計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【摘要】隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)滲透各個(gè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的機(jī)器人技術(shù)結(jié)合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成了遠(yuǎn)程的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，給現(xiàn)代人帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要是對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、應(yīng)用等方面做出分析。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人；視頻監(jiān)控；設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要采取2路無(wú)線通道完成的，圖像1路采用的是視頻無(wú)線通道傳輸，另一路采用無(wú)線數(shù)傳控制數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)體積設(shè)備較大，抗干擾的能力薄弱。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將無(wú)線的局部區(qū)域網(wǎng)、城域網(wǎng)及廣域網(wǎng)連接起來(lái)成一體，使監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備小且抗干擾能力強(qiáng)，還可以節(jié)省頻率資源。

1.計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

（1）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)主要采用了ARM7、DSP、Bluetooth、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及視頻嵌入技術(shù)等。首先，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要利用計(jì)算機(jī)做上位機(jī)，ARM744BOX為下位機(jī)，經(jīng)Bluetooth技術(shù)輸送，息收到后開(kāi)始控制機(jī)器人的各種動(dòng)作；然后，利用DSP技術(shù)對(duì)路線拍攝的圖像進(jìn)行處理，輸送到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻發(fā)送的裝置內(nèi)，使無(wú)線視頻接受并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，最后通過(guò)USB接口傳入上位機(jī)內(nèi)，圖像現(xiàn)在計(jì)算機(jī)內(nèi)自動(dòng)顯示出來(lái)。[1]

（2）ARM744BOX開(kāi)發(fā)板為下位機(jī)對(duì)網(wǎng)口進(jìn)行控制。開(kāi)發(fā)板集成網(wǎng)口、USB及串口等來(lái)接受上位機(jī)的信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)的處理控制機(jī)器人。機(jī)器人根據(jù)把不同的信號(hào)指令開(kāi)始進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)與ARM板進(jìn)行通訊，把開(kāi)發(fā)板掛載到計(jì)算機(jī)上，經(jīng)網(wǎng)線把軟件下載到RAM內(nèi)，有計(jì)算機(jī)和開(kāi)發(fā)板進(jìn)行通訊。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)攝像系統(tǒng)需采用DSP中的壓縮法，主要應(yīng)用于視頻采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控及高分辨率的視頻壓縮。不過(guò)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中最具防范力的是嵌入式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)。[2]這種視頻控制系統(tǒng)主要利用數(shù)字化視頻控制，以計(jì)算機(jī)為中心，信息處理做基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)字視頻信號(hào)把攝像中獲取的信號(hào)指示進(jìn)行傳輸、儲(chǔ)存，是一種綜合性的新型監(jiān)控系統(tǒng)。具有極高的先進(jìn)性和可擴(kuò)充性，是我國(guó)未來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的方向。

2.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究

（1）科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)不斷提高。能夠獲得現(xiàn)場(chǎng)的第一首資料。與傳統(tǒng)的監(jiān)控模式相比，數(shù)字化的監(jiān)控系統(tǒng)存在著明顯的優(yōu)勢(shì)：利于進(jìn)行壓縮、分析、存儲(chǔ)及圖像顯示；抗干擾能力較強(qiáng)，不受傳輸信號(hào)衰敗的影響，最適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)取＝陙?lái)，我國(guó)科研項(xiàng)目把遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)進(jìn)行探討研究。數(shù)字化視頻需要在保證圖像質(zhì)量清晰情況下對(duì)其進(jìn)行低碼速率的壓縮。壓縮有兩個(gè)途徑，一是想辦法改變使得信源概率分布均勻；二是聯(lián)合信源的冗余度寓于信源間的相關(guān)性中。依據(jù)這些理論加上人眼視覺(jué)模型，科學(xué)家提出了很多去除圖像冗余度的方法：圖像本身具有很多冗余信息，根據(jù)研究圖像統(tǒng)計(jì)特性觀察圖像信息形成的過(guò)程指定相應(yīng)的高效去除法。比如說(shuō)研究圖像能量在空間和區(qū)域的分布量是否均勻，能量高的地區(qū)用較多比特?cái)?shù)，能量偏低區(qū)域較少比特?cái)?shù)編碼等來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮的目的。在視頻監(jiān)控圖像中，大多部分圖像編碼都具有失真的情況，圖像質(zhì)量的好壞主要取決于人們的眼睛（眼睛的主觀感覺(jué)）。因此，研究人眼系統(tǒng)對(duì)圖像信息處理模型，成立人主觀判決失真的測(cè)量函數(shù)十分重要。圖像編碼的算法：圖像變換；量化；無(wú)失真編碼。

