便攜式艦艇視頻監(jiān)視系統(tǒng)檢測平臺設計及實現(xiàn)＊

孫義卓 隋紹勇 段 濤

（海軍七〇四廠 青島 266109）

1 引言

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，近十幾年來視頻監(jiān)視系統(tǒng)經(jīng)歷了從模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)到數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)再到網(wǎng)絡視頻監(jiān)視的大發(fā)展。同樣，海軍列裝的視頻監(jiān)視系統(tǒng)也經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字再到網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的三代發(fā)展。在實際使用中證明，該系統(tǒng)極大地方便了部隊的作戰(zhàn)及訓練任務，但是該裝備型號眾多，類型各異，且部件相互不兼容，又因監(jiān)視系統(tǒng)的云臺及攝像機大都安裝在人員不易操作的位置，如潛艇的艙室頂部邊角處、艦船的舷外等位置，給維修及檢測帶來很大的困難。本文提出了一個便攜式艦艇視頻監(jiān)視系統(tǒng)檢測平臺的設計及實現(xiàn)方案，可有效提高艦員或技術(shù)人員對該系統(tǒng)維修的效率。

2 艦艇視頻監(jiān)視系統(tǒng)簡介

按照視頻監(jiān)視系統(tǒng)信號傳輸?shù)念愋蛣澐郑＼娔壳傲醒b的視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要可分為模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)（含數(shù)字視頻監(jiān)視和網(wǎng)絡視頻監(jiān)視）兩種類型。其中模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要列裝于水下各大中型潛艇和早期的中型艦船。主要由室內(nèi)外攝像機、室內(nèi)外云臺、解碼器（攝像機及云臺）、主機（含鍵盤控制器、顯示器、視頻矩陣主機等）幾部分組成，其系統(tǒng)連接如圖1所示。

圖1 模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)組成框圖

數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)目前主要以網(wǎng)絡視頻監(jiān)視系統(tǒng)為主，主要列裝于各大中型水面艦船。該系統(tǒng)主要由室內(nèi)外攝像機、室內(nèi)外云臺、解碼器（攝像機及云臺）、網(wǎng)絡編解碼器、以太網(wǎng)板（光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)元內(nèi)置板卡，為編碼后的視頻信號提供信道）、主機（含鍵盤控制器、視頻服務器、顯示器等）等幾部分組成，其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡視頻監(jiān)視系統(tǒng)組成示意圖

3 艦艇視頻監(jiān)視系統(tǒng)檢測平臺組成

圖3 便攜式視頻監(jiān)視系統(tǒng)檢測平臺組成框圖

該檢測平臺主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，其中硬件系統(tǒng)主要由PMA（便攜式自動測試設備）、視頻編碼板、電源模塊、控制板、接口模塊幾部分組成，其組成圖如圖3所示。

如圖3所示，其中PMA為集成數(shù)字萬用表、示波器兩型儀表的便攜式計算機。本檢測平臺的軟件安裝于PMA上，艦員或技術(shù)人員可在其輔助下進行相應裝備的自助學習、現(xiàn)場可更換部件的檢測等功能。視頻編碼板主要實現(xiàn)模擬視頻信號的視頻編碼，用來檢測模擬視頻信號的質(zhì)量、數(shù)字視頻傳輸信道的質(zhì)量等。電源模塊主要為本檢測平臺、被檢測部件進行電源供電。控制模塊主要完成被測部件的串口指令發(fā)送及識別、各接口信號的分配等。接口模塊主要為不同型號的視頻監(jiān)視系統(tǒng)分機及部件提供相應的接口轉(zhuǎn)換。

4 艦艇視頻監(jiān)視系統(tǒng)檢測平臺主要功能及原理

本檢測平臺主要用于解碼器（攝像機及云臺）、攝像機、云臺、網(wǎng)絡視頻編解碼器、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)元視頻信號傳輸信道等部件及分機的測試。

平臺的核心為視頻編碼板［1］和控制板［2］，其中視頻編碼板基于高性能DSP芯片TMS320DM642設計，算法采用優(yōu)化的H264視頻壓縮算法，可輕松實現(xiàn)高清晰圖像的網(wǎng)絡傳輸，其原理框圖如圖4。圖中模擬視頻信號經(jīng)視頻解碼芯片SAA7115轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入DSP進行數(shù)字圖像編碼，然后通過網(wǎng)口驅(qū)動輸出。

