基于達芬奇平臺的微波視頻監(jiān)控系統(tǒng)
0引 言
電力系統(tǒng)是國民經(jīng)濟的主動脈，是人民正常生活最基本、最必須的保障；并且，隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人們對電力的依賴越來越強烈。因此，保障電力系統(tǒng)的正常運行是十分必要的。
為了保證電力設施的安全運行，需要視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)。由于微波站已經(jīng)安裝了微波傳輸通道，因此可以采用現(xiàn)有的微波通道，就地取材。
微波通道的主要缺點是帶寬窄、誤碼率高。采用世界上最先進的壓縮標準是H.264，以構(gòu)成高質(zhì)量的圖像監(jiān)控系統(tǒng)。為了能夠采用這一最新的視頻壓縮技術(shù)，采用由德州儀器(TI)公司最新推出的達芬奇平臺。它里面包含了2個核，一個TI的TMS320C64x+和一個ARM9內(nèi)核。一個負責運行操作系統(tǒng)的控制與調(diào)度任務，另一個負責處理計算比較劇烈的任務。2個核互相配合，形成一個功能強大的多媒體處理平臺。
我們在德州儀器公司的DVEVM的硬件基礎之上，確定了視頻傳輸系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，設計并開發(fā)了視頻終端的軟件和中心站接收和瀏覽視頻的軟件，完成了整個系統(tǒng)的原理性開發(fā)。最終性能測試表明，我們能夠在小于64K的帶寬下，完成較好質(zhì)量的CIF圖像的視頻傳輸。而在384K的帶寬條件下，完成D1高分辨率的視頻圖像的連續(xù)傳輸。
1基于微波的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
微波站圖像監(jiān)控系統(tǒng)的基本機理如下，它是由若干視頻傳輸終端和一個中心站組成。各個視頻監(jiān)控點的視頻信息通過點對點的微波通道，傳輸至中心站的計算機進行監(jiān)控。微波傳輸?shù)年P(guān)鍵裝置是阿爾卡特(Alcatel)A9800，它是一套點對多點的數(shù)字無線接人系統(tǒng)，使用TDM／TDMA FDD的空間接口進行傳輸。系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2視頻終端的硬件平臺達芬奇DaVinciTM
采用的基于達芬奇的視頻終端的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，主要參照TI推出的基于達芬奇的DVEVM(數(shù)字圖像評估系統(tǒng))的硬件系統(tǒng)：
達芬奇平臺上的軟件開發(fā)平臺DVSDK：即數(shù)字視頻開發(fā)平臺，是由Monta Vista公司提供，它包括：
(1)eXpress Configure Kit：它可將各個不同的軟件模塊即成為一個可執(zhí)行文件，避免手工集成包括ARM和DSP上的軟件，以及如何協(xié)調(diào)它們的工作。例如音視頻的編解碼模塊、TI的Codec Engine、TI的DSP／BIOS real-time kernel及其TI的DSP／BIOS Linker等。
(2)TMS320C644x SoC Analyzer。它是一個單一的圖形化系統(tǒng)，幫助開發(fā)員發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行的瓶頸，找出問題并加以解決。它包括：系統(tǒng)集成、負載分布、數(shù)據(jù)輸入輸出等各種行為。
(3)Monta Vista操作系統(tǒng)：Monta Vista是公認的十分穩(wěn)定的Linux操作系統(tǒng)，但DVSDK中專為數(shù)字視頻應用而進行了大量的優(yōu)化，使其成為支撐視頻處理最優(yōu)秀的作業(yè)系統(tǒng)。
3視頻壓縮技術(shù)H.264的應用
H.264的基本流程是編碼器先將圖像分割成圖片，圖片再分為宏塊，對于每個宏塊根據(jù)幀的類型分別加以處理。對于獨立(I)幀，采用所謂的幀內(nèi)預測，對非獨立幀，采用幀間預測，即所謂的運動搜索，然后進行預測。并對預測采用DCT變換，最后采用熵編碼(算術(shù)或變碼長編碼)。H.264由于采用了以下技術(shù)使壓縮比大幅提高：
(1)1／4、1／8運動搜索技術(shù)，使運動搜索的匹配精度提高；
(2)多參考幀技術(shù)；
(3)幀內(nèi)的精細預測技術(shù)；
(4)4×4小塊預測技術(shù)，使圖塊更加容易匹配。
在H.264的基礎上我們還進行了以下改進：
(1)應用視覺模型進一步減少視頻信號所占的帶寬。即對變換較大的圖像部分采用較大的量化步長，較平坦的部分采用較小的量化步長。壓縮后的圖像質(zhì)量與沒有采用視覺模型的圖像，幾乎沒有明顯的區(qū)別，或只有一點點的降低，但圖像的壓縮比可增加可達10％左右。但PSNR上反映出來的誤差稍大，但對很多應用來講，人們并不很關(guān)心具體的PSNR的大小。而以眼見為實的東西為準。
假設基準的量化水平為q，欲進行變換的塊的變化量，從橫向相鄰像素的絕對誤差之和為△：
式中：n為快的大小(4或8)，p(i，j)為該位置上的像素值。則該塊的新的量化水平將被調(diào)節(jié)為：
式中：qmin，qmax為設定的最小和最大量化水平(10，51)，floor表示取整數(shù)運算，μ為調(diào)節(jié)系數(shù)。其中對MPEG的測試系列news(CIF)進行壓縮后有以下結(jié)果：盡管PSNR略差，但視覺上的差別不是很大，比較如圖3所示。
我們在德州儀器公司的DVEVM的硬件基礎之上，設計了視頻傳輸系我們在德州儀器公司的DVEVM的硬件基礎之上，設計了視頻傳輸系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，并開發(fā)了視頻終端的軟件和中心站接收視頻的軟件，完成了整個系統(tǒng)的開發(fā)。性能測試表明：在64 K帶寬環(huán)境下實現(xiàn)CIF的圖像監(jiān)控，監(jiān)控幀率可達每秒2～5幀左右，時間延遲在2～3 s，滿足作為監(jiān)控目的基本要求；如果綁定6×64 K=384 K的通道，則能夠在小于384 K的帶寬下，完成高質(zhì)量的D1(704×576)圖像高分辨率的視頻圖像的連續(xù)傳輸，實現(xiàn)設計要求。畫面質(zhì)量的平均PSNR在30 dB左右，滿足視覺需要，可以辨認不法闖入分子的身份。
下載文檔
