・２０・ 《测控技术｝２０１３年第３２卷第ｌ２期 远程无线多路视频处理系统设计与实现 王（１．西北工业大学第３６５所，陕西西安健 ，宋颖慧 ，向建军 ７１００６５；２．西北工业大学电子与信息学院，陕西西安７１００３８） ７１００７２； ３．空军工程大学航空航天工程学院，陕西西安摘要：为便于对远程试验目标区域进行实时视频监控，采用无线遥控发射和接收以及多通道视频等处理 技术，研制具有遥控功能的远程无线多路视频处理系统。系统采用嵌入式单片机对多路视频处理芯片 进行控制，根据系统串行接口接收的远程遥控指令，完成遥控指令的解码、摄像头云台控制、多路视频信 号的复合、多路视频信号单路显示等处理。设计的系统成功应用于某靶场远程试验系统，具有成本低、 可靠性高等特点，并取得了理想的应用效果。 关键词：多路；视频监控；嵌入式单片机；远程无线 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—８８２９（２０１３）１２—００２０—０４ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｍｏｔｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｎｄ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｍｕｌｔｉ－Ｃｈａｎｎｅｌ Ｖｉｄｅｏ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＷＡＮＧ ｊｉａｎ ，ＳＯＮＧ Ｙｉｎｇ—ｈｕｉ ，ＸＩＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｊｕｎ （１．Ｎｏ．３６５ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ，Ｎｏ￣ｈｗｅｓｔｅｍ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７ １００７２，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｘｉ’ａｎ ７１００３８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｆｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ，ａ ｒｅｍｏｔｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｎｄ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ ｒｉｄ— ｅｏ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｌｅｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ，ｒｅｃｅｉｖｅ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ－ｖｉｄ— ｅｏ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｃｈｏｓｅｎ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ａ ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ ｖｉｄｅｏ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｈｉｐ ＴＷ２８２３ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｔｈｅ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ａｆｔｅｒ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｌｅｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔ，ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｄｅｃｏｄｅ ｔｈｅ ｔｅ！ｅｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｖｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ，ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ— ｃｈａｎｎｅｌ ｖｉｄｅｏ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｙ ｓｉｇｎａｌ ｖｉｄｅｏ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｎｄ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｍｕｌｔｉ・ｃｈａｎｎｅｌ ｖｉｄｅｏ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｈａｓ ｓｏｍｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｃｈｅａｐ，ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ；ｖｉｄｅｏ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｒｅｍｏｔｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ 高危险、高辐射等野外试验任务要求试验人员在 保证安全的基础上，必须及时观察或记录远处被试装 输质量好、设备成本低、可靠性高、不易受传输距离监 控地点限制等优点，满足了外场试验需要。 备的状态。过去多采用有线电缆远距离传输视频信 号，但其距离短、移动性和灵活性差，已不能适应外场 远程视频监控需要¨ Ｊ。为此，设计远程无线多路视 频监控系统，可满足４路复合视频图像处理以及无线 １ 系统总体方案 为实现远程无线多路视频监控功能，需要设计视 频图像多路复合处理、远程遥控信号的发射和接收、摄 像头和云台的远程无线控制指令接收等。为便于控制 和提高可靠性，系统图像传输和接收采用ＦＭ调制方 传输功能，满足了高危险、高辐射，以及试验点和试验 距离频繁变动等视频监控的需要。本系统具有视频传 收稿日期：２０１２—０９～２４ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１１０１１８８） 作者简介：王健（１９７２一），男，陕西西安人，博士，副教授，研究 方向为视频压缩技术、阵列信号处理、三维可视化技术。 式，工作频段２．４ ＧＨｚ；遥控指令发射接收采用ＦＳＫ调 制方式，工作频段４３３ ＭＨｚ。采集图像分辨率为Ｄ１ （７２０像素Ｘ５７６像素），地面通视情况下３ ｋｍ。设计 的系统主要由视频处理单元、嵌入式单片机控制电路、 ＲＳ４８５电平转换、遥控信号的发射和接收、电源转换等 远程无线多路视频处理系统设计与实现 ・２ｌ・ 组成，设计框图如图１。这样，在控制中心发射无线遥 控指令可实现对目标场地的多路视频监控控制，系统 简单易行。采用双通道传输方式，有效保证了控制指 令和图像数据的无线传输可靠性，易于实现。 和云台控制指令的接收和传输工作。同时，针对 Ｗ７８Ｅ５１６Ｂ只有一个ＲＳ２３２串行接口的情况，采用４ 片ＭＡＸＩＭ公司的ＲＳ４８５接口芯片ＭＡＸ４９０进行扩 展，利用一片ＭＡＸ４９０完成ＲＳ４８５电平遥控指令的接 收，摄像头云台ＲＳ４８５电平控制指令的发射则由４片 ＭＡＸ４９０发射端口完成，图像处理控制指令、摄像头云 台控制指令的译码则由遥控指令处理程序完成。 ２．４遥控发射、接收 远程遥控指令的发射和接收设计分别完成对控制 中心端的遥控指令的发射，以及在监控现场接收控制 图１ 远程无线多路视频监控处理系统设计框图 ２硬件设计 ２．１ ＴＷ２８２３视频处理芯片 ＴＷ２８２３是Ｔｅｃｈｗｅｌｌ公司推出的４通道视频处理 芯片，包括４个高质量的ＮＴＳＣ／ＰＡＬ视频解码器、双视 频译码器以及一个先进的ＯＳＤ控制电路，可提供视频 动态检测、视频控制、视频输出和多芯片级联等功能， 已经成为一种针对Ｑｕａｄ／Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ的高性能、低成 本的解决方案 。 ２．２嵌入式单片机控制处理 无线视频传输系统的视频控制处理、遥控数据接 收、遥控协议数据的解码等工作，需要在嵌入式单片机 的控制和处理下完成。采用华邦嵌入式单片机 Ｗ７８Ｅ５１６Ｂ，其最高工作频率为４０ ＭＨｚ，程序存储器和 数据存储器寻址空间范围是６４ ＫＢ，具有一个全双工 串行通信口Ｌ４］。在设计中，为保证数据传输的稳定 性，设计了ＴＷ２８２３寄存器ＨＣＳＢ０和ＨＣＳＢ１的控制 选通信号，ＴＷ２８２３、ＳＤＲＡＭ的控制电路，外围 ＭＡＸ８１３Ｌ看门狗电路以及Ｐ２按键控制接口，实现除 软件控制外键盘方式控制菜单功能。 ２．３遥控指令接收处理接口 远程多路视频处理系统的遥控指令包括监控摄像 头、云台和多路视频处理单元的控制指令。遥控摄像 头原理：控制中心利用通过遥控数据发射模块发射遥 控指令，通过远端接收模块接收后送人遥控指令接收 处理接Ｅｌ完成无线遥控指令译码（参见３．３遥控指令 处理程序）和转发。其中，若遥控指令中含有图像处 理控制指令，则执行相关多路视频处理操作；若遥控指 令含摄像头和云台遥控指令，则将遥控数据转发到摄 像头和云台。此外，为满足摄像头和云台远程控制需 要，采用ＲＳ４８５接１５１完成遥控指令的接收、４个摄像头 中心发射的遥控指令功能。为此，无线遥控发射接收 单元采用ＥｗＲＦ３０２２ｕＡＨ＿４Ｃ串行数据收发模块进行 设计，其工作模式为点对点串行数据收发，可满足整个 系统的遥控指令发射和接收 Ｊ。