基于DSP的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

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1、基于DSP的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要：一種基于DSP實現(xiàn)遠(yuǎn)程無人值守的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用TMS320-C30DSP實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的圖像獲取、圖像壓縮、圖像回傳等功能，利用電話線路作傳輸通路、電話振鈴信號作遠(yuǎn)程系統(tǒng)的自動開機信號、PC作監(jiān)控中心，實現(xiàn)任意遠(yuǎn)距離場景的監(jiān)測控制功能。關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理圖像壓縮遠(yuǎn)程控制?實現(xiàn)任意遠(yuǎn)距離場景的實時監(jiān)控，主要解決遠(yuǎn)程場景圖像的獲取和回傳問題。利用計算機作為遠(yuǎn)程場景圖像獲取、利用Internet網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)圖像信息的回傳是一種有效的選擇，但必須在控制方和被控制方各設(shè)置一臺計算機及Modem，費用較高，當(dāng)遠(yuǎn)程場景無人值守時

2、，遠(yuǎn)程場景中計算機系統(tǒng)的維護(hù)以及計算機的開關(guān)機等問題非常復(fù)雜，而且遠(yuǎn)程場景中計算機與Internet網(wǎng)絡(luò)專線連接，在目前情況下不一定都能得到滿足。另外，也可以采用電話線作控制線路，微波信道作圖像回傳通路，實現(xiàn)遠(yuǎn)程場景中實時圖像的監(jiān)測控制1，但遠(yuǎn)程場景與控制中心必須在視距范圍之內(nèi)。如果遠(yuǎn)程場景離監(jiān)控中心很遠(yuǎn)，采用基于DSP的系統(tǒng)作圖像獲取、圖像壓縮和圖像回傳，利用電話線作傳送通路，不但費用低廉，而且方便可靠，不管被監(jiān)控場景在任何地方，只要電話線能到達(dá)，就可以對其實行圖像監(jiān)測和控制。?1系統(tǒng)的構(gòu)成與功能基于DSP的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由兩個部分組成，即遠(yuǎn)程無人值守監(jiān)控系

3、統(tǒng)和監(jiān)控中心，它們通過電話線相連，如圖1所示。1.1遠(yuǎn)程無人值守監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)遠(yuǎn)程場景圖像的采集、圖像的數(shù)字化(A/D)、圖像的壓縮(JPEG格式)和回傳、攝像系統(tǒng)云臺方位及攝像鏡頭的控制、自動開機和關(guān)機等功能。其中圖像的壓縮和回傳、攝像系統(tǒng)云臺方位及攝像鏡頭的控制等功能由DSP(TMS320-C30)子系統(tǒng)實現(xiàn)。遠(yuǎn)程場景的壓縮圖像信息通過Modem，從電話線路傳回控制中心。1.2監(jiān)控中心監(jiān)控中心通過Modem從電話線路上接收遠(yuǎn)程場景的壓縮圖像(JPEG格式)信息，并通過熵譯碼、解量化、反DCT變換和YUV到RGB變換，將圖像從計算機的顯示器上輸出。監(jiān)控

4、中心根據(jù)需要可以將遠(yuǎn)程監(jiān)控圖像(JPEG格式)存儲起來，自動生成監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)庫，以備查詢。監(jiān)控中心還負(fù)責(zé)生成控制命令，實現(xiàn)對遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開機、關(guān)機、攝像系統(tǒng)云臺方位及攝像鏡頭調(diào)節(jié)等控制?？刂泼?除開機命令用電話振鈴信號外)通過Modem，以數(shù)字命令代碼形式傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的Modem中，再由DSP進(jìn)行相應(yīng)處理，實現(xiàn)相應(yīng)動作。?2DSP圖像壓縮及控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵是實現(xiàn)攝像系統(tǒng)的控制及圖像數(shù)字化和圖像壓縮功能。攝像系統(tǒng)的控制包括云臺的上、下、左、右移動，攝像鏡頭的聚焦(遠(yuǎn)/近)、場景拉遠(yuǎn)(近)、光圈大(小)的調(diào)節(jié)等功能。攝像系統(tǒng)的控制命令由監(jiān)

5、控中心生成，DSP系統(tǒng)將其譯碼后，分兩個部分，分別送入云臺和鏡頭驅(qū)動控制電路。由于云臺一般采用24V直流(交流)、鏡頭采用9～12V直流控制，因此，云臺和鏡頭電力的供給直接通過繼電器由電源部分提供，驅(qū)動控制電路通過控制相應(yīng)的繼電器開關(guān)動作，實現(xiàn)控制云臺和鏡頭作相應(yīng)的動作，如圖2所示。遠(yuǎn)程無人值守監(jiān)控系統(tǒng)最重要的功能是及時將被監(jiān)測場景中的圖像信息回傳至監(jiān)測中心。為了使系統(tǒng)靈活地安裝在需要的地方，本系統(tǒng)采用電話線路作被監(jiān)測場景中圖像的回傳通路，而電話線只能傳送64Kbps以下速率的數(shù)據(jù)。實時圖像每秒的數(shù)據(jù)率在200Mbit以上(640寬×480高×24每象素×30幀

6、頻)，即使一幀靜態(tài)圖像需要的數(shù)據(jù)也能達(dá)到7Mbit以上。因此，不能利用電話線傳實時圖像，而傳送被監(jiān)測場景的靜態(tài)圖像，也必須先進(jìn)行數(shù)字圖像的壓縮處理，將數(shù)據(jù)率壓縮到較低的水平上(一般為幾十Kb)，再經(jīng)Modem，送到電話線路上傳輸。被監(jiān)控場景靜態(tài)圖像的壓縮主要由TMS320-C30實現(xiàn)。TMS320-C30是32位浮點運算DSP芯片，每秒可以執(zhí)行3300萬次全浮點運算，允許在不考慮溢出的情況下處理很寬的數(shù)據(jù)動態(tài)范圍，特別適合快速的DCT運算。它具有大的尋址空間、多處理器接口、片內(nèi)與片外可設(shè)置等待狀態(tài)、兩個外部接口、兩個計時器、兩個串口及多中斷結(jié)構(gòu)，具有多樣化的尋址

7、方式、靈活的指令集，非常利于實現(xiàn)JPEG快速壓縮處理。TMS320-C30芯片功能及外部接口如圖3所示。TMS320-C30主要負(fù)責(zé)對數(shù)字圖像進(jìn)行JPEG格式壓縮處理、對模擬圖像A/D轉(zhuǎn)換的控制、對系統(tǒng)關(guān)閉電路的控制、對攝像系統(tǒng)(包括云臺及鏡頭)的控制、從Modem接收監(jiān)控中心的控制命令以及從Modem上將壓縮后的圖像傳送到監(jiān)控中心。TMS320-C30及其外圍功能框圖如圖4所示。圖像的JPEG格式壓縮由TMS320-C30軟件實現(xiàn)，主要包括RGB至YUV變換、DCT變換、量化、分組、Zig-Zag行程掃描及熵編碼等功能。由于人眼對亮度較為敏感，而對色度敏感性較

8、低，因此，系統(tǒng)中先將RG