一种基于DSP的铁路站台图像监视系统

1、3中国矿业大学在读博士生,100083北京33北京佳讯飞鸿公司工程师,100044北京收稿日期:2005212213佳讯飞鸿一种基于DSP 的铁路站台图像监视系统洪江3邱吉民33摘要:根据铁路站台图像监视系统的特点,提出了采用电话线10km 无中继传输图像的编码方法。图像采集压缩板将压缩后的图像码流通过Modem 与电话线相连;接收端采用软件解压缩,软件算法融合了H 1263/H 1263+标准算法和图像增强与分割技术。关键词:数字信号处理器,图像压缩,图像增强与分割Abstract :According to t he feat ures of image surveillance syst

2、em for railway platform ,t his article propo sed a coding met hod which can transmit image 10km wit hout relay via telep hone wire.The image capt ure and comp ression card can t ransmit code stream over telep hone wire via Modem and t he receiver uses software to decompress t he code.The software ar

3、it hmetic mixed standard H.263/H.263+arit hmetic and image enhancing and dividing technology.K ey w ords :DSP ,Image compression ,Image enhancing and dividing 铁路站台是旅客候车、上下车人员相对密集的地区,为确保旅客人身及财产安全,在铁路站台建立一套有效的、经济的图像监视系统对监控和记录站台治安情况起着重要的作用。为此,提出了一种新的经济型图像监视系统。它通过运用先进的DSP 技术与改进的压缩编码算法,将站台现场监视图像通过普通电话线传输

4、到监控中心,并能达到10km 无中继传输。1系统结构铁路站台监视系统对图像的色彩要求不高,为了降低投入成本,更有效地降低传输图像码率,摄像头采用黑白图像信号。系统主要由位于前端的图像采集压缩板和位于监控中心的多媒体监控计算机2部分组成,二者之间通过电话线来实现物理电路连接。该系统组成结构如图1所示 。图1铁路站台图像监视系统组成结构图像采集压缩板对黑白摄像机采集的模拟视频信号进行实时解码和压缩;将监控现场的图像信号通过Modem 按预先设置的方式传送至多媒体监控计算机;接收多媒体监控计算机传送的监控命令,对摄像机云台方位和焦距进行远程控制。多媒体监控计算机对由前端传送的图像数据码流进行实时接收

5、和解压缩;对获得的图像信息进行后处理、显示和存储;对前端图像采集压缩板的参数进行设置;通过运行基于Windows 2000/XP 平台的监控管理软件,完成图像监控和一些必要的管理功能。多媒体监控计算机和前端图像采集压缩板均可通过主动呼叫来建立通信连接。在前端图像采集压缩板主动呼叫时,可以按程序设定的方式传输图像数据;在多媒体监控计算机主动呼叫前端图像采集压缩板时,图像采集压缩板可以按多媒体监控计算机控制命令所要求的方式传输图像数据。2硬件设计系统前端电路板硬件电路主要由3部分组成:图像采集部分、图像压缩部分和图像传输部分。具体硬件结构见图2。视频解码芯片MSM7662完成图像的采集与数字化处理

6、。它将R G B 模拟混合R G B 和S 2video 信号(PAL 或N TSC 格式转化成独立的8位数据亮度信号Y 和色度信号C ,其内部带有A/D 转换模块,具有自动亮度处理功能和色度处理功能。高速同步输入和色度爆发锁定次数,通过一个FIFO 消除抖动。自动识别PAL/N TSC 信号驱动1个652006年2月铁道通信信号February 12006第42卷第2期RA IL WA Y SIGNALL IN G &COMMUNICA TIONVol 142No 12 图2图像采集压缩板硬件结构I 2C 控制接口。它具有4个可选输出接口,采用8bit YCbCr =422/YCbC

7、r =411输出格式。由于本文只考虑黑白图像信号,因此只需对MSM7662输出的亮度信号Y 通过压缩算法进行数据压缩。图像采集压缩板的核心是高性能的浮点型DSP 芯片TMS320C6711。由于其片内存储容量较小,共576K B ,因此系统对程序RAM 和数据RAM 进行了扩展,采用2片16位K4S281632E 作为输入图像的暂存,通过32位的数据总线与TMS320C6711的EM IF 进行接口。A T28HC256(EEPROM 作为存放工作程序的异步器件,与SDRAM 一起共用EM IF ;通过EDMA (扩展的直接存储器访问方式从MSM7662取出图像数据,并自动放到指定的SDRAM

8、 数据地址上,这样DSP 可以全速进行图像压缩处理等操作。改进的压缩编码程序驻存于A T28HC256(EEPROM ,通过TMS320C6711的EM IF boot 方式加载于外部高速的SDRAM 程序存储空间中。位于外部CE1空间的EEPROM 中的程序首先通过EDMA 方式被传输到地址0处,随之,CPU 退出复位状态,开始执行地址0处的指令;EM IF 会自动将相邻的8bit/16bit 数据合成为32bit 的指令。EEPROM 中的程序以little endian 的格式存储。TMS320C6711对原始图像进行数据压缩,将压缩后的数据通过并行数据总线输出到通用异步收发器(UAR

