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1、工程碩士學(xué)位論文基于FPGA視頻背景建模技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)作者姓名楊鋒超工程領(lǐng)域電子與通信工程校內(nèi)指導(dǎo)教師徐向民教授校外指導(dǎo)教師李輝憲高級(jí)工程師所在學(xué)院電子與信息學(xué)院論文提交日期2015年12月20日ResearchonVideoBackgroundModelingandItsImplementationBasedonFPGAADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YangFengchaoSupervisor：Prof.XuXiangminS.E.LiHuixianSouthChinaUniversit
2、yofTechnologyGuangzhou,China摘要視頻背景建模是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域里一個(gè)重要的研究方向，該研究方向是數(shù)字視頻流處理與分析系統(tǒng)的一個(gè)非常重要環(huán)節(jié)，是視頻圖像處理相關(guān)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。視頻背景建模相關(guān)算法已經(jīng)比較成熟地應(yīng)用在人機(jī)交互、智能安防、智慧交通等場(chǎng)景中。目前視頻背景建模算法GMM（GaussianMixtureModel），ViBe(VisualBackgroundExtractor)以及幀差背景差模型已被證明具有較好的魯棒性，被廣泛應(yīng)用。然而在傳統(tǒng)的PC端處理器上，運(yùn)行GMM和ViBe算法都需要耗費(fèi)大量資源，在處理高分辨率的視頻流時(shí)，傳統(tǒng)處理
3、器所需消耗內(nèi)處理器資源將成倍增加。此外，如若可以將視頻背景建模算法在FPGA(Field-ProgrammableGateArray)上實(shí)現(xiàn)，將能顯著地釋放CPU寶貴的資源，并降低功耗。當(dāng)前在FPGA平臺(tái)實(shí)現(xiàn)視頻背景建模算法的論著大多點(diǎn)到為止，或者置于專用的應(yīng)用系統(tǒng)中簡(jiǎn)要描述，沒有對(duì)內(nèi)部功能模塊進(jìn)行深入探討。本文針對(duì)視頻背景建模算法的硬件化問題展開學(xué)習(xí)和研究，著重解決視頻背景建模算法GMM、ViBe和幀差背景差模型的硬件化設(shè)計(jì)，主要工作如下：(1)解決了由于背景建模過程數(shù)據(jù)吞吐率較高所引起的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)難題和ViBe如何提取鄰域像素點(diǎn)值的緩存問題；(2)解決了GMM硬
4、件化過程中參數(shù)需要浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)定點(diǎn)的問題；(3)為ViBe的實(shí)現(xiàn)選用了一個(gè)簡(jiǎn)單的偽隨機(jī)數(shù)生成器；(4)對(duì)上述三種背景建模算法搭建FPGA測(cè)試平臺(tái)，完成功能驗(yàn)證以及通過串口通信再采集處理后的數(shù)據(jù)，利用Matlab進(jìn)行算法硬件化后的評(píng)估。關(guān)鍵詞：背景建模；GMM；ViBe；幀差背景差模型；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
