基于前端切換視音頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

黃澤界

（廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息系，福建 廈門 361012）

0 引言

近年來，人們越來越關(guān)注生存環(huán)境，重視突發(fā)災(zāi)害的預(yù)警與緊急應(yīng)對措施的建立，迫切希望提高生產(chǎn)和生活管理的智能化水平，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也作為人類視覺的延伸越來越受到重視，得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

傳統(tǒng)的視音頻監(jiān)控系統(tǒng)都是通過獨立的電纜把視頻和音頻信號傳送到監(jiān)控中心，切換和控制也是在監(jiān)控中心進(jìn)行，因此需要鋪設(shè)大量的電纜。筆者提出了一種前端切換視音頻視頻監(jiān)控系統(tǒng)，所有監(jiān)控點與監(jiān)控中心只要3條總線電纜相連接，視音頻切換分散在監(jiān)控點進(jìn)行；各監(jiān)控點的視頻信號線，音頻信號線和控制線都分別連接在這3條總線上；視音頻切換信息和前端設(shè)備控制信息在同一條電纜上傳輸。該系統(tǒng)對監(jiān)控點實行分區(qū)管理，它可以將所有的監(jiān)控點劃分為16個分區(qū)，每個分區(qū)可以有16個監(jiān)控點。

1 系統(tǒng)總體介紹

基于前端切換視音頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。監(jiān)控中心與前端監(jiān)控點通過3條總線連接。各監(jiān)控點的視頻輸出，音頻輸出和地址切換與動作控制電路均分別連接在這3條總線上。每個監(jiān)控點都有自己特有的地址編碼，進(jìn)行視音頻切換時，監(jiān)控中心發(fā)出所要切入視音頻信號的監(jiān)控點地址，與所發(fā)出的地址一致的監(jiān)控點就會將它們的視頻信號和音頻信號分別接入視頻總線和音頻總線，然后送到監(jiān)控中心。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分開發(fā)實現(xiàn)

2.1 監(jiān)控中心電路結(jié)構(gòu)及原理

本系統(tǒng)監(jiān)控中心電路主要由PC、電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232、單片機(jī)8051、2塊74LS164和1塊VD5026芯片組成，其電路連接如圖2所示。其工作的原理是：首先由控制PC產(chǎn)生出8位的地址編碼和4位的動作編碼（共需2 byte），經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后，發(fā)送至單片機(jī)的串口，再由單片機(jī)的串口將接收到的地址編碼和動作編碼輸出至74LS164實現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，然后傳送給VD5026，并由單片機(jī)的P0.1口發(fā)出1個低電平至VD5026的14腳即發(fā)射指令端，使VD5026將地址編碼和動作編碼傳輸?shù)奖O(jiān)控前端解碼器，控制攝像頭的選擇、云臺的轉(zhuǎn)動、攝像頭焦距的遠(yuǎn)近、光圈大小及鏡頭伸縮等。

計算機(jī)和單片機(jī)的通信以及單片機(jī)和74LS164之間的數(shù)據(jù)傳輸都采用串口通信。其中單片機(jī)的RXD端既要接收從計算機(jī)發(fā)過來的數(shù)據(jù)，還要發(fā)送數(shù)據(jù)到74LS164，因此為了避免沖突，在計算機(jī)向單片機(jī)傳輸?shù)木€路上加了1個起隔離作用的二極管。

2.2 監(jiān)控前端電路

2.2.1 監(jiān)控前端解碼電路結(jié)構(gòu)

監(jiān)控前端解碼電路主要由VD5027、4514、驅(qū)動電路等組成，如圖3所示。

2.2.2 監(jiān)控前端工作原理

前端解碼器由接收解碼集成電路VD5027、切換控制電路、動作控制譯碼器與輸出電路組成。

1）接收解碼集成電路VD5027

VD5027是與監(jiān)控中心編碼發(fā)送電路VD5026配對的接收解碼集成電路，監(jiān)控中心控制器發(fā)送的地址與動作編碼脈沖經(jīng)隔離與抗干擾電路進(jìn)入非門G1和非門G2整形，然后送入接收解碼集成電路VD5027。監(jiān)控點所在分區(qū)的編碼由VD5027的地址端A5～A8設(shè)定，地址端A1～A4則確定監(jiān)控點在該分區(qū)中的具體位置。VD5027要連續(xù)接收到2幀完全相同的地址與動作編碼才會確認(rèn)為有效。接收到第1幀串行碼，它將其中的地址位與自身設(shè)定的地址編碼相比較，若一致，就將串行碼后串段的數(shù)據(jù)位暫存起來，若不一致，則不做任何處理。接收到的第2幀串行碼時，如果地址碼再次與自身地址編碼一致，則把接收到的數(shù)據(jù)位與暫存的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐位比較，如果2次接收到的數(shù)據(jù)位也完全相同時，數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)移到輸出寄存器，并由數(shù)據(jù)端D0～D3輸出。與此同時，VD5027的接收有效輸出端VT輸出高電平。

2）切換控制電路

接收解碼集成電路VD5027的VT端連接R-S觸發(fā)器的S端，它輸出的高電平使R-S觸發(fā)器Q端輸出高電平，2個開關(guān)導(dǎo)通，該監(jiān)控點的音頻信號和視頻信號分別進(jìn)入總線。與此同時，應(yīng)該斷開原來輸出視音頻信號監(jiān)控點解碼器中的模擬開關(guān)，圖3下方虛線框中電路為原解碼器控制模擬開關(guān)的相關(guān)電路。當(dāng)前解碼器VD5027的VT端輸出的高電平通過D1由前端環(huán)線進(jìn)入原解碼器，原解碼器VD5027的VT端輸出的高電平不會作用到R-S觸發(fā)器的S端，但是由前端環(huán)線進(jìn)入的高電平使異或門G5輸出電平由低變高，R-S觸發(fā)器R端高電平，它的Q端輸出低電平，關(guān)掉其控制的模擬開關(guān)。原解碼器開關(guān)的關(guān)閉和當(dāng)前解碼器開關(guān)的導(dǎo)通，使視音頻信號的切換得以實現(xiàn)。其余監(jiān)控點的解碼器由二極管的隔離，由前端環(huán)線進(jìn)入的高電平不會作用到R-S觸發(fā)器的S端，Q端也就保持低電平輸出，其控制的模擬開關(guān)保持關(guān)閉的狀態(tài)。