（2）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信一般出現(xiàn)在地形比較復(fù)雜的地區(qū)或壞境下，因此需要解決很多問(wèn)題，比如，人和自然對(duì)無(wú)線信息的干擾等問(wèn)題。直至目前，我國(guó)還沒(méi)有任何一項(xiàng)通信技術(shù)可以超過(guò)無(wú)線通信的程度。擴(kuò)頻通信所用的傳輸信息帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬。出現(xiàn)在二次世界大戰(zhàn)末期，由于其價(jià)格昂貴，技術(shù)復(fù)雜等原因，直至80年代才進(jìn)入實(shí)用的階段。擴(kuò)頻通信與無(wú)線電通信系統(tǒng)比較，主要是發(fā)射端和接收端分別增加了擴(kuò)頻調(diào)制和解調(diào)過(guò)程。發(fā)射端運(yùn)用一組高于信號(hào)速率的速率對(duì)原信號(hào)碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，把信號(hào)擴(kuò)展到頻帶上，把擴(kuò)頻之后的額信息調(diào)制到空間載頻上行發(fā)送，頻率在千兆左右。大部分噪聲信號(hào)被濾掉，減少極大的提高，誤碼率降低等。擴(kuò)頻方式：直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)；調(diào)頻擴(kuò)頻系統(tǒng)；跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)及線性調(diào)頻等技術(shù)。在這些擴(kuò)頻方式中最重要的是直接序列擴(kuò)頻和調(diào)頻技術(shù)等。根據(jù)上述問(wèn)題設(shè)計(jì)特定的視頻壓縮方案，設(shè)計(jì)視頻研所方案比較簡(jiǎn)單，能夠縮減成本及開(kāi)發(fā)周期等。

3.計(jì)算機(jī)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

（1）隨著監(jiān)控視頻領(lǐng)域需求的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控器已經(jīng)不能滿足他們的需求，因此，計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)適時(shí)發(fā)展起來(lái)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)有微波、wlan、CDMA等多種方式，例如，其中CDMA方案的設(shè)計(jì)無(wú)論是安裝還是便利性都是最出色的。CDMA主要是在數(shù)字技術(shù)上的擴(kuò)頻通信上發(fā)展起來(lái)的，屬于一種新的無(wú)線通信技術(shù)。CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)速率高達(dá)154Kbps，一般穩(wěn)定的狀態(tài)下速率為75Kbps，是普通上網(wǎng)速率的3倍多[4]。CDMA利用專用的載頻及信息通道，通過(guò)PDSN網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接傳輸信息，整個(gè)傳輸過(guò)程中表現(xiàn)出相當(dāng)優(yōu)秀的速率及穩(wěn)定性。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是無(wú)論何時(shí)何地，用戶都可以采集圖像的信息，并實(shí)施傳輸，自由度比較大。利用UIM卡可以立即傳輸視頻，避免時(shí)間和成本的浪費(fèi)。

（2）單個(gè)的CDMA無(wú)線傳輸模塊傳輸?shù)乃俾室彩鞘址€(wěn)定的，約在80Kb9s左右。但是傳輸清晰度的視頻圖像是達(dá)不到的。比如，H265壓縮方式下C1F倍式的固像約需要150-290Kbps.此時(shí)，必須就需要基于TCPAP協(xié)議的多通道傳輸技術(shù)來(lái)完成任務(wù)，同時(shí)也便于擴(kuò)展帶寬的實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)測(cè)試表明，多種通道傳輸不一定能夠?qū)捑€性倍增，帶寬主要是跟隨CDMA通道數(shù)相應(yīng)的增加。

（3）計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人視頻監(jiān)控系統(tǒng)滿足移動(dòng)性勢(shì)在必行。這就意味著CDMA需要面對(duì)基站切換、信號(hào)強(qiáng)弱變化的不穩(wěn)定狀況，帶寬的動(dòng)態(tài)變化就是CDMA網(wǎng)絡(luò)的狀況的反應(yīng)。為了滿足這種帶寬的動(dòng)態(tài)變化，如果滿足傳輸高效，低延遲與帶寬的變化相適應(yīng)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻就可以正常工作，這時(shí)候就需要一種新的高科技技術(shù)——自適應(yīng)碼率調(diào)節(jié)技術(shù)。動(dòng)態(tài)比特率是一種全新的高科技?jí)嚎s方法（縮寫VBR，動(dòng)態(tài)比特率與傳統(tǒng)的CBR編碼不同）。編碼中出現(xiàn)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)和復(fù)雜數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)動(dòng)態(tài)比特率是十分有益的。比如，動(dòng)態(tài)比特率使用時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)的為內(nèi)容簡(jiǎn)單部分分配定量的比特，剩余的部分全部留給能夠生成高質(zhì)量的復(fù)雜部分。在保持文件大小相同的情況下，混合內(nèi)容在使用動(dòng)態(tài)碼率的時(shí)候，動(dòng)態(tài)碼率輸出的結(jié)果比固定碼率輸出結(jié)果的質(zhì)量高。[5]某些情況下，動(dòng)態(tài)碼率的文件質(zhì)量保持與固定碼率保持平等時(shí)，動(dòng)態(tài)碼率文件的大小只有固定碼率文件的一半，甚至更少。

4.總結(jié)

為了使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)更好的發(fā)展，必須加強(qiáng)對(duì)其的研究及設(shè)計(jì)，成立設(shè)備小、抗干擾能力強(qiáng)的系統(tǒng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉潔瑜，王黎明，錢培賢.基于MJPEG2000嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻采集壓縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2004，21（12）：168-170.

[2]喬彩風(fēng)，宋世軍，何忠.數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2007，12：45-48.

[3]曹玉棟，胡飛.FTMEDB系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28（2）：495-497.

[4]張?jiān)捶鍩o(wú)線視頻監(jiān)控傳輸技術(shù)的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，（22）：79-80.

[5]王輿軒，祝歇飛耐移動(dòng)可信模塊安全體制的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28（19）：34-37.