬奇产品发展策略及代码兼容性将为众多全新技术提供全面支持并加速技术发展。在智能视频处理实现上达芬奇可以采用两种系统架构来实现,其一就是如图3所示的具有智能视频分析功能的网络摄像机的组合方式,智能视频分析单元为DM6435模块插入到以DM355为核心的网络视频压缩处理系统中。


  图3 具有智能视频分析功能的网络摄像机

  其二就是图4所示在达芬奇高清处理器上增加智能视频功能的SOC系统。采用单片DM6467在实现数字高清实时编解码的同时,其C64+核心仍然可以实现各种智能视频功能。该架构也同样适用于DM644x系列处理器,只是C64+核心可用的资源要少。未来的达芬奇高清SOC系统将采用定点与浮点兼容的C64+核心,因此可用于智能视频处理的资源和能力将大为增加。


  图4 在达芬奇高清处理器上增加智能视频功能

  总之,在数字视频监控的发展进程中,真正提高产品附加价值的因素已经开始由高级的数字视频压缩技术转为智能视频分析。智能视频分析也已经在由后端处理转移到前端实时处理,于是,基于DSP的数字视频产品将不断推出并发挥着越来越大的作用。随着更高性能集成DSP核心的SOC的问世,智能视频在监控中的应用将有可能无处不在而风光无限。
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