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2023年12月17日发(作者:编译器eclipse怎么使用)

2011年3旯 窟子测试 Mar.2口11 第3期 ELECTRONIC TEST No.3 基于AI ̄V[的嵌入式视频监控系统设计 林国政,沈小林 (中北大学,山西省太原030051) 摘要:本文设计的嵌入式系统主要由视频采集、视频信号处理、存储以及控制传输等功能组成。从视频监控 硬件系统设计角度来看,经过多种研究方法的分析与比较选用了ARM系列芯片LPC2210作为主处理芯片,其 具有丰富的外围设计以及灵活的存储配置并控制集成有视频解码、TCON、OSD、背光控制,水平/垂直缩 放功能的T118B的视频处理芯片、可视化的OSD菜单。本电路设计使系统具有智能化、体积小、低功耗操作 简便等特点,从而代替基于PC的视频监控平台,实现控制摄像头的云台旋转并可直接调节OSD菜单画面进行 手动控制,这些特点已成为视频监控领域中的重要环节。 关键词:LPC2210;视频监控系统;屏幕显示;OSD菜单 中图分类号:TP391 文献标识码:A Design of embedded video monitoring system based Lin Guozheng,Shen Xiaolin (North University of China,Taiyuan030051,Shanxi,China) Abstract:This design of embedded system consists of video capture,video signal processing,storage,and transmission control functions such as composition.Video surveillance system from the hardware point of view,through a variety of methods ofanalysis and comparison of selected LPC2210 ARM family ofchips as the main processing chip,the external design of its rich and flexible in the storage configuration and control of integrated video decoders,TCON,OSD, backlight control,horizontal/vertical zoom function T1 18B video processing chip,visual OSD menu.The circuit design that makes the system intelligent,small size,low power consumption and simple operation,SO instead of PC— based video monitoring platform tO achieve control of the camera head rotation and directly adjust OSD menu screen for manual control,which characteristics ofthe field ofvideo surveillance has become an important part. Keywords:LPC2210;Video Surveillance System;Screen;OSD 0引言 力达到了较高的水平。本文采用嵌入式系统代替Pc系统, 视频监控系统是将视频采集、处理、存储、传输以 及显示图像结合在一起,并逐渐走向微型化商业产品行 列,已经成为安全防护措施中的重要组成部分,防范能 实现智能化控制;通过摄像头CCD采集后输出模拟信号, 经过视频放大与带限滤波通过A/D采样量化转换为特定 的数字图像信号,由于摄像头搜索视频范围受限,因此 

