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[導(dǎo)讀]本監(jiān)控系統(tǒng)基于TMS320DSC21嵌入式處理器平臺和嵌入式Linux系統(tǒng),分為遠程現(xiàn)場采集端和本地監(jiān)控終端,通過CDMA無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。

    目前,數(shù)字類消費電子產(chǎn)品的需求增長驚人。在這些產(chǎn)品中,成像和視頻類產(chǎn)品比重很大。并且技術(shù)積累日益成熟,單說算法有靜態(tài)圖像的JPEG標(biāo)準(zhǔn)、動態(tài)視頻的MPEG1、MPEG2、MPEG3和H.263、H.264,并有向H.264過渡的趨勢。將相關(guān)的圖像技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)中將是我們考慮的一個重要方向。在銀行、變電站、車站等場所,需要重點考慮單張圖片的提取分析要求,以及控制應(yīng)用成本,所以用M-JPEG算法比較合適。

    本監(jiān)控系統(tǒng)基于TMS320DSC21嵌入式處理器平臺和嵌入式Linux系統(tǒng),分為遠程現(xiàn)場采集端和本地監(jiān)控終端,通過CDMA無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸,如圖1所示?,F(xiàn)場采集端采集監(jiān)控現(xiàn)場單幀圖像和視頻連續(xù)幀并編碼壓縮成M-JPEG并保存成文件,然后通過CDMA網(wǎng)路傳給本地監(jiān)控端。監(jiān)控端接收到圖像數(shù)據(jù)后,進M-JPEG解碼并在模擬液晶屏上顯示出來。M-JPEG采用幀內(nèi)壓縮算法,對長時間沒有變化的對象可以達到較高的壓縮比,并且成本較低,從而實現(xiàn)在帶寬有限的情況下實現(xiàn)遠程觀測。本文主要介紹監(jiān)控終端的設(shè)計。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)監(jiān)控終端硬件組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。


圖1 無線圖像監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

    CPU采用TI公司芯片TMS320DSC21。該芯片是TI公司推出的一款基于多處理器架構(gòu)之上的DSP數(shù)字圖像處理器。其采用一個ARM7 32 位 RISC 微控制器來處理非成像功能,并用作整個系統(tǒng)的主控制器,同時采用可編程的 C5409 DSP 核心處理圖像解碼。另外,DSC21 還集成了專門用于處理大部分復(fù)雜計算圖像任務(wù)的可編程協(xié)處理器。其中一個協(xié)處理器——圖像處理引擎iMX執(zhí)行 DCT、反向DCT,其它協(xié)處理器執(zhí)行可變長度編碼/解碼、量化與逆量化。

    電源模塊負(fù)責(zé)電源的平穩(wěn)輸出和監(jiān)視。

    CDMA無線接收模塊接收J(rèn)PEG數(shù)據(jù)流,并存放到SDRAM中。圖像顯示模塊將解壓后的原始圖像在電視或模擬液晶屏上顯示出來。   存儲器模塊由FLASH與SDRAM組成。FLASH存儲器用來存儲程序,是系統(tǒng)獨立運行(脫機運行)必不可少的組成部分。SDRAM存儲器用于系統(tǒng)軟件的運行以及圖像數(shù)據(jù)的存儲。這樣可以調(diào)用以前的圖像數(shù)據(jù),用于研究。

    調(diào)試仿真模塊用于調(diào)試仿真使用,還可以通過它將圖像數(shù)據(jù)從SDRAM中導(dǎo)入電腦中?!?BR>


 
系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)的設(shè)計基于開放源代碼Linux操作系統(tǒng),本系統(tǒng)移植的是2.4版本。整個Linux系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。

    整個Linux系統(tǒng)以前面介紹的TMS320DSC21硬件平臺為基礎(chǔ),針
對本系統(tǒng)硬件需要的主要驅(qū)動程序分別是CDMA模塊驅(qū)動和OSD圖像顯示驅(qū)動。驅(qū)動程序?qū)Φ讓佑布M行抽象,為頂層應(yīng)用程序提供一致的底層接口。JPEG圖像數(shù)據(jù)接收、管理程序作為一個常駐守護線程一直監(jiān)控底層CDMA模塊的活動,并給上層應(yīng)用層程序提供相關(guān)接口函數(shù)。


