基于TW2834視頻控制器的運動檢測

摘要：介紹了采用TechWell公司的TW2834芯片實現運動檢測的軟硬件設計方法，給出了用TW2834實現運動參數檢測的設計要點，同時對應用SST89E516RD2單片機和TW2834進行運動檢測的優點進行了分析總結。
關鍵詞：視頻監控；運動檢測；TW2834；SST89E516RD2

0 引言
視頻監控系統是物聯網安全防范系統的重要組成部分，它是一種防范能力較強的綜合系統。視頻監控以其直觀、準確、及時和信息內容豐富而廣泛應用于電力系統的變電站、交通運輸、超市防盜、軍事安全、小區安防等諸多領域。
視頻監控系統在人們日常生活中的廣泛使用，大大提高了生產效率，同時也提高了公共環境的安全防護效果。20多年來，視頻監控系統經歷了從第一代百分之百的模擬系統，到第二代部分數字化的系統，再到第三代完全數字化的系統以及現代物聯網技術的發展演變。其實，在第三代視頻監控系統中，智能化技術就已經滲透到視頻監控系統中，如運動圖像的檢測就有利于可疑活動的判斷，從而及時告知監控中心。因此，運動檢測的研究，對于視頻監控系統的研究和完善，具有重要的參考意義和實用價值。

1 運動檢測
運動分析與估計是數字視頻處理的基本內容，也是視頻處理研究的難點和熱點。目前，用于運動檢測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的運動檢測方法就是基于背景差分法實現的。

2 T772834的運動參數檢測
2．1 屏蔽區域和檢測區域
基于TW2834實現的運動檢測算法使用全屏視頻數據并檢測每個單元(以16X12像素為單元)的運動狀況。用于運動檢測的全屏視頻數據由每行704個像素組成，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數可通過MD_ALIGN寄存器設置為0～15的某個值。每個檢測單元可以通過MD_MASK寄存器設置是否屏蔽。當對應單元的屏蔽位被設為1時，則該單元不做運動檢測。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，設置MD_MASK為1，則對應的單元不做運動檢測；在讀模式下，MD_MASK寄存器則根據MASK_MODE寄存器的不同值提供兩類信息。當MASK_MODE=1時，MD_MASK寄存器提供檢測單元的屏蔽信息；當MASK_MODE=0時，MD_MASK寄存器提供檢測單元的運動檢測結果，MD_MASK=1表示對應的檢測單元有運動，否則沒有運動。
2．2 靈敏度控制
運動檢測單元通過4個靈敏度參數來控制運動檢測的閾值，通過MD_LVSENS寄存器可設置亮度靈敏度，通過MD_SPSENS寄存器和MD_CELSE NS寄存器可設置空間靈敏度，而通過MD_TMPSENS寄存器則可設置時間靈敏度。
內置的運動檢測算法可通過當前場和參考場的亮度差來判斷是否有運動發生。當亮度差大于MD_LVSENS的值時，表示已檢測到運動。運動檢測單元的靈敏度隨MD_LVSENS值的減小而增強，但是，如果MD_LVSENS的值太小，則運動檢測模塊的抗干擾能力會減弱。
由于運動檢測僅通過亮度差來判斷，因此，抗空間隨機噪聲的能力很差。為了防止由于隨機噪聲而引起的運動檢測錯誤，TW2834使用了空間濾波器。MD_SPSENS定義了一場視頻檢測到運動的運動檢測單元的個數。增大MD_SPSENS的值，可以增強空間隨機噪聲的抗干擾能力。每一個檢測單元有4個子單元，每個檢測單元是否檢測到運動取決于其4個子單元。MD_CELSENS定義了被檢測單元檢測到運動時的子單元檢測到運動的個數。同樣，增大MD_CELSENS的值，可以提高視頻小區域內的抗空間隨機噪聲的能力。
時間濾波器用于濾除時間隨機噪聲引起的虛假運動，MD_TMPSENSE濾波器用于控制時間靈敏度，增大MD_TMPSENS的值可以增強抗時間隨機噪聲的能力。
2．3 速度控制
運動的物體具有不同的速度，較快的運動物體在相鄰場視頻出現和消失的速度比較快，反之，速度則慢。由于內置的運動檢測算法僅根據相鄰場的亮度差來判斷，因此，較快的運動物體相對比較慢的運動物體更利于運動的檢測。為了解決這個問題，MD_SPEED參數可以將用于運動檢測的相鄰場視頻增加到64場。MD_SPEED參數設置用于亮度比較的兩場視頻的間隔。因此，對于較快的運動物體，MD_SPEED需要設置得較小，而較慢的運動物體則需要設置得較大。MD_SPEED的值必須比MD_TMPSENS的值要大。另外，TW2834用1個參數控制參考場的選擇。MD_FLD寄存器是一個場的選擇參數，如奇數、偶數、任何場或幀等。MD_REFFLD寄存器用于控制更新參考場的周期。MD_REFFLD=0時，當前場與參考場的間隔始終為MD_SPEED的值，也就是說，參考場隨每場視頻的變化而更新。MD_REFFLD=0時，當前場與參考場的關系如圖1所示。

當MD_REFFLD=1時，參考場只是在MD_SPEED所指示的時間間隔才更新參考場。在這種情況下，TW2834可以在一定的靈敏度檢測不同速度的運動物體。MD_REFFLD=1時，當前場與參考場的關系如圖2所示。
TW2834通過MD_STRB_EN和MD_STRB寄存器來控制參考場／幀的更新時間。MD_STRB_EN=0時，參考場／幀自動更新并保存；MD_STRB_EN=1時，參考場／幀只有當MD_STRB=1時才能被更新和保存。