| 摘要：提出一種用RS-485總線構成視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方法。系統(tǒng)用便攜式視頻壓縮終端運載視頻圖像進行實時壓縮,通過RS-485總線將壓縮圖像數(shù)據(jù)傳送給主機。 關鍵詞：視頻監(jiān)控 RS-485總線 圖像壓縮 DSP芯片 RS-485總線抗干擾能力強,能實現(xiàn)多站遠距離通信,組網(wǎng)方便,成本低廉,因而在工業(yè)控制領域得到廣泛應用。隨著串行通信接口芯片和RS-485接口芯片傳輸速度的大幅度提高,使得利用RS-485總線傳輸圖像數(shù)據(jù)成為可能,但是未壓縮視頻圖像的數(shù)據(jù)量極大,即使總線傳輸速度高達1Mbps,傳輸一幅512×512×8的灰度圖像就要耗時2.1s,因此必須視頻圖像數(shù)據(jù)進行壓縮編碼,再通過總線傳輸。本文介紹的視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用便攜式圖像壓縮終端,在攝象機的視頻輸出端對圖像信號進行采集、變換和編碼,用一對雙絞線按RS-485總線標準將壓縮后的圖像數(shù)傳送給上位機。這樣只要使用一根電纜就能構成一個64～128點的局域網(wǎng),不但布線簡單,而且傳輸速率高達1Mbps,遠遠超過電話網(wǎng)的傳輸速率。 1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成 本監(jiān)控系統(tǒng)的一臺主機和多臺從機組成,如圖1所示。主機為工控機,內(nèi)含高速RS-485通信卡,主要完成監(jiān)控系統(tǒng)的控制、 管理和圖像數(shù)據(jù)的后期處理等任務。從機為便攜式圖像壓縮終端,該終端以TI公司的TMS320VC5402數(shù)字信號處理器為核心,擴展一些外圍器件組成一個獨立的視頻圖像壓縮和傳輸設備,主要完成視頻圖像的實時采集、變換編碼和傳輸控制。主機與從機之間通過RS-485總線進行通信。主要啟動并控制網(wǎng)上每一次通信,每個從機有一個唯一的地址,只有被尋址的從機響應主機的命令并向主機發(fā)回信息幀。當從機數(shù)量超過64個或與主機距離超過120m時,應在網(wǎng)絡上加裝中繼器以保證通信速率達到1Mbps。 2 便攜式圖像壓縮終端簡介 壓縮終端是本系統(tǒng)的關鍵部件,組成框圖如圖2所示。它以TMS320VC5402 DSP為處理器,擴展了視頻器、行場分離電路、幀緩沖器、程序存儲器、串行通信接口芯片和RS-485總線接口芯片。 2.1 TMS320VC5402 DSP簡介 TMS320VC5402 DSP（以下簡稱C5402）是TI公司生產(chǎn)的新一代定點DSP芯片,時鐘頻率100MHz,性價比極高,是目前定點DSP的主流產(chǎn)品。C5402片內(nèi)有8條數(shù)據(jù)或地址總線,構成增強型哈佛結構的總線系統(tǒng),指令按流水線方式執(zhí)行,大部分指令能在單周期內(nèi)完成。此外還有一套并行操作指令,能在單周期內(nèi)執(zhí)行一次存儲/加載操作和一次算術運算,大大提高了數(shù)字信號處理的速度。C5402片內(nèi)有16KW DARAM,可以作為程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器,另外還有兩個多通道緩沖串行口（McBSP）、一個8位HPI接口、兩個16位定時器、一個六通道DMA控制器和一個PLL時鐘發(fā)生器。 2.2 視頻采集電路 視頻圖像信號采集由視頻緩沖器、高速A/D轉換器和行、場同步分離電路組成。A/D轉換器采用TI公司的TLV5510芯片,TLV5510為8bit、 10Msps的高速并行A/D轉換器,本電路中將TLV5510作為C5402的一個擴展的并行輸入口,C5402的R/W信號作為轉換時鐘信號,讀該端口時啟動A/D轉換。行、場同步分離電路輸出行同步信號、垂直同步信號和奇、偶場信號作為C5402的外部中斷輸入信號。C5402采用中斷響應方式采集一幀圖像的奇場數(shù)據(jù)和偶場數(shù)據(jù)。 2.3 存儲器配置 480KB的幀緩沖器用來存放原始圖像數(shù)據(jù)和壓縮后的圖像數(shù)據(jù),32KB的FlashROM用來存放應用程序,二者都映射到C5402的外部數(shù)據(jù)空間。由于C5402的數(shù)據(jù)空間僅為64KW,因此采用內(nèi)存頁擴展技術,將外部數(shù)據(jù)空間擴展為16頁,每頁32KB。使用C5402的一個擴展輸出口作為擴展內(nèi)存的頁選擇信號,分別選擇0～16頁,并且將C5402的A15腳與擴展靜態(tài)RAM的使能端相連,當A15=0時選擇片內(nèi)RAM,當A15=1時選擇片外RAM。因此本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲器配置如下： 片內(nèi)：16KW DARAM 地址為0000h～3FFFh 片內(nèi)：32KB FlashROM 地址為8000h～FFFFh 片外：480KB SRAM 地址為 n8000h～nFFFFh (n=1～15) 系統(tǒng)硬件復位時,頁選擇信號被自動清零,FlashROM映射到數(shù)據(jù)空間,C5402將FlashROM中的應用程序加載到片內(nèi)DARAM中。 2.4 數(shù)據(jù)傳輸電路 數(shù)據(jù)傳輸使用了TI公司的異步串行收發(fā)器TL16C550和MAXIM公司的MAX3485E。TL16C550含16bit的FIFO,通信速率達1Mbps。MAX3485E是半雙工RS-485總線接口芯片,傳輸速率達12Mbps,傳輸距離達4000英尺。 2.5 軟件實現(xiàn) C54x DSP集成開發(fā)工具支持C語言和匯編語言編程,為了提高代碼執(zhí)行效率,滿足圖像實時壓縮和傳輸?shù)男枰?采用匯編語言編程。主程序可分成以下幾個部分： （1）初始化C5402,接受上位機的命令幀,做好采集圖像的準備工作; （2）開放奇場中斷（INT1）,關閉偶場中斷（INT2）和行中斷（INT3）; （3）當奇場同步信號到來時,C5402進入奇場中斷服務子程序,開放行中斷做好采集奇場數(shù)據(jù)的準備。當行同步信號以來時,C5402進入行中斷服務子程序,連續(xù)采集一行圖像數(shù)據(jù)。當各行圖像數(shù)據(jù)采集完畢后,關閉行中斷; （4）當偶場同步信號到來時,C5402進入偶場中斷服務子程序,開放行中斷做好采集偶場數(shù)據(jù)的準備。當行同步信號到來時,C5402進入行中斷服務子程序,連續(xù)采集一行圖像數(shù)據(jù)。當各行圖像數(shù)據(jù)采集完畢后,關閉行中斷和奇、偶場中斷; （5）將圖像數(shù)據(jù)分成一系列的8×8塊,先對第一個數(shù)據(jù)塊進行DCT變換、量化、Huffman編碼,然后開放串行口中斷（INT0）,將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。重復執(zhí)行這個編碼和傳輸過程,直到全部圖像數(shù)據(jù)處理結束。最后關閉串行發(fā)送中斷,開始下一幀圖像的處理。 3 通信軟件設計 本系統(tǒng)為主從式監(jiān)控系統(tǒng),由主機啟動并控制網(wǎng)上的每一次通信。主機先向從機下達采集圖像的命令,然后接收從機傳來的壓縮圖像數(shù)據(jù)。從機接受主機的命令,按命令要求調(diào)整攝象機的焦距和鏡頭方向、修改圖像大小和采樣速率,最后進行圖像采集、壓縮和傳輸。要完成這些功能就必須定義嚴格的網(wǎng)絡通信協(xié)議。 3.1 網(wǎng)絡通信協(xié)議 本網(wǎng)絡為專用系統(tǒng),要求通信速率達到1Mbps,故采用電路交換方式。網(wǎng)上傳輸?shù)男畔H為兩種形式之一：命令幀或信息幀。 主機發(fā)往從機的命令幀由八個字節(jié)組成,如表1所示。地址為要訪問的從機地址、有效地址為0～255;焦距為攝象機的焦距編碼;方向為攝象機鏡頭的方向編碼;大小為圖像的大小編碼;速度為圖像采樣率編碼;控制為現(xiàn)場控制設備或報警器控制命令編碼;校驗-命令幀結束和校驗標志。
表1 命令幀格式 |
66821730(技術支持)
