安防视频监控系统控制系统软件设计及其抗干扰

系统软件非常重要,现针对控制系统的特点,介绍系统软件设计的几个共同的问题。

一、多媒体视频监控系统的软件

多媒体监控系统的最大特点就是可以对图像进行各种各样的处理,如图像放大、图像局域放大、亮度调节、色度调节、对比度调节、图像柔化、图像轮廓增强等。一般,可将监控区域的平面图输入计算机,并在该平面图上标明各摄像机、监听头、报警探头的位置。当用鼠标点击平面图上的某摄像机图标时,该摄像机所摄取的画面,便可经视频矩阵的切换在计算机屏幕上的图像窗口中显示岀来,它可以满屏显示,也可以小窗口显示。如果系统配有监听功能,还可在接声卡的音箱中同步地听到监控现场声音。由于目前已有同时处理多路视频信号的图像采集卡,因此可在显示器的屏幕上同时显示多个实时视频画面。

对局域网上各分控计算机,必须安装相应的分控软件,它通常与主控软件具有相同的安装与控制界面,但一般不具有对整个监控系统进行初始化设置的功能。主控及各分控软件一般不能通过简单的复制而获得,因此多分控监控系统必须购买多套分控软件(含卡)。

多媒体监控系统对云台及电动3可变镜头的控制也是很方便的,它在计算机屏幕上(菜单界面)的控制区内设置与云台、镜头相对应的控制按钮,当用鼠标点击屏幕上的这些控制按钮时,即可以通过机内的控制卡(或直接通过RS-232接口)输出控制信号到控制主机,进而经前端解码器实现对云台、电动镜头的控制。如在屏幕左侧的菜单条上用鼠标点击电动镜头控制图标后,会在该图标右侧弹出3个控制按钮,分别用于控制光圈、变焦距及聚焦3个动作。一旦选定某一按钮,便会在屏幕上显示出一个小的圆环,当左右移动鼠标,该圆环内会显示出“+”号或号,分别表示该控制量的增加或减小。与此同时,屏幕上显示的摄像机画面也会相应地得到调整。

一般,多媒体视频监控系统都具有视频报警功能。当需要在显示图像的重点区域进行设防时,只需用鼠标在屏幕上图像的相应位置画一个方框(即警戒区),有些更高档的系统还允许将警戒区画成不规则的闭合曲线,一旦警戒区内出现移动目标时,报警控制器就可发出报警控制信号,以驱动灯光、警号、报警电话等相应外设动作。无论是哪路报警探头发生报警,多媒体主机都可以自动切换到该报警画面,供自动或人工画面复核,并将该画面连续或继续存入计算机的硬盘上。报警画面可以经外接的打印机打印岀来,供有关人员分析案情、发布通缉或存档之用。

多媒体视频监控系统软件可方便地对所存储的图文数据进行检索。一旦在软件设置中设定了“照片存于数据库”,就可以将采集的单帧图像存于图文数据库,并可在存储图像时加上日期时间字符。当以后需浏览存储的图像时,只需在“查看图像”按钮上用鼠标点击一下,即可弹出具有时间、日期、摄像机位置号等,以及图像画面窗口的图文菜单界面,使用户可以方便地查找出某日某时刻的单帧静态画面。如选择“录像浏览”方式,还可以播放一段已经录制的AVI格式的录像文件,通过鼠标拖动滑动条的操作,可以在5%~200%之间控制录像画面的播放速度。

此外,还具有值班报警记录查询管理功能,如新操作员注册、报警值班记录、布撤防记录的查询管理及数据库的日常维护等。

多媒体主机还可外接调制解调器,通过网络将视频图像信号传送到上级主管机关或公安部门。多媒体监控系统也可以独立地设置硬盘录像功能,该功能通常根据用户的实际需求设置为选装(Optional)。它需要在系统主机内加入一块实时视频压缩卡,并安装相应的驱动软件。

