智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中多視角目標(biāo)跟蹤研究與FPGA實現(xiàn)

摘 要： 為了提高智能視頻監(jiān)控（IVS）系統(tǒng)中運動目標(biāo)跟蹤的可靠性和實時性，提出一種分布式架構(gòu)的高清多視角IVS系統(tǒng)。首先，前端FPGA模塊與高清IP攝像機相連，用于收集視頻并進行初級視頻處理；然后，F(xiàn)PGA通過網(wǎng)絡(luò)與后端GPU服務(wù)器相連，GPU服務(wù)器執(zhí)行高級視頻處理；最終實現(xiàn)目標(biāo)在多攝像機間的連續(xù)跟蹤。實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能夠在多視角下快速、準(zhǔn)確地跟蹤目標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)； 多視角目標(biāo)跟蹤； 運動目標(biāo)跟蹤； FPGA

中圖分類號： TN948.43?34； TP391 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）17?0006?06

Research on multi?view target tracking in intelligent video surveillance

system and its implementation by FPGA

XU Haigang1， LI Pengwei2

（1. Department of Computer Science and Technology， Henan Institute of Technology， Xinxiang 453002， China；

2. College of Information Engineering， Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024， China）

Abstract： To improve the reliability and real?time performance of moving target tracking in intelligent video surveillance （IVS） system， a high definition multi?view IVS system with distributed architecture is proposed. In the system， the front?end FPGA module is connected with the high definition IP camera for video collection and primary video processing. And then， the FPGA is connected with the back?end GPU server through the network， and the GPU server is used to execute the advanced video processing. The target continuous tracking of multiple cameras was realized. The experimental results show that the system can run stably， and track the target in multi?view quickly and

accurately.

0 引 言

由于低成本和高分辨率數(shù)字?jǐn)z像機的產(chǎn)生，基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式智能攝像機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生，這類網(wǎng)絡(luò)的一個重要應(yīng)用為智能視頻監(jiān)控（Intelligent Video Surveillance，IVS）[1]。IVS系統(tǒng)中包含視頻采集、傳輸和視頻分析（Video Analytics，VA）。通過對采集到的圖像序列進行分析和處理，從而對運動目標(biāo)進行檢測和跟蹤[2]。IVS系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于安防、刑偵、金融、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。

然而，由于攝像機分辨率的提升導(dǎo)致VA任務(wù)的高計算需求，且有些IVS系統(tǒng)不能實時進行監(jiān)控。因此，針對720p或1 080p的高清（High Definition，HD）視頻，開發(fā)一種能夠支持VA的實時IVS系統(tǒng)有重要意義。傳統(tǒng)IVS系統(tǒng)通常在PC平臺上開發(fā)，雖然有方便的編程環(huán)境和高計算能力，但其在長時間連續(xù)運行時，穩(wěn)定性和可靠性較差。目前，嵌入式系統(tǒng)（例如RAM，DSPFPGA）在IVS攝像機架構(gòu)中的應(yīng)用引起了極大關(guān)注。利用嵌入式穩(wěn)定性高、尺寸小、硬件可裁剪、模塊化程度高而且支持以太網(wǎng)等特點，結(jié)合現(xiàn)代圖像處理技術(shù)，提高系統(tǒng)的智能化程度已經(jīng)成為技術(shù)改良的新方向[3]。

本文提出了一種支持高清、多視角和實時VA任務(wù)的分布式IVS系統(tǒng)，主要側(cè)重于移動目標(biāo)的實時HD多視角檢測和跟蹤。其中，前端采用現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)HD視頻的初級處理，后端采用圖像處理單元（Graphics Processing Units，GPU）服務(wù)器執(zhí)行高級處理，最終實現(xiàn)多視角視頻監(jiān)控。實驗結(jié)果表明，本文系統(tǒng)能夠精確、多視角地追蹤目標(biāo)，具有很好的可靠性和實時性。

5 結(jié) 語

本文提出一種高清多視角IVS系統(tǒng)的設(shè)計方案，并在FPGA嵌入式系統(tǒng)上實現(xiàn)。以FPGA作為前端連接攝像機，執(zhí)行初步視頻處理任務(wù)。以GPU服務(wù)器作為后端，執(zhí)行高級處理任務(wù)，最終實現(xiàn)多視角目標(biāo)跟蹤。本文對FPGA系統(tǒng)中的算法進行了簡化改進，在不顯著降低性能的前提下，有效降低了計算復(fù)雜度，使其能夠應(yīng)用于FPGA系統(tǒng)中。實驗結(jié)果表明，本文系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能夠精確快速跟蹤目標(biāo)，可廣泛應(yīng)用于實時性要求較高的智能視頻監(jiān)控中。

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Keywords： intelligent video surveillance system； multi?view target tracking； moving target tracking； FPGA