孫義卓 隋紹勇 段 濤

（海軍七〇四廠 青島 266109）

1 引言

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，近十幾年來(lái)視頻監(jiān)視系統(tǒng)經(jīng)歷了從模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)到數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)再到網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視的大發(fā)展。同樣，海軍列裝的視頻監(jiān)視系統(tǒng)也經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字再到網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的三代發(fā)展。在實(shí)際使用中證明，該系統(tǒng)極大地方便了部隊(duì)的作戰(zhàn)及訓(xùn)練任務(wù)，但是該裝備型號(hào)眾多，類型各異，且部件相互不兼容，又因監(jiān)視系統(tǒng)的云臺(tái)及攝像機(jī)大都安裝在人員不易操作的位置，如潛艇的艙室頂部邊角處、艦船的舷外等位置，給維修及檢測(cè)帶來(lái)很大的困難。本文提出了一個(gè)便攜式艦艇視頻監(jiān)視系統(tǒng)檢測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方案，可有效提高艦員或技術(shù)人員對(duì)該系統(tǒng)維修的效率。

2 艦艇視頻監(jiān)視系統(tǒng)簡(jiǎn)介

按照視頻監(jiān)視系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)念愋蛣澐?，海軍目前列裝的視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要可分為模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)（含數(shù)字視頻監(jiān)視和網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視）兩種類型。其中模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要列裝于水下各大中型潛艇和早期的中型艦船。主要由室內(nèi)外攝像機(jī)、室內(nèi)外云臺(tái)、解碼器（攝像機(jī)及云臺(tái)）、主機(jī)（含鍵盤控制器、顯示器、視頻矩陣主機(jī)等）幾部分組成，其系統(tǒng)連接如圖1所示。

圖1 模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)組成框圖

數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)目前主要以網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)為主，主要列裝于各大中型水面艦船。該系統(tǒng)主要由室內(nèi)外攝像機(jī)、室內(nèi)外云臺(tái)、解碼器（攝像機(jī)及云臺(tái)）、網(wǎng)絡(luò)編解碼器、以太網(wǎng)板（光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)元內(nèi)置板卡，為編碼后的視頻信號(hào)提供信道）、主機(jī)（含鍵盤控制器、視頻服務(wù)器、顯示器等）等幾部分組成，其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)組成示意圖

3 艦艇視頻監(jiān)視系統(tǒng)檢測(cè)平臺(tái)組成

圖3 便攜式視頻監(jiān)視系統(tǒng)檢測(cè)平臺(tái)組成框圖

該檢測(cè)平臺(tái)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，其中硬件系統(tǒng)主要由PMA（便攜式自動(dòng)測(cè)試設(shè)備）、視頻編碼板、電源模塊、控制板、接口模塊幾部分組成，其組成圖如圖3所示。

如圖3所示，其中PMA為集成數(shù)字萬(wàn)用表、示波器兩型儀表的便攜式計(jì)算機(jī)。本檢測(cè)平臺(tái)的軟件安裝于PMA上，艦員或技術(shù)人員可在其輔助下進(jìn)行相應(yīng)裝備的自助學(xué)習(xí)、現(xiàn)場(chǎng)可更換部件的檢測(cè)等功能。視頻編碼板主要實(shí)現(xiàn)模擬視頻信號(hào)的視頻編碼，用來(lái)檢測(cè)模擬視頻信號(hào)的質(zhì)量、數(shù)字視頻傳輸信道的質(zhì)量等。電源模塊主要為本檢測(cè)平臺(tái)、被檢測(cè)部件進(jìn)行電源供電?？刂颇K主要完成被測(cè)部件的串口指令發(fā)送及識(shí)別、各接口信號(hào)的分配等。接口模塊主要為不同型號(hào)的視頻監(jiān)視系統(tǒng)分機(jī)及部件提供相應(yīng)的接口轉(zhuǎn)換。

4 艦艇視頻監(jiān)視系統(tǒng)檢測(cè)平臺(tái)主要功能及原理

本檢測(cè)平臺(tái)主要用于解碼器（攝像機(jī)及云臺(tái)）、攝像機(jī)、云臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼器、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)元視頻信號(hào)傳輸信道等部件及分機(jī)的測(cè)試。

