基于CDMA的無(wú)線(xiàn)圖像監控終端設計

　　目前，數字類(lèi)消費電子產(chǎn)品的需求增長(cháng)驚人。在這些產(chǎn)品中，成像和視頻類(lèi)產(chǎn)品比重很大。并且技術(shù)積累日益成熟，單說(shuō)算法有靜態(tài)圖像的JPEG標準、動(dòng)態(tài)視頻的MPEG1、MPEG2、MPEG3和H.263、H.264,并有向H.264過(guò)渡的趨勢。將相關(guān)的圖像技術(shù)應用于生產(chǎn)中將是我們考慮的一個(gè)重要方向。在銀行、變電站、車(chē)站等場(chǎng)所，需要重點(diǎn)考慮單張圖片的提取分析要求，以及控制應用成本，所以用M-JPEG算法比較合適。

　　本監控系統基于TMS320DSC21嵌入式處理器平臺和嵌入式Linux系統，分為遠程現場(chǎng)采集端和本地監控終端，通過(guò)CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸，如圖1所示?，F場(chǎng)采集端采集監控現場(chǎng)單幀圖像和視頻連續幀并編碼壓縮成M-JPEG并保存成文件，然后通過(guò)CDMA網(wǎng)路傳給本地監控端。監控端接收到圖像數據后，進(jìn)M-JPEG解碼并在模擬液晶屏上顯示出來(lái)。M-JPEG采用幀內壓縮算法，對長(cháng)時(shí)間沒(méi)有變化的對象可以達到較高的壓縮比，并且成本較低，從而實(shí)現在帶寬有限的情況下實(shí)現遠程觀(guān)測。本文主要介紹監控終端的設計。

　　系統硬件結構

　　系統監控終端硬件組成結構如圖2所示。

　　CPU采用TI公司芯片TMS320DSC21。該芯片是TI公司推出的一款基于多處理器架構之上的DSP數字圖像處理器。其采用一個(gè)ARM7 32 位 RISC 微控制器來(lái)處理非成像功能，并用作整個(gè)系統的主控制器，同時(shí)采用可編程的 C5409 DSP 核心處理圖像解碼。另外，DSC21 還集成了專(zhuān)門(mén)用于處理大部分復雜計算圖像任務(wù)的可編程協(xié)處理器。其中一個(gè)協(xié)處理器——圖像處理引擎iMX執行 DCT、反向DCT，其它協(xié)處理器執行可變長(cháng)度編碼/解碼、量化與逆量化。

　　電源模塊負責電源的平穩輸出和監視。

　　CDMA無(wú)線(xiàn)接收模塊接收JPEG數據流，并存放到SDRAM中。圖像顯示模塊將解壓后的原始圖像在電視或模擬液晶屏上顯示出來(lái)。

　　存儲器模塊由FLASH與SDRAM組成。FLASH存儲器用來(lái)存儲程序，是系統獨立運行(脫機運行)必不可少的組成部分。SDRAM存儲器用于系統軟件的運行以及圖像數據的存儲。這樣可以調用以前的圖像數據，用于研究。

　　調試仿真模塊用于調試仿真使用，還可以通過(guò)它將圖像數據從SDRAM中導入電腦中。

　　系統軟件結構

　　系統的設計基于開(kāi)放源代碼Linux操作系統，本系統移植的是2.4版本。整個(gè)Linux系統的層次結構如圖3所示。

　　整個(gè)Linux系統以前面介紹的TMS320DSC21硬件平臺為基礎，針對本系統硬件需要的主要驅動(dòng)程序分別是CDMA模塊驅動(dòng)和OSD圖像顯示驅動(dòng)。驅動(dòng)程序對底層硬件進(jìn)行抽象，為頂層應用程序提供一致的底層接口。JPEG圖像數據接收、管理程序作為一個(gè)常駐守護線(xiàn)程一直監控底層CDMA模塊的活動(dòng)，并給上層應用層程序提供相關(guān)接口函數。