9、T TL16C451中,UA R T 将并行数据转换为串行码流,并进一步传输到Modem 芯片CX06833中。CX06833通过电话线在V 134模式下传输速率可达到3316kb/s ;将数据码流传输到监控中心多媒体监控计算机中。接收端通过软件对码流进行解压缩,并通过计算机显示出来。图3图像压缩处理流程图3改进算法为了实现极低速率的图像数据传输,仅采用一些传统的压缩算法,压缩效率显然不够。目前H 1263/H 1263+标准在许多方面对H 1261进行了改进和扩充,在尽量减少编码算法复杂度的基础上,提供了更好的图像质量和更低的传输码率。但是,由于站台背景区建筑物及设施的图像具有变化小的特点,

10、H 1263/H 1263+还无法充分利用铁路站台的图像特点,进一步降低传输码率。本系统采用了一种将H 1263/H 1263+编码算法与图像增强与分割技术相融合的图像压缩方法,其流程图见图3。它首先将采集的图像进行图像增强,然后对图像进行边缘检测获得边缘信息,并将边界进行闭合,再用运动检测方法获得监视图像的运动区域;之后,仅对运动部分采用基于H 1263/H 1263+标准的混合编码方法进行编码。而背景区建筑物及设施基本上不变,因此在第1帧传到接收端后,将背景区存储在接收端存储器中,在以后各帧中只要背景变化量不大于设定的阈值,就无需再传送背景区数据。为了进一步降低传输码率,图像编码端采用1帧

11、/s 的速率传输图像,接收端以25帧/s 的速率显示。图像发送端仅将图像运动部分编码成I 帧或P 帧的形式(至于是采用I 帧还是P 帧,取决于图像运动部分的运动剧烈程度。接收端对图像运动部分除采用帧内编码方式和前向预测编码方式外,还75RA IL WA Y SIGNALL IN G &COMMUN ICA TION Vol 142No 122006采用双向预测编码方式。随后将图像运动部分的I (P 、B 帧与预先存储在接收端存储器中的背景区数据结合起来重建图像,并以25帧/s 的速率显示。4结论本文根据铁路站台图像监视系统的特性,提出了采用普通电话线10km 无中继传输图像的编码方法。

12、这种方法极大地压缩了图像传输码率,通过采用普通电话线作为传输介质,大大降低了图像监视系统的投入成本,便于维护,适合于在投入资金有限的铁路单位推广。参考文献1戴礼荣,李枫,王仁华.基于PSTN 的远程多媒体监控系统J .中国图像图形学报,2001,6(6:59459812TMS320C6711Floating 2Point Digital Signal ProcessorsM .Texas Instruments Incorporated ,200213黄贤武,王加俊,李家华.数字图像处理与压缩编码技术M .成都:电子科技大学出版社,20021(责任编辑:李晓敏FH98数字调度系统典型故障案例1

13、如何解决值班台按键自振铃问题现象:成昆线F H98数字调度系统开通中,经常出现车站值班台的模拟站间闭塞、区间按键自振铃现象,接起后又无任何反应(经查明不是板件的故障。处理:11先判断此自振铃是由哪2个车站的模拟站间闭塞线路所引起。自振铃发生时,断开外线,故障消失;接上外线故障出现,确定是由碧鸡关站长坡站之间的干缆实回线所引起。21在长坡、碧鸡关车站用万用表搭接在干缆上测量(这需要一定的时间,一般为3h 左右,发现在干缆上有一个12V 的交流电压,将任意一端接上F H98数调设备(磁石,所接车站的值班台又都出现自振铃现象。31经咨询,在干缆不好的情况下,如干缆埋设不够标准,电气化线路上产生的电压

14、,会给干缆上送一个12V 的交流电,而F H98数调设备的磁石板接收到1012V 电压,都会自动启动。41查明原因后,在碧鸡关、长坡车站这两段线路上各加了一个隔离变压器,将12V 的交流电隔离掉,问题解决。小结:值班台上的区间按键也经常出现自振铃的现象。刚开始总是怀疑区间板损坏,但是更换后发现,过不了多长时间,又出现这种情况。后来在干缆上用上述方法测试,问题一样,加隔离变压器后问题就会解决。2如何解决值班台共电用户自振铃问题现象:值班台的3个共电用户时常自己响铃,接听以后又无人应答。处理:11开始认为可能有外线混线的地方,于是要求用户换一对线,结果现象还是一样。21对该线进行特性测试后发现,单根对地绝缘良好,线间阻抗50M 左右,表明线路是好的。31由于现场的共电板已经用完,这3个响铃的用户都是接在接口板的共电插板上。更换共电插板和接口板后,试验结果一样,表明共电插板和接口板都是好的。41由于使用的都是共电插板,因此怀疑是共电插板导致的故障。用户还反映,距离远的用户响