平臺(tái)的核心為視頻編碼板［1］和控制板［2］，其中視頻編碼板基于高性能DSP芯片TMS320DM642設(shè)計(jì)，算法采用優(yōu)化的H264視頻壓縮算法，可輕松實(shí)現(xiàn)高清晰圖像的網(wǎng)絡(luò)傳輸，其原理框圖如圖4。圖中模擬視頻信號(hào)經(jīng)視頻解碼芯片SAA7115轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入DSP進(jìn)行數(shù)字圖像編碼，然后通過(guò)網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)輸出。

圖4 視頻編碼板原理框圖

圖5 控制板原理框圖

控制板采用STM32F103微控制器為核心器件，其原理框圖如圖5所示。圖中微處理器集成UCOSII嵌入式操作系統(tǒng)。主要完成與PMA、接口模塊、視頻編解碼板的串口通信及控制，鍵盤的掃描等任務(wù)。

5 檢測(cè)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

檢測(cè)平臺(tái)軟件包含視頻編碼板軟件、控制系統(tǒng)軟件和PMA軟件三部分，下面簡(jiǎn)要介紹。

5.1 視頻編碼板軟件［3］

視頻編碼軟件［6］即DSP軟件，該軟件設(shè)計(jì)三個(gè)任務(wù)線程：輸入任務(wù)、編碼任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)任務(wù)。它們的優(yōu)先級(jí)相同，但要高于空閑任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。另外設(shè)計(jì)兩個(gè)同步消息以實(shí)現(xiàn)任務(wù)間消息傳遞。每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)初始化函數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后就依次運(yùn)行每個(gè)任務(wù)的初始化函數(shù)。三個(gè)任務(wù)函數(shù)通過(guò)同步消息觸發(fā)運(yùn)行。DSP軟件結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 DSP軟件結(jié)構(gòu)

1）輸入任務(wù)包含三個(gè)功能：初始化、采集圖像幀和色度空間轉(zhuǎn)換，其中任務(wù)函數(shù)是色度空間轉(zhuǎn)換和向編碼任務(wù)傳遞消息。初始化分配存放圖像幀的內(nèi)存，然后采集一幀圖像，經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后封裝在消息中傳遞給編碼任務(wù)。

2）編碼任務(wù)［7］包含兩個(gè)功能：編碼器初始化和圖像編碼。編碼任務(wù)函數(shù)從輸入任務(wù)的消息中得到圖像幀并進(jìn)行編碼，然后把一幀圖像的碼流封裝成消息傳遞給網(wǎng)絡(luò)任務(wù)。

3）網(wǎng)絡(luò)任務(wù)包含兩個(gè)功能：網(wǎng)絡(luò)初始化和向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一幀圖像的編碼碼流。網(wǎng)絡(luò)任務(wù)函數(shù)從編碼任務(wù)得到包含碼流的消息，打包并通過(guò)TCP／IP協(xié)議發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。

5.2 控制板軟件［4］

控制板軟件即STM32F103的嵌入式UCOSII操作系統(tǒng)軟件［5］，其結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。該軟件主要含鍵盤掃描、串口收發(fā)和網(wǎng)口收發(fā)三個(gè)任務(wù)。其中鍵盤任務(wù)最高，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻監(jiān)視系統(tǒng)部件及分機(jī)的手動(dòng)操作。串口和網(wǎng)口的任務(wù)主要在PMA的控制下進(jìn)行通信。

5.3 PMA軟件

該軟件基于Windows XP操作系統(tǒng)，利用綜合測(cè)試診斷技術(shù)，通過(guò)TEAMS軟件開發(fā)綜合測(cè)試診斷策略，依托IETM平臺(tái)開發(fā)交互式電子技術(shù)手冊(cè)實(shí)現(xiàn)。該軟件可實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員或艦員對(duì)各型視頻監(jiān)視系統(tǒng)的自助學(xué)習(xí)、并協(xié)助技術(shù)人員或艦員進(jìn)行視頻監(jiān)視系統(tǒng)的故障定位及排除，其軟件結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖7 控制板軟件程序流程圖

圖8 PMA軟件結(jié)構(gòu)圖

6 結(jié)語(yǔ)

本檢測(cè)平臺(tái)可廣泛應(yīng)用于各型艦艇的視頻監(jiān)視系統(tǒng)，兼容性較好，可有效提高艦艇視頻監(jiān)視系統(tǒng)維修及檢測(cè)的效率，具有較高的經(jīng)濟(jì)及軍事效益。

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