摘  要：本膚色檢測系統(tǒng)采用基于TMS320DM6437處理器的SEED-DEC6437 EVM板作為主要硬件平臺,，在DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS3.3中采用C語言和匯編語言混合編程實(shí)現(xiàn)膚色檢測算法，并成功完成了將檢測算法從軟件到硬件平臺的移植,，搭建了一個應(yīng)用于膚色檢測的DSP系統(tǒng),，并實(shí)現(xiàn)了對膚色區(qū)域的實(shí)時性檢測、定位與跟蹤,，提高了膚色識別精度,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有算法簡單,、性能穩(wěn)定和實(shí)時性良好的特點(diǎn),。
關(guān)鍵詞： 膚色檢測； 數(shù)字信號處理器,； TMS320DM6437

    在當(dāng)今的數(shù)字化時代背景下,，隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)和模式識別技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人臉檢測技術(shù)也正迅速崛起并廣泛應(yīng)用在諸如安檢,、身份識別,、自動監(jiān)控等相關(guān)領(lǐng)域。其中,，人體的膚色信息是人體的一個重要特征,，膚色檢測技術(shù)在人臉識別與跟蹤、敏感圖像過濾,、數(shù)據(jù)庫中人物檢索和醫(yī)療診斷[1]等具體的視頻應(yīng)用中,，膚色區(qū)域的檢測與定位的準(zhǔn)確程度直接影響到整個系統(tǒng)的檢測和識別精度。近幾年,，各種數(shù)字信號處理器性能日益提高,，TI公司專門為數(shù)字視頻應(yīng)用而開發(fā)設(shè)計的DaVinci處理器系列具有運(yùn)算速度快、運(yùn)算精度高以及片內(nèi)存儲器容量大[2]等特點(diǎn),，因此,采用DaVinci處理器進(jìn)行相應(yīng)的視頻處理保證了系統(tǒng)良好的實(shí)時性以及穩(wěn)定性,，同時又有體積小,、功耗低[3]的優(yōu)點(diǎn)。
1 膚色檢測系統(tǒng)總體設(shè)計
    本文設(shè)計的膚色檢測系統(tǒng)主要是在所搭建的SEED-DEC6437開發(fā)板,、攝像頭和液晶顯示器等硬件平臺上,，實(shí)現(xiàn)對實(shí)時視頻圖像檢測出相應(yīng)的膚色區(qū)域，并進(jìn)行實(shí)時定位與跟蹤,，最后在彩色顯示器上實(shí)時輸出帶膚色區(qū)域標(biāo)記的視頻圖像,，系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

    整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程為：首先從CCD攝像頭采集PAL制式模擬視頻信號,，通過視頻解碼芯片TVP5150將模擬信號解碼成YCbCr422格式的數(shù)字圖像信號[4],，并通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)存儲至DDR2,，DM6437通過訪問DDR2進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的相應(yīng)處理,。在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理過程主要在于實(shí)現(xiàn)膚色檢測算法,其中主要包含圖像二值化,，膚色區(qū)域閾值判斷和膚色區(qū)域定位,、跟蹤，然后將處理完成的圖像數(shù)據(jù)通過DM6437的DAC輸出,，最終在顯示器上呈現(xiàn)有膚色區(qū)域標(biāo)記的視頻圖像,。
2 基于SEED-DEC6437視頻處理系統(tǒng)設(shè)計
    在進(jìn)行膚色檢測之前，首先應(yīng)在SEED-DEC6437開發(fā)板上搭建視頻輸入輸出系統(tǒng),，一般的視頻處理系統(tǒng)主要包括視頻采集,、圖像處理和顯示3個模塊。SEED-DEC6437開發(fā)板中,，TMS320DM6437處理器中集成的視頻處理子系統(tǒng)（VPSS）包含視頻處理前端[5]（VPFE）和視頻處理后端[6]（VPBE）,。VPFE用于視頻輸入，可以連接PAL標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻輸入信號,，也可以連接數(shù)字視頻輸入信號,。
2.1 系統(tǒng)的視頻輸入設(shè)計
    系統(tǒng)視頻輸入是利用解碼芯片TVP5150將模擬信號解碼成YCbCr422格式的數(shù)字圖像信號，再送入TMS320DM6437進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理,。TVP5150是一款高性能的視頻解碼芯片,可以將PAL制式的視頻信號或NTSC制式的視頻信號轉(zhuǎn)換成YCbCr422格式的數(shù)字信號[7], TMS320DM6437與TVP5150的連接框圖如圖2所示,在SEED-DEC6437開發(fā)板上接一路復(fù)合視頻輸入,。
    TVP5150實(shí)時輸出的視頻圖像數(shù)據(jù)為符合ITU-R BT.656標(biāo)準(zhǔn)的YCbCr 4：2：2數(shù)字視頻圖像數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)是,，每個像素點(diǎn)具有自己單獨(dú)的亮度信息Y,但是每兩個相鄰的像素共用同一組色度數(shù)據(jù)Cb和Cr,，每行像素的數(shù)據(jù)在DM6437中存儲格式如表1所示。