在无线遥控发射端， 控制系统将ＥＷＲＦ３０２２ＵＡＨ－４Ｃ配置为串行数据的发 射；而在无线遥控接收端，控制系统将 ＥｗＲＦ３０２２ｕＡＨ４ｃ配置为串行数据收发模块的接收。 ３ 软件设计 为保证遥控接收处理程序和系统图像处理主程序 响应 ６ Ｊ，设计中对遥控接收处理功能采用串口中断 （完成诸如多路图像放大缩小、多路视频图像选择、视 频ＯＳＤ功能开启、摄像头和云台控制等）处理，而系统 的单片机、ＴＷ２８２３初始化和多路视频处理则由主程 序完成，如此反复。系统工作流程：控制中心发送无线 遥控指令，通过遥控接收模块接收多路视频监控处理 系统的遥控指令后，通过ＲＳ４８５接１５模块转换为 ＲＳ２３２电平，送入嵌入式单片机ＲＳ２３２串口；单片机根 据ＲＳ２３２数据完成多路视频监控处理系统协议、摄像 头、云台控制指令的解析处理以及遥控指令帧同步头 提取，并根据帧头标志位的数据执行相应的处理：如果 帧同步头和控制指令是多路视频处理和控制指令，则 执行多路视频合成或图像处理，并通过图像发射单元 将视频发送至地面监控设备以实现对远端目标场地的 实时监控；如果是摄像头和云台控制指令，则通过系统 ＲＳ４８５接口将控制指令送至摄像头和云台。 ３．１ 系统处理主程序软件设计 根据需要，系统处理主程序和串口中断通信控制 软件采用ＫＥＩＬ Ｃ语言，基于模块化的思想进行设计。 系统主程序主要完成嵌入式单片机初始化、图像处理 芯片ＴＷ２８２３初始化工作 ｊ。软件工作流程为： ①上电后，程序对嵌入式单片机接口进行初始化 配置，完成程序变量初始赋值和嵌入式单片机各端口 状态设定，例如，初始化嵌入式单片机各寄存器，配置 ＴＷ２８２３寄存器。 ②程序进入视频处理主循环，配置看门狗，等待 ・２２・ 《测控技术￣２ｏ１３年第３２卷第１２期 可靠性也不能得到保证。 ②程序对串口每接收到一个字节数据就进行逐 串口中断信号。当串口正确接收到遥控系统发射的遥 控中断指令后，立即退出主程序，执行对应的串口处理 程序。 ３．２视频处理程序 字节判断。其串口发射程序简单，只需执行发射指令 的功能即可，逐字节处理能保证遥控指令协议正确译 码。 视频处理芯片ＴＷ２８２３含有视频解码器、显示通 道的视频控制、５层图形覆盖功能３个页面专用寄存 器 。因此，需要根据用户需要进行相应的设置。有 关多路图像合成、多路图像放大缩小、选择、视频ＯＳＤ 功能开启处理等软件流程略。 ３．３遥控指令处理程序 通过串口接收的系统遥控指令中，包括遥控指令 同步帧头、多路视频处理帧标志、摄像头和云台控制帧 标记、视频处理控制指令、摄像头和云台控制指令等 １０个字节遥控指令协议。在遥控协议中除包括设置 帧头１和帧头２标志外，还包括视频处理标志和摄像 头云台标志，以便提取视频处理指令和摄像头云台控 制指令。具体遥控指令格式如表１所示。 表１遥控指令协议 字节１字节２字节３字节４字节５字节６字节７字节８字节９ 综上，系统采用方法②完成遥控指令处理程序，遥 控指令处理的可靠性和鲁棒性得到相应提高。软件工 作流程如图２所示。 ４ 系统测试及性能分析 由于系统采用视频图像和遥控指令双通道处理方 帧头１帧头２帧标记指令ｌ指令２指令３指令４指令５指令６ ＯｘＥＢ Ｏｘｇ０ ０】（６Ｅ 帧头１帧头２云台标指令１指令２指令３指令４指令５指令６ ０ｘＥＢ ０ｘ９０记０ｘＦＦ 式，系统的控制指令、图像的传输距离以及图像传输质 量决定了系统的性能。为测试整个系统的性能，采用 野外实地测试。 测试１：视频监控摄像头、视频传输天线和遥控指 令接收天线放置在乡村公路旁，遥控指令发射天线和 视频接收天线放在视距范围内３ ｋｍ处，两者之间没有 大的障碍物。 测试２：移动遥控指令发射天线和视频接收天线 距离５ ｋｍ，两者之间没有大的障碍物。 测试结果：图３中分别为３ ｋｍ和５ ｋｍ控制系统 接收到的视频图像效果。测试结果表明两个Ｄ１分辨 率的视频效果都很好，摄像头都能够收到远处３ ｋｍ和 ５ ｋｍ的控制信号，没有出现漏控情况，能够满足远程 无线多路视频处理系统的指标要求。 在对遥控指令进行处理过程中，可以采用以下２ 种方法： ①串Ｉ＝Ｉ接收到９个字节数据后，再按照遥控指令 ５结束语 远程无线多路视频处理系统已经成功应用于某靶 协议对这９个字节数据进行逐字节判断。对于串口出 现数据紊乱时会引起帧头位置判断错误情况，采用在 场远程试验系统，可根据外场试验地点灵活部署，具有 串口发射程序中加入相应的判断和处理ｌ６ｊ，但会导致 串口发射程序复杂度提高，系统总体效率反而会降低， 监控图像效果好，成本低廉，监控距离远，监控地点不 受限制等优点，满足了外场试验监控需要。 （上接第１９页） 参考文献： ［１］徐永成，罗日荣，陶利民，等．射频识别技术国内外应用现 状、问题与对策［Ｊ］．