2o".3 借助工程调试器控制摄像头云台的旋转可以随时收集到 其它地方的状况,只要将视频输入插头直接与摄像头连 接就可以通过控制仪的TFT—LCD显示出来,屏幕显示所 置,T丌一LCD显示器可以直接通过T1 18B直接驱动,不 需要再接驱动电路。T118B的数据传输是通过I。c总线 直接传输,因此可选用性价比较高的LPC2210进行控 制。128M×8bit的K9F1G08UOM是一个1Gbit并带备 用的32Mbit容量的存储器,在数据页上的数据可在30ns 内读出一个字节。I/0引脚可作为地址和数据输入输出 以及命令输入。在线写控制器自动操作所有编程和擦除 有功能只需按屏幕调节菜单的按钮便可轻松实现;使用 Flash作为存储器,在下电的情况下,通过USB接口与 PC相连把采集到的图片信息读取出来。此测试仪带有2.5 英寸LCD屏幕,图型发生器,发送彩色图案;OSD菜单 设置,操作简单易用;支持RS485接口,可以充电并且 省电 功能,包括脉冲重复以及内部校验及数据余量。可利用 K9FIG08XOM的扩展的可靠性的100k编程/擦除周期。 其中CPLD在系统中起到了缓存的作用,RAM通过对 1视频监控测试仪整体方案设计 本系统选用以PHILIPS公司的ARM芯片LPC2210 为控制核心,选用T]18B作为视频显示控制器及三星公 司的闪存芯片K9F1G08UOM作为图像数据存储。CPLD , C总线进行初始化,初始化完毕后,T118B就开始工作, 可直接将输入的配置信号转换为数字信号,接着将信号 输入到CPLD中,CPLD可以起到两方面的作用,一方面 可以起到格式转换的作用,但主要的一方面是作为地址 发生器对SRAM中i2bit的数据位可与CPLD对应的数据 芯片选用Altera公司的EPM240作时序控制电路,如图1 所示为系统结构图。 位相连,作为与SRAM与FLASH传输数据的一条总线。 2主要硬件系统设计 2.1电源电路 选用的是TI公司的TPS767D318线性稳定电压且能 同时输出3.3V和1.8V的电压提供给Tl18B,此芯片稳 定性好。 2.2主控制器与存储器 SRAM中i2bit的数据通过CPLD的控制后,先输 入高8位给Flash,再输入低4位,这样,一个12bit的 数据写入Flash连续的两个地址下。同样,CPLD的8条 数据线IO0~IO7与ARM的I/O端口以及与Flash的8条 数据线相连,作为另一条数据总线。SRAM中3个与存 图1系统结构图 取操作有关的控制信号CE,WE,OE都由CPLD的相 在视频显示控制上的选型中要建立在嵌入式系统 应位来控制,CPLD的时序是由ARM控制的用于使能 的视频显示接口上并将所需的图像信息转换为能通过视 频接口传输的信号方式在终端上显示,通过视频A/D将 CCD摄像头输入的PAL等制式模拟视频信号转换成标 SRAM的读使能信号OE,片选信号CE以及写使能WE, 由CPLD输出的数字信号将像素逐个的存入到SRAM中, 当一帧图像传输并同时保存后,则对ARM发出读取信号, 将一帧图像从SRAM中读出,这样读出的数据就可直接 写入Flash中,同时送入液晶显示模块中进行显示。 准的数字视频信号接入视频接口输入插头。视频解码调 节电路中T118B系统配置的视频输入信号有6xCVBS, 2xSvideo与2xCVBS或lxCVBS,lxS—Video几种配 

2o".3 2.3屏幕显示电路 ARM通过系统总线把字符及控制信息写入到字库 存储器芯片MBM29F040C中在掉电后仍然保持原有程 序。先将在视频信号输入过程中要使所采集到的视频信 号对行同步、场同步以及奇偶场同步信号分离,在视频 以重新驱动芯片。必须准确理解TFr—LCD的参数,结合 Tll8B的相关参数。在使能控制U/D和L/R与高电平或 低电平连接时,通过控制STVR/STVL和STHR/STHL只 要将控制参数配置为INPUT/OUTPUT时,就可以改变屏 幕上下的旋转。 信号处理中,同步信号分离电路使发送端的信号能够正 常的重现,接收端与发送端的像素在时间准确性上和屏 2.5 RS485通信电路 幕上的结合是相当重要的,因此,系统采用LM1881芯 片完成同步分离,能够准确的显示接收到的信号并分离 出各种同步信号,确保各种信号之间的逻辑关系。