3）動作控制譯碼與輸出電路

當(dāng)監(jiān)控中心對前端設(shè)備進(jìn)行操控時，VD5027的VT端輸出高電平，然后經(jīng)過非門G3反相置4514的禁止端INH低電平，接下來4514將VD5027的D0～D3輸出的動作碼譯碼，在相應(yīng)的端口輸出高電平，最后經(jīng)驅(qū)動電路使前端設(shè)備工作。

3 計算機(jī)與單片機(jī)通信的軟件實現(xiàn)

軟件實現(xiàn)通信過程為：首先由計算機(jī)發(fā)出一呼叫信號，并做好接收單片機(jī)信號的準(zhǔn)備，單片機(jī)收到呼叫信號后響應(yīng)，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的服務(wù)程序，同時向計算機(jī)發(fā)送響應(yīng)信號[2-4]。這樣計算機(jī)就可以向單片機(jī)發(fā)送用戶所要求的地址碼和動作碼，單片機(jī)在接收到計算機(jī)發(fā)過來的編碼后，將編碼通過串口發(fā)送到串并轉(zhuǎn)換芯片74LS164。

3.1 控制碼編碼規(guī)則

在計算機(jī)和單片機(jī)之間握手成功之后，就可以進(jìn)行控制數(shù)據(jù)傳送了。本系統(tǒng)的控制編碼格式為：控制碼=動作碼+地址碼。

傳輸控制碼時，先傳地址碼，然后再傳動作碼。前端監(jiān)控現(xiàn)場的解碼器收到控制碼后，先驗證是否是傳輸給本監(jiān)控點的控制碼。如果不是，不作任何反應(yīng)；如果是，就將控制碼接收下來，并將動作碼解碼后去驅(qū)動控制電機(jī)實現(xiàn)對前端攝像頭動作的控制。

VD5026地址編碼線有8條，動作編碼線有4條，因此計算機(jī)向單片機(jī)傳送監(jiān)控現(xiàn)場的地址碼和動作碼共需2 byte，1 byte是地址碼，1 byte是動作碼，它們都用2位的十六進(jìn)制數(shù)表示?？删幋a的地址共256（2的8次方）個，分為16個分區(qū)（用地址碼的高4位表示），每個分區(qū)有16個攝像頭（用地址碼的低4位表示），例如，11H表示第1個分區(qū)中的第1個攝像頭。可實現(xiàn)的編碼動作有16（2的4次方）個。動作編碼如表1和表2所示。

表1 云臺控制動作編碼表（共8個動作）

表2 鏡頭控制動作編碼表（共6個動作）

需要注意的是，由于VD5026只有4條動作編碼線，故動作編碼字節(jié)的高4位不能用于動作編碼。

這部分編程設(shè)計主要用到的是Windows下串行口通信技術(shù)。

3.2 計算機(jī)端程序的實現(xiàn)

首先約定計算機(jī)和單片機(jī)的通信協(xié)議：PC機(jī)與單片機(jī)通信使用PC機(jī)的串口1（COM1），波特率為9 600 baud/s，信息格式為8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，無奇偶校驗位。

為了實現(xiàn)通信，在VB語言環(huán)境下設(shè)置1個用作控制通信的窗體，并設(shè)置1個通信的控件Mscomm1、1個握手（shakehand）按鈕、1個timer的控件。

在計算機(jī)和單片機(jī)完成握手之后，計算機(jī)就可以向單片機(jī)發(fā)送地址編碼和動作編碼了，其實現(xiàn)程序與以上程序類似，故在此不再贅述。

3.3 單片機(jī)端程序的實現(xiàn)

單片機(jī)接收到計算機(jī)發(fā)來的握手信號時，向計算機(jī)發(fā)送已接收信號，雙方握手通信完成。然后，單片機(jī)就可以接收計算機(jī)發(fā)出的地址和動作編碼，并將其傳給74LS164。

1）單片機(jī)與計算機(jī)的握手程序段如下：

2）單片機(jī)接收地址碼和動作碼的程序段如下：

3）單片機(jī)向74LS164通過串口發(fā)送地址編碼和動作編碼的程序段：

需要注意的是：在單片機(jī)將控制碼全部發(fā)送給74LS164后，單片機(jī)的P0.1口要發(fā)出一個低電平至VD5026的14腳即發(fā)射指令端，從而啟動VD5026向監(jiān)控前端的解碼器發(fā)送控制碼。

4 小結(jié)

筆者提出了一種全新的視音頻切換方式，打破了視音頻切換集中在監(jiān)控中心實現(xiàn)的傳統(tǒng)切換方式，這樣的視頻監(jiān)控系統(tǒng)既可以節(jié)省大量的線材和人工費用，又可降低施工難度，減少了傳輸線路故障隱患，提高了系統(tǒng)可靠性，應(yīng)用前景良好。

[1]劉富強(qiáng).數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]王保義，張少敏.接口與通信[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3]于英民，于佳.計算機(jī)接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[4]張迎新.單片微型計算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004.