测控技术，２００８，２７（１１）：１—３． ［２］Ｄａｎｅｖ Ｂ，Ｈｅｙｄｔ—Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｔ Ｓ，Ｃａｐｋｕｎ Ｓ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ—ｌａｙｅｒ ｉ－ ｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＲＦＩＤ ｄｅｖｉｃｅｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １８ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＵＳＥＮＩＸ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ．２００９． ［５］Ｂｅｒｔｏｎｃｉｎｉ Ｍ，Ｒｕｄｄ Ｋ，Ｎｏｕｓａｉｎ Ｂ，ｅｔ ａ１．Ｗａｖｅｌｅｔ ｉｆｎｇｅｒｐｒｉｎｔ— ｉｎｇ ｏｆ ｒａｄｉｏ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ（ＲＦＩＤ）ｔａｇｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｉｒｌａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１２，５９（１２）：４８４３ —４８５０． ［６］Ｃｏｂｂ Ｗ Ｅ，Ｌａｓｐｅ Ｅ Ｄ，Ｂａｌｄｗｉｎ Ｒ Ｏ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｐｈｙｓｉｃａｌ— Ｌａｙｅｒ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃ— ｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｆｎｏｒｍａｔｉｏｎ Ｆｏｒｅｎｓｉｃｓ ａｎｄ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，２０１２，７（１２）． ［７］ Ｆｉｎｋｅｎｚｅｌｌｅｒ Ｋ．射频识别技术［Ｍ］．吴晓峰，陈大才，译．３ 版．北京：电子工业出版社，２００６． ［３］Ｔａｌｂｏｔ Ｋ Ｉ，Ｄｕｌｅｙ Ｐ Ｒ，Ｈｙａｔｔ Ｍ Ｈ．Ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｅｍｉｔｔｅｒ ｉｄｅｎｔｉｉｆ— ｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２００３，Ｓｐｒｉｎｇ／Ｓｕｍｍｅｒ． ［８］Ｚｈａｎｇ Ｇ Ｘ，Ｊｉｎ Ｗ Ｄ，Ｈｕ Ｌ Ｚ．Ｒｅｓｅｍｂｌａｎｃｅ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｉｎｔｒａｐｕｌｓｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｒａｄａｒ ｅｍｉｔｔｅｒ ｓｉｇ－ ［４］Ｈａｍｄｉ Ｍ，Ｍｅｄｄｅｂ－Ｍａｋｈｌｏｕｆ Ａ，Ｂｏｕｄｒｉｇａ Ｎ．Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｓｔａ— ｎａｌｓ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００５，１４（２）：３３７— ３４０． ｔｉｓｔｉｃａｌ ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｃ］／／ＥＵＲ－ ＡＳＩＰ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．２００９． 口 己线多路视频处理系统设计与实现 ・２３・ 图２远程无线多路视频监控处理系统遥控协议处理程序 ２０１１，３０（２）：１１—１５． ［２］ 齐怀琴，徐刚，花晓慧．基于ＤＳＰ的远程火灾监控系统设 计［Ｍ］．测控技术，２０１０，２９（１２）：４８—５１． ［３］ ＴｅｃｈｗｅＨ，Ｉｎｃ．ＴＷ２８２３ ４ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｖｉｄｅｏ ＱＵＡＤ／ＭＵＸ Ｃｏｎ・ ｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ Ｃａｒ ａｎｄ Ｑｕａｄ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｚ］．２００７． ｎｂｏｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐ．Ｗ７８Ｅ５１６Ｂ Ｕｓｅｒ Ｍａｎｕａｌ［ｚ］． ［４］ ＷｉＲｅｖｉｓｉｏｎ Ａ３．２Ｏｏ０． 图３ 多路视频处理系统图及各种视频效果 ３０２２ＵＡＨ无线通信模 ［５］ 深圳易达讯科技有限公司．ＥＷＲＦ 块用户手册［Ｚ］．２００８． ［６］ 王颖，赵硕，基于ＣＰＬＤ扩展的嵌入式织机监控系统设计 ［Ｊ］．测控技术，２０１１，３０（２）：７３—７７． 口 史献： 周慧玲，甘典文，王智威，等，基于ＡＲＭ／ＧＰＲＳ／ＺｉｇＢｅｅ技 术的无线粮情监控系统的设计与实现［Ｊ］．测控技术，