圖4 JPEG解碼流程圖

    頂層應(yīng)用層程序通過JPEG圖像數(shù)據(jù)接收、管理服務(wù)程序獲取從CDMA驅(qū)動接收來的圖像數(shù)據(jù),然后調(diào)用huffman解碼庫對圖像進行解壓,然后把解壓后的YUV數(shù)據(jù)存入SDRAM,然后映射到OSD區(qū)域,通過液晶屏顯示出來。

圖像的JPEG解碼實現(xiàn)

    mclinux系統(tǒng)控制DSP端進行JPEG解碼,經(jīng)過預(yù)處理、Huffman 解碼、反量化、IDCT 變換這幾個主要步驟將JPEG 圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)成壓縮編碼前的圖像數(shù)據(jù),然后經(jīng)過OSD處理最終在液晶屏上顯示出圖像來。詳細流程如圖4。

用CDMA模塊無線傳輸圖像數(shù)據(jù)

    CDMA是碼分多址的英文縮寫(Code Division Multiple Access),它是在數(shù)字技術(shù)的分支——擴頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種移動通信技術(shù)。不同的移動臺共用一個頻率應(yīng)用擴頻通信技術(shù)對每個移動臺分配一個獨特的、隨機的碼序列,每個碼序列互不相同,而且彼此都不相關(guān)。它的容量接近于以前CDMA 1×系統(tǒng)容量的兩倍,從而能夠適應(yīng)不斷成長的語音服務(wù)和無線互聯(lián)網(wǎng)新型服務(wù)的需要。其次它的最高下載速度可以達到153kbps(將來可以達到307kbps),上傳速度達64K。這樣的速度對于每秒4幀左右的352x288的M-JPEG壓縮圖像數(shù)據(jù)的傳輸已經(jīng)足夠。

    為了能在盡量少的數(shù)據(jù)冗余的情況下,準(zhǔn)確無誤的傳送數(shù)據(jù),本系統(tǒng)的底層參考了XMODEM協(xié)議。

    XMODEM協(xié)議是一種使用撥號調(diào)制解調(diào)器的個人計算機通信中廣泛使用的異步文件運輸協(xié)議。這種協(xié)議以128字節(jié)塊的形式傳輸數(shù)據(jù),并且每個塊都使用一個校驗和過程來進行錯誤檢測。如果接收方關(guān)于一個塊的校驗和與它在發(fā)送方的校驗和相同時,如果包成功接收,接收方會返回一個肯定應(yīng)答信號(ACK),如果發(fā)現(xiàn)錯誤,則返回一個否定應(yīng)答信號(NAK)并重新發(fā)送數(shù)據(jù)包。然而,這種對每個塊都進行認(rèn)可的策略將導(dǎo)致低性能,特別是具有很長傳播延遲的CDMA連接的情況時,問題更加嚴(yán)重。


    本系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)是JPEG壓縮數(shù)據(jù)包,結(jié)合這個特點,我們在Xmodem的基礎(chǔ)上制定了一套相應(yīng)的傳送協(xié)議。只有在數(shù)據(jù)包有丟失,而且的確影響后面的解碼時,才發(fā)送重傳請求,且只重傳相應(yīng)的包。如果不影響,則丟棄。這樣做能最大限度利用CDMA有限的帶寬保證數(shù)據(jù)的正常傳輸。

結(jié)語

    本文主要完成了監(jiān)控終端設(shè)計,并進行了測試,當(dāng)監(jiān)控對象沒有劇烈運動時,在20kbps的帶寬下,達到了每秒4幀的傳輸速度,達到了預(yù)期的目標(biāo)。圖5是原始圖像, 圖6是采用上述處理流程,進行解碼后得到的圖像。應(yīng)用本文所述方法完成圖像采集和遠程傳送工作,可廣泛用于銀行、變電站、車站、辦公大樓等場所。比傳統(tǒng)監(jiān)控方式更方便,而且成本低,有著廣闊的市場和應(yīng)用前景。

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