信号 进行同步分离后需在原有的视频信号上实现同步信号叠 加,从字符存储器中提取字符信号转换成视频制式信号 与原视频信号结合在一起供给OSD视频叠加模块,选用 液晶显示屏MB90092支持的不同颜色字符,显示点阵为 24 X 32;通过LM1881提供同步信号经其视频信号输入 脚将原视频信号与字符信号叠加,直接输出复合视频信 号至监控仪,直接在监控仪上显示出不同的图形背景颜 色和不同字符颜色的文本,受外部信号触发,ARM发出 命令,控制MB90092从MBM29F040C字库存储器的相 应地址读出标识,完成了叠加字符代码生成字库查询地 址提取字符数据的任务。 2.4 TFT—LCD与视频解码T1 1 8B的接口电 路设计 本系统选用TFr—LCD模块是台湾统宝的 TC020THEA6,先将Tl l8B与TC020THEA6通过排线连 接起来,其中Tll8B的管脚CPH1、CPH2、CPH3分别 与TC020THEA6的DCLK、DIN0、DIN1连接,提供时 钟数据;STH1、HS分别与VSYNC、HSYNC管脚连接, 产生的水平同步信号的频率与帧同步信号相同,大概为 50Hz,同时垂直同步信号产生15kHz的频率与场同步信 号的频率相同;GOE管脚与DIN5管脚连接作为栅极驱 动输出的使能端;STV1、STV2管脚分别与DIN6、DIN7 管脚连接作为栅极驱动的脉冲源;GCLK管脚与DIN4管 脚连接作为栅极电路的输出时钟;LP管脚与DIN3管脚 相连作为源级驱动电路的锁存器;Q1H管脚与DIN2管 脚相连作为源级驱动,RSTB管脚与GREST管脚连接可 本系统选用由专业的通讯接口器件厂商SIPEX公司 设计生产的SP485R作为高性能的RS485收发器,可以代 替通用的RS485收发器,主要集成了ESD保护措施,在 接收器输入端电缆处有开路故障时,不会使电路失调输 出仍然拉高,不影响系统的正常工作。经过ARM串行接 口后通过RXD直接连接SP485R芯片的RO引脚,TXD 直接连接SP485R芯片的DI引脚。ARM输出的R/D信 号直接控制SP485R芯片的发送器/接收器使能端,当 D信号为“l”时,则SP485R芯片的发送器有效,接收 器禁止,控制器向RS485总线发送8位数据;当R/D信 号为…0’时,则SP485R芯片的发送器禁止,接收器有效, 控制器接收RS485总线的8位数据。 3系统主程序软件设计 系统上电后先对ARM初始化以及特殊寄存器赋值, 以及采取软件复位方式对视频处理芯片初始化,通过延 时打开通道开关对Tll8B芯片寄存器初始化;键盘初始 化提供于对显示模式的控制;总线采取从模式初始化方 式,可选取合适的1/O口功能选择;OSD初始化完成后, 使用初始化得到的不同结果输入给视频处理芯片并解码 后通过键盘程序进行处理。当检测到菜单键按下时,进 入OSD操作程序,用户根据自己的选择可以得到不同的 OSD信息。当检测到模式键按下的时候,程序开始在配 置模式规定的视频输入信号之间切换,一直切换到模式 方式结束,又重新跳回第一次的切换方式,另外也可按l: 2比例切换方式采取按键操作。制式检测完后返回到键盘 扫描处理程序,如果需要存储图像信息就将图像存储在 FLASH中通过USB与终端输出连接,如果不需要则开始 另一个新的循环操作,如图5所示为系统主程序流程图。 

2o1’.3 图5系统主程序软件设计流程 4屏幕显示与制式方式配置 先存储标志不同的视频信号,禁止OSD的运行,如 图6所示系统默认初始化为复合视频信号可通过按下确 认键根据不同方式的命令配置选择对应的模式,接着 ARM根据制式方式的不同所反馈信息来读取寄存器中的 值,如果制式发生改变则调用Scaling函数和显示处理函 数将显示模式控制为比例值l:2,如果制式没发生变化, 则继续检测制式的变化情况,最后通过CPLD负脉冲递 减计数,将字体的个数、色彩表等属性发送到缓冲寄存器, 以至于清零至地址为0XOC00退出。 巴 存储标志不同1 的视频信号 c ’ 屏幕显示禁1}一1  l根据不同方式 I命令字配置 【一 制式模式赋值1 』 蛙'置屏幕字体t 大小 I l 主 字符索 I开始l -。。。。。。。。。。。。。。。 