2.2 系統(tǒng)的視頻輸出設(shè)計
    TMS320DM6437視頻輸出采用內(nèi)置的VPSS的視頻輸出編碼模塊（VENC）中4路10 bit的DAC輸出,，實(shí)現(xiàn)CVBS與VGA的輸出,。其中,CVBS輸出接口使用了其中1路DAC，VGA輸出接口使用了共3路的DAC,。本系統(tǒng)主要采用composite復(fù)合信號的形式進(jìn)行最終實(shí)時圖像的輸出顯示,。其視頻輸出連接示意圖如圖3所示,。

3 系統(tǒng)的膚色檢測設(shè)計
    系統(tǒng)的膚色檢測是整個系統(tǒng)的核心部分，主要的圖像處理過程包括基于膚色信息的閾值判斷,、圖像二值化和膚色區(qū)域的定位與跟蹤,，最終實(shí)現(xiàn)從場景采集的實(shí)時視頻中檢測出有效的膚色區(qū)域，并對所檢測到的膚色區(qū)域進(jìn)行實(shí)時定位與跟蹤,，并在彩色顯示器上實(shí)時輸出已經(jīng)對膚色區(qū)域完成框定標(biāo)記的視頻圖像,。圖4為本膚色檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理過程的算法流程圖。

3.1膚色區(qū)域檢測
    目前有許多的顏色空間,，陶霖密將顏色空間分為五類[8],，其中YCbCr空間是感知均勻的色彩空間，可以方便地將數(shù)字圖像的色度和亮度互相分離,，而且在YCbCr色彩空間中膚色具有較好的聚類特性,，易于實(shí)現(xiàn)聚類算法。
　    本系統(tǒng)采用閾值方法對膚色區(qū)域進(jìn)行判斷,，對視頻圖像中的每一個像素（i,，j）逐一進(jìn)行判斷，主要通過對Cb和Cr色度信息的限制提取出膚色區(qū)域,。

    在閾值判斷方法的基礎(chǔ)上對圖像進(jìn)行基于膚色圖像二值化處理,，將屬于膚色區(qū)域的像素點(diǎn)的亮度信息置為0xff，即為最亮,同時將非膚色區(qū)域的亮度信息置為0,，得到二值化圖像,因此限制出膚色區(qū)域,圖5給出了基于膚色信息的閾值判斷對圖像進(jìn)行二值化處理的前后對比效果,，可見， 其具有輪廓清晰度高,、良好的實(shí)時性的特點(diǎn),。

3.2 二值化圖像中膚色區(qū)域定位與跟蹤
　　膚色區(qū)域定位與跟蹤算法主要采用掃描連通區(qū)域的形式確定膚色區(qū)域,并采用卡爾曼(Kalman)濾波還原出不清晰圖像信息，將獲取的起始行,、結(jié)束行,、起始列、結(jié)束列數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)起始地址一起作為實(shí)參再調(diào)用勾畫外接矩形函數(shù),，更加直觀地體現(xiàn)出膚色區(qū)域的具體方位,。
　    膚色區(qū)域邊沿定位時采用卡爾曼濾波，其利用最小平方的預(yù)測迭代算法,，對目標(biāo)在陰暗處,、遮擋處做出預(yù)測。首先根據(jù)當(dāng)前時刻狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判,，由此引入預(yù)觀測數(shù)據(jù),，然后根據(jù)預(yù)觀測數(shù)據(jù)更新當(dāng)前狀態(tài)。因?yàn)樵谀w色定位過程中能較精準(zhǔn)地統(tǒng)計目標(biāo)位置的坐標(biāo)(Pxk,Pyk),，所以近似認(rèn)為：在目標(biāo)動作變化速度不快的前提下,，下一狀態(tài)的速度范圍在當(dāng)前速度鄰域內(nèi),。系統(tǒng)的觀測方程和狀態(tài)方程對不準(zhǔn)確的膚色信息做出預(yù)測:
 
 

    本文以SEED-DEC6437開發(fā)板為核心硬件，構(gòu)造了一個實(shí)時膚色檢測系統(tǒng),。首先在DSP/BIOS環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了視頻采集驅(qū)動程序,，進(jìn)而成功地在SEED-DEC6437開發(fā)板上搭建了視頻輸入輸出系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的實(shí)時性及穩(wěn)定性,。其次,，在程序代碼中利用了TI提供的圖像處理庫并調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)，用二值化圖像中有效檢測到的膚色區(qū)域進(jìn)行實(shí)時跟蹤,。最后,，為了獲得更好的人機(jī)交互效果，實(shí)現(xiàn)了在彩色圖像中進(jìn)行有效的膚色檢測,、定位與跟蹤,，并且整個視頻處理系統(tǒng)具有算法簡單、實(shí)時性好以及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),。
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