基于fpga视频背景建模技术的研究与实现

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1、工程硕士学位论文基于FPGA视频背景建模技术的研究与实现作者姓名杨锋超工程领域电子与通信工程校内指导教师徐向民教授校外指导教师李辉宪高级工程师所在学院电子与信息学院论文提交日期2015年12月20日ResearchonVideoBackgroundModelingandItsImplementationBasedonFPGAADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YangFengchaoSupervisor：Prof.XuXiangminS.E.LiHuixianSouthChinaUniversit

2、yofTechnologyGuangzhou,China摘要视频背景建模是计算机视觉领域里一个重要的研究方向，该研究方向是数字视频流处理与分析系统的一个非常重要环节，是视频图像处理相关系统的基础。视频背景建模相关算法已经比较成熟地应用在人机交互、智能安防、智慧交通等场景中。目前视频背景建模算法GMM（GaussianMixtureModel），ViBe(VisualBackgroundExtractor)以及帧差背景差模型已被证明具有较好的鲁棒性，被广泛应用。然而在传统的PC端处理器上，运行GMM和ViBe算法都需要耗费大量资源，在处理高分辨率的视频流时，传统处理

3、器所需消耗内处理器资源将成倍增加。此外，如若可以将视频背景建模算法在FPGA(Field-ProgrammableGateArray)上实现，将能显著地释放CPU宝贵的资源，并降低功耗。当前在FPGA平台实现视频背景建模算法的论著大多点到为止，或者置于专用的应用系统中简要描述，没有对内部功能模块进行深入探讨。本文针对视频背景建模算法的硬件化问题展开学习和研究，着重解决视频背景建模算法GMM、ViBe和帧差背景差模型的硬件化设计，主要工作如下：(1)解决了由于背景建模过程数据吞吐率较高所引起的存储设计难题和ViBe如何提取邻域像素点值的缓存问题；(2)解决了GMM硬

4、件化过程中参数需要浮点数转定点的问题；(3)为ViBe的实现选用了一个简单的伪随机数生成器；(4)对上述三种背景建模算法搭建FPGA测试平台，完成功能验证以及通过串口通信再采集处理后的数据，利用Matlab进行算法硬件化后的评估。关键词：背景建模；GMM；ViBe；帧差背景差模型；FPGA；IABSTRACTVideobackgroundmodelingisanimportantfieldofcomputervisionresearch,thisresearchdirectionisthedigitalvideostreamprocessingandanalysi

5、ssystemisaveryimportantaspect,isthebasisofvideoimageprocessingrelatedsystems.Videobackgroundmodelingcorrelationalgorithmisrelativelymatureapplicationinhuman-computerinteraction,intelligentsecurity,intelligenttransportationandotherscenes.CurrentlyvideobackgroundmodelingalgorithmGMM(Gau

6、ssianMixtureModel),ViBe(VisualBackgroundExtractor)andaframedifferencebackgroundsubtractionmodelhasbeenshowntohaverobust,hasbeenwidelyused.However,inthetraditionalPCendprocessorrunningGMMandViBealgorithmstakesalotofresourcesindealingwithhigh-resolutionvideostreaming,conventionalprocess

7、orprocessorresourcesrequiredwillexponentiallyincreaseinconsumption.Further,ifthevideobackgroundmodelingalgorithmwhichisimplementedonFPGA(Field-ProgrammableGateArray),thatcansignificantlyreleasetheCPU’svaluableresources,andreducepowerconsumption.CurrentlyinFPGAplatformvideobackgroundmo

8、delin