一 ! 读寄存器中的 j值 ’ —\/一 ’ I继续检测制式 1 变换情况 L. , 调用Scalin甙)及 显示处理函数 j 2561\7-悴搜色 彩表放到缓冲 壹在噩 ■ CPLD负脉冲递 减训 数 一一 未至 、 、\ !三 U/一  1退出 图6屏幕显示与制式方式配置流程 5调试结果 要使整个可视化的OSD菜单能够正常显示,关键是 要使Tll8B的寄存器实现寄存器写数与读数的功能,如 图7所示是两幅Tll8B实现的分页地址切换,数据的写 入与读出的变化证明了Tll8B寄存器能够正常的工作, 对于页擦除寄存器、背光寄存器、时间输出寄存器都带 

2口".3 有镜像功能,通过软件将地址0XE2写入OXll,就可更 参考文献 新T1 18B寄存器的值,产生下一次的读数。 1嘲r— 囤H 囤0 一  II揶_03  00 80 r面寸—面_ 器 ∞ 昙 罟 导 悄* 詈 普 — r 罟 面T 例∞ }t ̄,AI{ l 自6 66 6 目 Ⅻ }粤 } j l哪 r r 自 6 6自 自 i匠圃 菡 一 一 图7 T118B寄存器调试情况 为了使输入按键值和显示器输出时的亮度之间具 有高光到暗调之间色调的分布,可以调节伽玛值的大小, 通过图8调整可以通过Tll8B的值改变图像中问色调 灰阶的亮度值,以增加图像的中间层次,而不会对暗部 和亮部的层次有太大的影响。输入为l时,曲线的曲率 成45 ̄,若输入一个比l大的数,将扩大中间色调的范围, 这样便能使中间色调占很大比例的图像产生较小的对比 度和较多的细节。例如一种颜色由蓝色和黑色组成,蓝 色的亮度为10%,绿色的亮度为30%,未经过伽马矫正 的显示器的伽马值是0.8,通过校正后结果的色调灰度将 分别为50%和60%,其色调灰度增加了。 -#螂畦田 心 团-‘-l^ 团 r , 习  I==]= + 一 — ]=[_L E - 二二= 广一 i f 『菲 w 2 0 p邮 F _____一一 o p p 日 " e- 一 {—… Ⅻ— I ̄ll-rtt《  ̄t,nl 蛆j翼 脯 {嘴酬 图8伽马值曲率调节情况 【l】 Behrad L,Shahrokni A,Motamedi SA and Madani K.A robust vision—based moving target detection and tracking system[A].Proceeding of Image and Vision Computing conference(IVCNZ2001),2001. [2】张卫杰,侯晓民.高速大容量数据采集系统设计与 实现【J1.电子测量与仪器学报,2005,19(4):51—55. [3】冯丽芳,孙俊,周俊华,陈为军.基于ARM9 的网络视频监控系统实现[J].电力自动化设 备,2006,26(10):95—97. 【4】魏廷存,高武.TFT-LCD驱动控制电路芯片研究[J】. 微电子学与计算机,2008,28(6):259—263. 【5】杨光辉.基于CPLD的FLASH读取控制的设计[J]_ 微计算机信息,2005,21(11—2):127—129. [6】D.Seguine.Just add sensor—Integrating analog and digital signal conditioning in a programmable system on a chip[J].Proc.IEEE Sensors,2002,7(6):665-668. 【7】 伍鹏.嵌入式网络化视频监控【D】。杭州:浙江大 学,2004. 【8】 姚戈.基于海信高清芯片HS2501视频处理关键技术 应用研究[DJ.济南:山东大学,2008. 【9】 邓晔.浅析视频矩阵系统中三代OSD字符叠加技术. 智能建筑与城市信息,200(8):86—90 作者简介: 林国政,硕士研究生,主要研究方向为 测试计量与控制技术。 E-mail:yyllwan@1 63.com 沈小林,副教授,研究方向为控制理论 与控制工程,导航、制导与控制,检测 技术与自动化装置。 


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