二、系统软件的设计方法和步骤

应用控制系统的特点,决定了其软件设计的方法与一般的软件设计方法有所不同,它通常按以下步骤进行。

•系统设备功能的划分确定;

•各设备间通信协议的约定;

•各功能模块的功能划分和接口标准;

•制定内存分配表;

•编制软件框图;

•确定纠错编码方案

•编制程序代码;

•单机程序调试;

•设备连接调试;

•程序固化。

三、系统软件的抗干扰方案

视频监视的控制系统与微机系统软件的一个重要差别,就是其软件的抗干扰设计。它设计的具体方法有:

(1)程序对硬件设备的检查。检查方法类似微机中的上电自检,它用以确保以后程序运行的环境正确。一般,自检出错时要报警,以便操作人员及时了解情况和处理故障。

(2)软件的冗余抗干扰。有两层意思:对单个设备来说,主要是利用CPU的高可靠性来存储整个设备I/O口的信息,并定时用此信息刷新I/O口,从而确保I/O口在受干扰后,能及时恢复正常;整个系统可利用主控制器等工作条件较好设备的高可靠性,存储整个系统设备的工作情况,并定时通过通信线刷新系统设备,从而确保这些设备受干扰后能保证恢复正常的工作状态。用此方法时,如能与下面的自动复位措施相配合,效果会更加显著。

(3)自动复位措施。为保证程序在受到干扰后,能恢复到正常的工作状态,通常采用以下两种手段进行保证。

①合理分配程序空间:即在未利用的地方加上跳转指令,保证程序可以跳回到正常的程序。此方法的前提是CPU要处于正常的工作状态,但有时干扰会损坏CPU的工作条件,而使CPU不能进行工作,因而就产生了自动复位手段。

②自动复位:即在程序循环体中安排一监视程序,也就是在程序正常执行时,在某一口线上产生一定周期和脉宽的信号,将此脉冲送给复位检测电路。一旦CPU工作异常,此时检测电路就向CPU发出复位信号,以重新启动设备工作。

检测电路一般有两种工作方式:恒定电平检测法和定时器检测法。

•恒定电平检测法主要是利用可再触发式单稳电路进行,利用上述信号不断触发单稳电路,以保证正常的输出,而一旦此触发电路失去,单稳电路便会给出复位信号。

•定时器检测法主要是利用一振荡器脉冲计数,CPU给岀的周期信号用来复位计数器,而一旦此复位信号消失,则计数器便溢出产生一信号复位CPU。

在大部分的设备中,复位监视程序仅提供一个周期信号是不够的,因为CPU一旦复位,将破坏所有状态,这样的设备对用户来说就不可靠了。为保证上述过程对用户透明,一般采用下述方法进行:即CPU在复位时,不影响其内部RAM的内容,利用内部RAM的这个特点,可在上电复位后,在RAM中设一上电后的标志。根据此标志,CPU便可判定是上电复位,还是受干扰后自动复位;并且将程序分段执行,进入一个段便在RAM中做一标记,设备各I/O口的状态也存在RAM中,这样一旦自动复位后,便可将上述信息写到I/O口,以保证设备状态的连续,同时进行原程序段执行,从而保证程序运行的连续性。采用此方法后,保证了自动复位过程对用户的透明,提高了设备的稳定性和可靠性。

四、其他软件抗干扰

(1)数字滤波。即滤去采样过程中由于干扰而叠加于采样值之上的成分。由于各种参数的干扰成分不同,所以滤去这些干扰成分的方式也不同。通常在使用中,可根据情况选用以下几种数字滤波方法。

①一阶惯性滤波。实践证明是一种比较有效的动态滤波法,尤其对于低频干扰分量和一些周期性、脉冲性的干扰有很好的效果,可弥补RC滤波的不足。其基本公式为

y(n)=βx(n)+(1-β)y(n-1)      (1)