圖4 視頻編碼板原理框圖

圖5 控制板原理框圖

控制板采用STM32F103微控制器為核心器件，其原理框圖如圖5所示。圖中微處理器集成UCOSII嵌入式操作系統(tǒng)。主要完成與PMA、接口模塊、視頻編解碼板的串口通信及控制，鍵盤的掃描等任務。

5 檢測平臺軟件設計

檢測平臺軟件包含視頻編碼板軟件、控制系統(tǒng)軟件和PMA軟件三部分，下面簡要介紹。

5.1 視頻編碼板軟件［3］

視頻編碼軟件［6］即DSP軟件，該軟件設計三個任務線程：輸入任務、編碼任務和網(wǎng)絡任務。它們的優(yōu)先級相同，但要高于空閑任務的優(yōu)先級。另外設計兩個同步消息以實現(xiàn)任務間消息傳遞。每個任務都有一個初始化函數(shù)，當系統(tǒng)啟動后就依次運行每個任務的初始化函數(shù)。三個任務函數(shù)通過同步消息觸發(fā)運行。DSP軟件結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 DSP軟件結(jié)構(gòu)

1）輸入任務包含三個功能：初始化、采集圖像幀和色度空間轉(zhuǎn)換，其中任務函數(shù)是色度空間轉(zhuǎn)換和向編碼任務傳遞消息。初始化分配存放圖像幀的內(nèi)存，然后采集一幀圖像，經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后封裝在消息中傳遞給編碼任務。

2）編碼任務［7］包含兩個功能：編碼器初始化和圖像編碼。編碼任務函數(shù)從輸入任務的消息中得到圖像幀并進行編碼，然后把一幀圖像的碼流封裝成消息傳遞給網(wǎng)絡任務。

3）網(wǎng)絡任務包含兩個功能：網(wǎng)絡初始化和向網(wǎng)絡發(fā)送一幀圖像的編碼碼流。網(wǎng)絡任務函數(shù)從編碼任務得到包含碼流的消息，打包并通過TCP／IP協(xié)議發(fā)送到網(wǎng)絡中。

5.2 控制板軟件［4］

控制板軟件即STM32F103的嵌入式UCOSII操作系統(tǒng)軟件［5］，其結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。該軟件主要含鍵盤掃描、串口收發(fā)和網(wǎng)口收發(fā)三個任務。其中鍵盤任務最高，主要實現(xiàn)對視頻監(jiān)視系統(tǒng)部件及分機的手動操作。串口和網(wǎng)口的任務主要在PMA的控制下進行通信。

5.3 PMA軟件

該軟件基于Windows XP操作系統(tǒng)，利用綜合測試診斷技術(shù)，通過TEAMS軟件開發(fā)綜合測試診斷策略，依托IETM平臺開發(fā)交互式電子技術(shù)手冊實現(xiàn)。該軟件可實現(xiàn)技術(shù)人員或艦員對各型視頻監(jiān)視系統(tǒng)的自助學習、并協(xié)助技術(shù)人員或艦員進行視頻監(jiān)視系統(tǒng)的故障定位及排除，其軟件結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖7 控制板軟件程序流程圖

圖8 PMA軟件結(jié)構(gòu)圖

6 結(jié)語

本檢測平臺可廣泛應用于各型艦艇的視頻監(jiān)視系統(tǒng)，兼容性較好，可有效提高艦艇視頻監(jiān)視系統(tǒng)維修及檢測的效率，具有較高的經(jīng)濟及軍事效益。

［1］劉富強.數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)及應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003，3：50－150.

［2］蒙博宇.STM32自學筆記 ［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2012，2：280－310.

［3］趙成.DSP原理與應用技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2012，1：108－128.

［4］劉波文.ARM CORTEX－M3權(quán)威指南［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2009，7：100－280.

［5］劉波文.ARM CORTEX－M3應用開發(fā)事例祥解［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2011，2：68－128.

［6］刑延超，皇莆偉.數(shù)字視頻處理原理及DSP實現(xiàn)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011，11：200－260.

［7］賈文全，李勇，王軍輝.基于TMS320DM8168硬件平臺的智能網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)［J］.計算機與數(shù)字工程，2012（9）.

［8］李亞文.基于殘差幀的室內(nèi)監(jiān)控視頻壓縮算法［J］.計算機與數(shù)字工程，2011（11）.

［9］張旭東.TI DSP在視頻傳輸中的應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009，11：110－160.