基于RS-485总线的计算机视频监控系统的研究

2006-05-07 15:50:10来源: 电子技术应用

485总线构成视频监控系统的方法。系统用便携式视频压缩终端运载视频图像进行实时压缩,通过RS-485总线将压缩图像数据传送给主机。

DSP芯片

RS-485总线抗干扰能力强,能实现多站远距离通信,组网方便,成本低廉,因而在工业控制领域得到广泛应用。随着串行通信接口芯片和RS-485接口芯片传输速度的大幅度提高,使得利用RS-485总线传输图像数据成为可能,但是未压缩视频图像的数据量极大,即使总线传输速度高达1Mbps,传输一幅512×512×8的灰度图像就要耗时2.1s,因此必须视频图像数据进行压缩编码,再通过总线传输。本文介绍的视频监控系统使用便携式图像压缩终端,在摄象机的视频输出端对图像信号进行采集、变换和编码,用一对双绞线按RS-485总线标准将压缩后的图像数传送给上位机。这样只要使用一根电缆就能构成一个64~128点的局域网,不但布线简单,而且传输速率高达1Mbps,远远超过电话网的传输速率。

1 视频监控系统的组成

本监控系统的一台主机和多台从机组成,如图1所示。主机为工控机,内含高速RS-485通信卡,主要完成监控系统的控制、管理和图像数据的后期处理等任务。从机为便携式图像压缩终端,该终端以TI公司的TMS320VC5402数字信号处理器为核心,扩展一些外围器件组成一个独立的视频图像压缩和传输设备,主要完成视频图像的实时采集、变换编码和传输控制。主机与从机之间通过RS-485总线进行通信。主要启动并控制网上每一次通信,每个从机有一个唯一的地址,只有被寻址的从机响应主机的命令并向主机发回信息帧。当从机数量超过64个或与主机距离超过120m时,应在网络上加装中继器以保证通信速率达到1Mbps。

2 便携式图像压缩终端简介

压缩终端是本系统的关键部件,组成框图如图2所示。它以TMS320VC5402 DSP为处理器,扩展了视频器、行场分离电路、帧缓冲器、程序存储器、串行通信接口芯片和RS-485总线接口芯片。

2.1 TMS320VC5402 DSP简介

TMS320VC5402 DSP(以下简称C5402)是TI公司生产的新一代定点DSP芯片,时钟频率100MHz,性价比极高,是目前定点DSP的主流产品。C5402片内有8条数据或地址总线,构成增强型哈佛结构的总线系统,指令按流水线方式执行,大部分指令能在单周期内完成。此外还有一套并行操作指令,能在单周期内执行一次存储/加载操作和一次算术运算,大大提高了数字信号处理的速度。C5402片内有16KW DARAM,可以作为程序存储器或数据存储器,另外还有两个多通道缓冲串行口(McBSP)、一个8位HPI接口、两个16位定时器、一个六通道DMA控制器和一个PLL时钟发生器。

2.2 视频采集电路

视频图像信号采集由视频缓冲器、高速A/D转换器和行、场同步分离电路组成。A/D转换器采用TI公司的TLV5510芯片,TLV5510为8bit、10Msps的高速并行A/D转换器,本电路中将TLV5510作为C5402的一个扩展的并行输入口,C5402的R/W信号作为转换时钟信号,读该端口时启动A/D转换。行、场同步分离电路输出行同步信号、垂直同步信号和奇、偶场信号作为C5402的外部中断输入信号。C5402采用中断响应方式采集一帧图像的奇场数据和偶场数据。

2.3 存储器配置

480KB的帧缓冲器用来存放原始图像数据和压缩后的图像数据,32KB的FlashROM用来存放应用程序,二者都映射到C5402的外部数据空间。由于C5402的数据空间仅为64KW,因此采用内存页扩展技术,将外部数据空间扩展为16页,每页32KB。使用C5402的一个扩展输出口作为扩展内存的页选择信号,分别选择0~16页,并且将C5402的A15脚与扩展静态RAM的使能端相连,当A15=0时选择片内RAM,当A15=1时选择片外RAM。因此本系统的数据存储器配置如下:

片内:16KW DARAM 地址为0000h~3FFFh

片内:32KB FlashROM 地址为8000h~FFFFh

片外:480KB SRAM 地址为 n8000h~nFFFFh (n=1~15)

