基于达芬奇平台的微波视频监控系统
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0引 言
电力系统是国民经济的主动脉，是人民正常生活最基本、最必须的保障；并且，随着现代社会的发展，人们对电力的依赖越来越强烈。因此，保障电力系统的正常运行是十分必要的。
为了保证电力设施的安全运行，需要视频图像监控系统。由于微波站已经安装了微波传输通道，因此可以采用现有的微波通道，就地取材。
微波通道的主要缺点是带宽窄、误码率高。采用世界上最先进的压缩标准是H.264，以构成高质量的图像监控系统。为了能够采用这一最新的视频压缩技术，采用由德州仪器(TI)公司最新推出的达芬奇平台。它里面包含了2个核，一个TI的TMS320C64x+和一个ARM9内核。一个负责运行操作系统的控制与调度任务，另一个负责处理计算比较剧烈的任务。2个核互相配合，形成一个功能强大的多媒体处理平台。
我们在德州仪器公司的DVEVM的硬件基础之上，确定了视频传输系统的硬件结构，设计并开发了视频终端的软件和中心站接收和浏览视频的软件，完成了整个系统的原理性开发。最终性能测试表明，我们能够在小于64K的带宽下，完成较好质量的CIF图像的视频传输。而在384K的带宽条件下，完成D1高分辨率的视频图像的连续传输。
1基于微波的视频监控系统结构
微波站图像监控系统的基本机理如下，它是由若干视频传输终端和一个中心站组成。各个视频监控点的视频信息通过点对点的微波通道，传输至中心站的计算机进行监控。微波传输的关键装置是阿尔卡特(Alcatel)A9800，它是一套点对多点的数字无线接人系统，使用TDM／TDMA FDD的空间接口进行传输。系统原理结构如图1所示。
2视频终端的硬件平台达芬奇DaVinciTM
采用的基于达芬奇的视频终端的结构图如图2所示，主要参照TI推出的基于达芬奇的DVEVM(数字图像评估系统)的硬件系统：
达芬奇平台上的软件开发平台DVSDK：即数字视频开发平台，是由Monta Vista公司提供，它包括：
(1)eXpress Configure Kit：它可将各个不同的软件模块即成为一个可执行文件，避免手工集成包括ARM和DSP上的软件，以及如何协调它们的工作。例如音视频的编解码模块、TI的Codec Engine、TI的DSP／BIOS real-time kernel及其TI的DSP／BIOS Linker等。
(2)TMS320C644x SoC Analyzer。它是一个单一的图形化系统，帮助开发员发现系统运行的瓶颈，找出问题并加以解决。它包括：系统集成、负载分布、数据输入输出等各种行为。
(3)Monta Vista操作系统：Monta Vista是公认的十分稳定的Linux操作系统，但DVSDK中专为数字视频应用而进行了大量的优化，使其成为支撑视频处理最优秀的作业系统。
3视频压缩技术H.264的应用
H.264的基本流程是编码器先将图像分割成图片，图片再分为宏块，对于每个宏块根据帧的类型分别加以处理。对于独立(I)帧，采用所谓的帧内预测，对非独立帧，采用帧间预测，即所谓的运动搜索，然后进行预测。并对预测采用DCT变换，最后采用熵编码(算术或变码长编码)。H.264由于采用了以下技术使压缩比大幅提高：
(1)1／4、1／8运动搜索技术，使运动搜索的匹配精度提高；
(2)多参考帧技术；
(3)帧内的精细预测技术；
(4)4×4小块预测技术，使图块更加容易匹配。
在H.264的基础上我们还进行了以下改进：
(1)应用视觉模型进一步减少视频信号所占的带宽。即对变换较大的图像部分采用较大的量化步长，较平坦的部分采用较小的量化步长。压缩后的图像质量与没有采用视觉模型的图像，几乎没有明显的区别，或只有一点点的降低，但图像的压缩比可增加可达10％左右。但PSNR上反映出来的误差稍大，但对很多应用来讲，人们并不很关心具体的PSNR的大小。而以眼见为实的东西为准。
假设基准的量化水平为q，欲进行变换的块的变化量，从横向相邻像素的绝对误差之和为△：
式中：n为快的大小(4或8)，p(i，j)为该位置上的像素值。则该块的新的量化水平将被调节为：
式中：qmin，qmax为设定的最小和最大量化水平(10，51)，floor表示取整数运算，μ为调节系数。其中对MPEG的测试系列news(CIF)进行压缩后有以下结果：尽管PSNR略差，但视觉上的差别不是很大，比较如图3所示。
我们在德州仪器公司的DVEVM的硬件基础之上，设计了视频传输系我们在德州仪器公司的DVEVM的硬件基础之上，设计了视频传输系统的硬件结构，并开发了视频终端的软件和中心站接收视频的软件，完成了整个系统的开发。性能测试表明：在64 K带宽环境下实现CIF的图像监控，监控帧率可达每秒2～5帧左右，时间延迟在2～3 s，满足作为监控目的基本要求；如果绑定6×64 K=384 K的通道，则能够在小于384 K的带宽下，完成高质量的D1(704×576)图像高分辨率的视频图像的连续传输，实现设计要求。画面质量的平均PSNR在30 dB左右，满足视觉需要，可以辨认不法闯入分子的身份。
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