　　頂層應用層程序通過(guò)JPEG圖像數據接收、管理服務(wù)程序獲取從CDMA驅動(dòng)接收來(lái)的圖像數據，然后調用huffman解碼庫對圖像進(jìn)行解壓，然后把解壓后的YUV數據存入SDRAM，然后映射到OSD區域，通過(guò)液晶屏顯示出來(lái)。

　　圖像的JPEG解碼實(shí)現

　　mclinux系統控制DSP端進(jìn)行JPEG解碼，經(jīng)過(guò)預處理、Huffman 解碼、反量化、IDCT 變換這幾個(gè)主要步驟將JPEG 圖像數據恢復成壓縮編碼前的圖像數據，然后經(jīng)過(guò)OSD處理最終在液晶屏上顯示出圖像來(lái)。詳細流程如圖4。

　　用CDMA模塊無(wú)線(xiàn)傳輸圖像數據

　　CDMA是碼分多址的英文縮寫(xiě)(Code Division Multiple Access)，它是在數字技術(shù)的分支——擴頻通信技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種移動(dòng)通信技術(shù)。不同的移動(dòng)臺共用一個(gè)頻率應用擴頻通信技術(shù)對每個(gè)移動(dòng)臺分配一個(gè)獨特的、隨機的碼序列，每個(gè)碼序列互不相同，而且彼此都不相關(guān)。它的容量接近于以前CDMA 1×系統容量的兩倍，從而能夠適應不斷成長(cháng)的語(yǔ)音服務(wù)和無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)新型服務(wù)的需要。其次它的最高下載速度可以達到153kbps(將來(lái)可以達到307kbps)，上傳速度達64K。這樣的速度對于每秒4幀左右的352x288的M-JPEG壓縮圖像數據的傳輸已經(jīng)足夠。

　　為了能在盡量少的數據冗余的情況下，準確無(wú)誤的傳送數據，本系統的底層參考了XMODEM協(xié)議。

　　XMODEM協(xié)議是一種使用撥號調制解調器的個(gè)人計算機通信中廣泛使用的異步文件運輸協(xié)議。這種協(xié)議以128字節塊的形式傳輸數據，并且每個(gè)塊都使用一個(gè)校驗和過(guò)程來(lái)進(jìn)行錯誤檢測。如果接收方關(guān)于一個(gè)塊的校驗和與它在發(fā)送方的校驗和相同時(shí)，如果包成功接收，接收方會(huì )返回一個(gè)肯定應答信號(ACK)，如果發(fā)現錯誤，則返回一個(gè)否定應答信號(NAK)并重新發(fā)送數據包。然而，這種對每個(gè)塊都進(jìn)行認可的策略將導致低性能，特別是具有很長(cháng)傳播延遲的CDMA連接的情況時(shí)，問(wèn)題更加嚴重。

　　本系統的主要數據是JPEG壓縮數據包，結合這個(gè)特點(diǎn)，我們在Xmodem的基礎上制定了一套相應的傳送協(xié)議。只有在數據包有丟失，而且的確影響后面的解碼時(shí)，才發(fā)送重傳請求，且只重傳相應的包。如果不影響，則丟棄。這樣做能最大限度利用CDMA有限的帶寬保證數據的正常傳輸。

　　結語(yǔ)

　　本文主要完成了監控終端設計，并進(jìn)行了測試，當監控對象沒(méi)有劇烈運動(dòng)時(shí)，在20kbps的帶寬下，達到了每秒4幀的傳輸速度，達到了預期的目標。圖5是原始圖像， 圖6是采用上述處理流程，進(jìn)行解碼后得到的圖像。應用本文所述方法完成圖像采集和遠程傳送工作，可廣泛用于銀行、變電站、車(chē)站、辦公大樓等場(chǎng)所。比傳統監控方式更方便，而且成本低，有著(zhù)廣闊的市場(chǎng)和應用前景?！?br />

　　參考文獻

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