系统硬件复位时,页选择信号被自动清零,FlashROM映射到数据空间,C5402将FlashROM中的应用程序加载到片内DARAM中。

2.4 数据传输电路

数据传输使用了TI公司的异步串行收发器TL16C550和MAXIM公司的MAX3485E。TL16C550含16bit的FIFO,通信速率达1Mbps。MAX3485E是半双工RS-485总线接口芯片,传输速率达12Mbps,传输距离达4000英尺。

2.5 软件实现

C54x DSP集成开发工具支持C语言和汇编语言编程,为了提高代码执行效率,满足图像实时压缩和传输的需要,采用汇编语言编程。主程序可分成以下几个部分:

(1)初始化C5402,接受上位机的命令帧,做好采集图像的准备工作;

(2)开放奇场中断(INT1),关闭偶场中断(INT2)和行中断(INT3);

(3)当奇场同步信号到来时,C5402进入奇场中断服务子程序,开放行中断做好采集奇场数据的准备。当行同步信号以来时,C5402进入行中断服务子程序,连续采集一行图像数据。当各行图像数据采集完毕后,关闭行中断;

(4)当偶场同步信号到来时,C5402进入偶场中断服务子程序,开放行中断做好采集偶场数据的准备。当行同步信号到来时,C5402进入行中断服务子程序,连续采集一行图像数据。当各行图像数据采集完毕后,关闭行中断和奇、偶场中断;

(5)将图像数据分成一系列的8×8块,先对第一个数据块进行DCT变换、量化、Huffman编码,然后开放串行口中断(INT0),将压缩后的图像数据发送给上位机。重复执行这个编码和传输过程,直到全部图像数据处理结束。最后关闭串行发送中断,开始下一帧图像的处理。

3 通信软件设计

本系统为主从式监控系统,由主机启动并控制网上的每一次通信。主机先向从机下达采集图像的命令,然后接收从机传来的压缩图像数据。从机接受主机的命令,按命令要求调整摄象机的焦距和镜头方向、修改图像大小和采样速率,最后进行图像采集、压缩和传输。要完成这些功能就必须定义严格的网络通信协议。

3.1 网络通信协议

本网络为专用系统,要求通信速率达到1Mbps,故采用电路交换方式。网上传输的信息仅为两种形式之一:命令帧或信息帧。

主机发往从机的命令帧由八个字节组成,如表1所示。地址为要访问的从机地址、有效地址为0~255;焦距为摄象机的焦距编码;方向为摄象机镜头的方向编码;大小为图像的大小编码;速度为图像采样率编码;控制为现场控制设备或报警器控制命令编码;校验-命令帧结束和校验标志。

表1 命令帧格式

地址 焦距 方向 大小 速率 控制 校验

从机发往主机垢信息帧如表2所示。地址为从机地址;状态-摄象机焦距和镜头方向调整机构及其它控制设备的状态编码;数据为图像压缩码流;校验为信息帧校验和结束标志。地址、状态、校验均为一个字节,数据长度可变。

表2 信息帧格式

地址 状态 数据 校验

3.2 从机通信程序设计

从机通信流程如图3所示。压缩终端上电复位后打开串行口中断,RS-485接口芯片处于接收状态。一旦接到主机的命令帧,压缩终端便按命令帧的要求调整焦距、镜头方向和其他控制设备的状态,然后进行图像的采集和压缩编码,同时检测总线的状态。若总线上没有讲者则将压缩码流发往主机,总线被占用直到一帧信息帧全部发送完毕。为了提高图像的处理效率,压缩和传输并行进行。

3.3 主机通信程序设计

主机通信流程控制如图4所示。正常情况下,主机对全部或部分现场进行轮流监控,各压缩终端送来的压缩数据被分别保存起来,同时经解压缩后显示在计算机屏幕上。一旦发生异常情况,主机自动对异常现场进行单独监控。主机在向压缩终端发命令帧之间检测总线的状态,若总线上没有讲者则将命令帧发往压缩终端,然后将RS-485接口置于接收状态,等待压缩终端发送信息帧。为了保证命令帧的可靠性,命令帧被连续发送三次。

本系统使用TMS320VC5402 DSP和RS-485总线实现了静止图像的实时压缩和高速传输。采用标准JPEG压缩算法,每秒钟可压缩并传输5帧512×512×8的灰度图像,性价比极高,适用于无人仓库、超级市场、交通道口、井下工程、列车车箱等的监控管理。

关键字:总线  计算  计算机  视频

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/qtjs/200605/2642.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
总线
计算
计算机
视频

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved