利用FPGA协处理器 优化数字录像监控系统

数字录像监督体系如今具有更多的才能，对传统模仿监控体系发生直接性的代替效应。除了供给领先的紧缩技能，如MPEG-4和H.264，数字录像监督体系如今装备了如图画安稳，全景录像和视频运动检测等算法。本文将评论这些新技能的长处，和它们在用数字信号处置器(DSP)和FPGA协处置器平台上的优化完结，论述现代监督体系的需求。
商用录像监督体系的通常需求，是撑持1～8个监督器，领先的视频紧缩如MPEG-4，Windows Media 9 H.264，低推迟编码(1～3幅)和不一样幅速率下的同步检查和记载。编码分辨率从CIF(大概是VCR分辨率)到D1(大概是DVD分辨率)。视讯速率从每秒2幅(家用安全)到赌场和其它高档体系中高达每秒30幅。
增强录像监督的质量
在固定频宽情况下，可以选用不一样的方法如Codec以界说方针区域、图画安稳和全景拍摄来改善视讯质量。最常用的视讯紧缩技能是MPEG-4。可是，描绘者正在检测H.264的根本功用，经比拟它可以将视讯质量进步33%(图1)，大大地晋升录像监督体系的检测才能。  

因而，视讯质量和检测才能可以透过界说高度安全警戒的区域来增强。在非核心区域如天空、天花板和风中摇晃的树冠等，体系可以添加视讯紧缩等级，然后削减那些区域的频宽和处置负荷，由于这些当地呈现安全漏洞的危险性是很低的。反之，体系更关需加强安全的区域，包罗外门、窗户、高安全区域的内部已有挪动印象的区域，则透过界说爱好区域，愈加重视这些当地，以削减虚警数量、添加检测到真实安全漏洞的机率。  
 
监督器的挪动和颤动也会下降录像监督的质量，挪动监督器以保证掩盖整个监督区域，而颤动可以是环境要素如风或过往车辆形成。这两种要素会下降紧缩质量，可以会形成丢幅、下降录像监督体系的质量。在最蹩脚的情况下，这些要素会形成体系处置超负荷。当前可透过算法来处置监督器的物理颤动，以强化数字录像监督体系安稳技能，将图画的某些局部和曾经的图画比对，运用图片不一样的向量偏移，寻觅图画间关联性最大的点。然后把偏移向量使用在整个图画上，边际上进行一些取舍，可是大局部的图画仍然是安稳的。

FPGA可以作为查找和关联的评价。30fps D1分辨率单信道的通常需求是大约3,000～5,000个FPGA逻辑单元—等效于大容量器材如Altera Stratix II FPGA大约4～7%的逻辑面积。供给全景图也是联系了旋转监督器的录像监督体系的重要功用，能使得掩盖特定场所所需的监督器数目最少，让安全局部监督体系很快地检查更大的区域，或重视曾经检查到潜在安全问题的特定区域。当全景算法联系挑选监督器(PTZF)，体系可以盯梢视讯图画的挪动，不是将图画移回中间，而是图画放大为更大分辨率的图片。新的图画「缝在」旧图画上，掩盖局部被更新。将FPGA机制用于全景拍摄，具有添加最小核算量的缝合功用。

视讯挪动检测在室内和室外，无论白天黑夜都很有用，可以大大地增强录像监督体系的才能。这个特性运用盯梢算法，接纳来自监督监督器的噪声检测，提取出由图画噪声、如风、树枝等环境要素形成监督器挪动，或环境要素形成的过错图画。它简化了盯梢入侵者的算法，可以和传统的挪动检测相联系，让过错辨认降至最低。挪动检测算法从用几百个逻辑单元中，运用简略的边际检测滤波器，可以战胜雨、风搅扰及人、小动物和车辆等的差异。领先的算法通常选用挪动追寻，和 MPEG紧缩中的运转估量模块相似。追寻图画不一样局部的挪动，答应体系疏忽雨、尘埃和灯火的改变，此挪动检测算法需求只需求1,000～3,000 FPGA逻辑单元。