式中,x(n)是本次采样值;y(n)、y(n-1)是本次、上次滤波输出值;β是滤波系数。不同的采样参数和不同的干扰成分,滤波系数0的取值不同。β值的选择非常重要,通常β的取值范围为0~1,一般取0.75左右。

②递推平均值滤波。当采样信号值出现频繁的振荡时,用此法可予以平滑,其计算公式为
      (2)

式中,y(k)是第左次N项的递推平均值:y(k-i)是往前递推第,项的测量值;N是递推平均的项数。N值的选择,对采样平均值的平滑程度与反应灵敏度均有直接的关系。N选得过大,虽然平均效果较好,但占用机器时间长,并且对参数变化的反应很不灵敏;N选得过小,效果不显著,尤其对脉冲性干扰。N究竟取得多大,要视系统实际的采样参数和生产情况而定。一般情况下,流量时N=n,压力时N=4,温度时N=1。

③限幅滤波。在工业现场采样,那些大的随机干扰或由变送器可靠性欠佳所造成的失真,都将引起输入信号的大幅度跳码,从而造成计算机系统的误动作。在这种情况下,一般可用限幅滤波法来抗干扰。

(2)输出限幅。在控制回路中,由于有干扰信号的串入,可能出现输出信号大幅度变化或产生小的振荡。为使系统在非特殊的情况下能正常稳定地输出,保护执行机构的安全,必须设置输出限幅环节。一旦输出达到或超过限定值时,则应使送往执行机构的信号受到箝位。

(3)计算机将没有使用的内存单元全部置成FFH。当发生飞程序时,若程序“飞”到置成FFH的单元,将执行RST38H指令。若在0038H单元中预先写入一条转移指令,使它转入用户程序的入口,就不会造成“死机”现象了。

(4)对不使用的中断方式的处理。对不使用的中断方式0入口,全部写成转到用户程序,也可防止出现“死机”现象。

五、系统软件中的通信纠错编码

纠错编码的目的是保证系统的正确性。在大部分的系统中,设备的通道是单向的,为保证各命令码不丢失,采用自动回询重传是不现实的,只能将可靠性保证措施的重点,放在通信码的纠错上下功夫。通常采用的通信码纠错编码的方法可分为以下两类。

(1)冗余码通信。将每个码多次发送,接收端进行软件判决,取多数的办法来实现。通常用的是三中取二的方法,具体是分按字节和按位两种方法发送和判决。采用此冗余码通信方法的缺点是,占用信道时间长,不能纠一个以上错。因控制系统的信道往往很少,过多地占用信道时间,会影响系统的实时性。

(2)纠错编码通信。一般,在保证系统实时性的情况下,根据信道的特点,可选择适当的码型进行编码和解码,常用的有汉明码、对偶码、循环码、BCH码、卷积码等,读者可根据具体情况查找有关资料选择一个合适的码型。

下一篇

光纤连接器端接磨光技术(一)

弱电工程

光纤连接器端接磨光技术(一)

光纤连接器端接磨光技术 连接器有陶瓷和塑料两种质材,它的制作工艺分为磨光、金属圈制作。下面就磨光、金属圈制作方法简述其工艺。1.PF磨光方法 PF(Protruding Fiber)是ST II连接器使用的磨光方法。... ...

相关内容

常见视频通信终端简介

常见视频通信终端简介

目前,通信系统中使用的主要视频通信终端为各种电视摄像机、多媒体计算机用摄像头、电......

弱电工程

2022-09-19

当代通信里音视频业务种类

当代通信里音视频业务种类

一、普通电话业务普通电话业务是发明最早和应用最为普及的一种通信业务,可提供人们最......

弱电工程

2022-08-31

通信技术中的音视频压缩编码

通信技术中的音视频压缩编码

音视频信号数字化后所产生的数据速率相当大,例如一分钟的双声道立体声.采样频率为1......

弱电工程

2022-08-31