安防视频监控系统控制系统软件设计及其抗干扰

更新时间:2022-06-10

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。

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