A Small-area Hardware Implementation of EGML-based Moving Object Detection Processor

This paper proposes an efficient approach for hardware implementation of moving object detection (MOD) processor using effective Gaussian mixture learning (EGML)-based background subtraction method. Arithmetic units used in background generation were implemented using LUT-based approximation to reduce hardware complexity. Hardware resources used for both background subtraction and Gaussian probability density calculation were shared. The MOD processor was verified by FPGA-in-the-loop simulation using MATLAB/Simulink. The MOD performance was evaluated by using six types of video defined in IEEE CDW-2014 dataset, which resulted the average of recall value of 0.7700, the average of precision value of 0.7170, and the average of F-measure value of 0.7293. The MOD processor was implemented with 882 slices and block RAM of $146{\times}36kbits$ on Virtex5 FPGA, resulting in 60% hardware reduction compared to conventional design based on EGML. It was estimated that the MOD processor could operate with 75 MHz clock, resulting in real-time processing of $800{\times}600$ video with a frame rate of 39 fps.

EGML 기반 이동객체 검출 프로세서의 저면적 하드웨어 구현

EGML (Effective Gaussian Mixture Learning) 기반의 배경차분 기법을 이용한 이동객체 검출 (Moving Object Detection; MOD) 프로세서의 효율적인 하드웨어 구현 방식을 제안한다. 하드웨어 복잡도를 감소시키기 위해 배경 생성에 사용되는 일부 연산을 근사화하여 구현하였으며, 배경차분과 가우시안 계산의 나눗셈 연산에 사용되는 하드웨어 자원이 공유되도록 설계하였다. 설계한 MOD 프로세서는 MATLAB/Simulink를 이용한 HDL-netlist 시뮬레이션과 FPGA-in-the-loop 방식을 통해 기능을 검증하였다. IEEE CDW-2014 데이터 세트의 6가지 영상을 입력으로 사용하여 MOD 성능을 평가한 결과, 평균 재현율(recall)은 0.7700, 평균 정밀도(precision)는 0.7170, F-measure가 0.7293으로 평가되었다. Xilinx ISE를 이용하여 FPGA 합성한 결과, Virtex5 XC5VSX95T 디바이스에서 총 882 슬라이스와 $146{\times}36kbit$의 블록 램으로 구현되었으며, 동일한 알고리듬을 적용한 기존의 구현 사례에 비해 약 60%의 하드웨어를 감소시켰다. MOD 프로세서는 최대 75 MHz의 클록 주파수로 동작하여 $800{\times}600$ 해상도의 영상에 대해 39 fps의 성능으로 실시간 처리가 가능한 것으로 평가되었다.