（通信与信息系统专业论文）车载嵌入式无线图像传输技术的研究.pdf

摘要 本文首先介绍了车载无线图像传输中监控终端子系统的总体设计，图像采集方案 采用以d s p 和c p l d 为核心的硬件结构和图像采集处理技术，c p l d 控制图像传感器 的采集，d s p 负责图像的处理，降低了系统的成本，缩小了产品的体积，提高了系统 的性能。 论文详细的介绍了一种快速d c r 算法i j d e m e r 算法来实现图像数据的压缩， 并给出了l o e f f l e r 算法在d s p 上的优化实现方案。在此基础上提出并实现了一种基于 d s p 的d c t 快速算法。通过与l o e f f l c r 算法d s p 优化方案相比较，基于d c t 快速算 法大约节省了1 4 的时间。 在中心服务器设计中，自定义了服务器与无线终端的通信协议，应用多线程机制， 设计并实现了服务器软件。在论文的最后分析了该系统存在的问题以及可以改进的方 向。 关键字：d s p 图像传感器j p e g 多线程 a b s t r a c t i nt h ef n s t ，t h et h e s i sr e c o m m e n dt h ed e s i g no ft h et e c h n o l o g yo fe m b e dw i r e l e s si m a g e t r a n s m i s s i o nb a s e do nb u s u s i n gd s pa n dc p l da sc o r e so ft h eh a r d w a r ec o n s t r u c t i o n ，i n t h i ss c h e m e ，t h ei m a g cc o l l e c t i o ni sd o m i n a t e db yt h ep r o g r a m m a b l ec h i pc p l da n dt h e i m a g ep r c c e s s i n gi si m p l e m e n t e db yd s p ，t h e r e b yt h es u p e r i o r t i e so ft h ed i f f e r e n tt y p e so f t h ep r o g r a m m a b l ec h i p sa r ee x e r t e d , t h ec o s tp r i c eo ft h es y s t e mi sr e d u c e d ，t h ev o l u m eo f t h ep r o d u c ti sm i n i s h e d ，t h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mi se n h a n c e d i nt h et h e s i si n t r o d u c e saf a s ta r i t h m e t i c ，l o e f f l e ra r i t h m e t i ca n di t sr e a l i z a t i o no nd s p af a s ta r i t h m e t i ci nd c tb a s e do nd s pi sp u tf o r w a r da n di m p l e m e n t e d c o m p a r e dw i t ht h e l o e f f l e ra r i t h m e t i cb a s e do nd s p ，i ts a v e d2 5p e r c e n tt i m ea p p r o x i m a t e l y i nt h ec e n t r a ls e r v e rd e s i g n ，t h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o lb e t w e e nh es e r v e ra n dr a d i o t e r m i n a l si sg i v e n n es e r v e rs o f t w a r ei sa l s od e s i g n e da n di m p l e m e n t e db ya na p p l i c a t i o n o fm u l t i t h r e a dm e c h a n i s m i nt h el a s t ，t h ep a p e r sa n a l y s i st h ep r o b l e m st h a tc a nb ei m p r o v e d i nt h es y s t e m k e y ：d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ( d s p ) i m a g e s e n s o rj p e gm u l t i t h r e a d 长春理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，车载嵌入式无线图像传输技术研 究是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经 注明引用的内容外，本沦文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：卫蚰年三月监同 长春理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版 权使用规定”，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕 士学位论文全文数据库和c n k i 系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：盈隧蝉年上月监同 艚聊虢一畔埘 1 1 选题背景及意义 第一章绪论弗一早殖记 当今，汽车逐渐已经成为大众化的交通工具。近几年，我国私人汽车的拥有量大 幅增长，以今年上半年为例，国产汽车销售增长3 2 ，其中轿车增长7 9 。根据有关部 门提供的数据，2 0 1 0 年我国汽车保有量将达到4 4 0 0 万- 5 0 0 0 万辆。随着中国加入t y t 0 ， 汽车价格的降低，国民的汽车购买力将进一步增强。与之对应的是，汽车的动态管理 问题成为个人和社会都急需解决的问题。汽车失窃成为全球性问题，并引起了各国汽 车制造商的普遍关注。据统计，2 0 0 4 年，仅我国台湾地区，投保汽车中，整车失窃数 1 3 8 1 5 辆，赔款金额高达2 4 8 亿新台币。据权威部门预测，7 4 的用户在购买新车的同 时将选择安装汽车防盗器。再以长途客车和出租车为例，关资料显示，2 0 0 5 我国长途 客车有3 0 万辆，9 9 的长途客车没有安装任何监控设备：全国共拥有出租车1 4 0 万辆， 仅北京市区内就拥有6 - 7 万辆出租车。长途客车运营过程中经常出现盗窃、抢劫等违 法事件，而出租车上频频出现的抢劫、杀害司机等恶性案件，都极大地危害到了人民 群众的财物和人身安全，相关的主管部门已经开始重视上述问题，并将解决措施纳入 2 0 0 9 年的工作计划。因此，设计一种具有直观、方便、信息内容丰富的特点车载视频 监控系统是势在必行的。 车载视频监控系统经历了从模拟图像监控到数字图像监控发展过程，数字图像监 控系统已经成为监控系统发展的趋势，是数字化技术和计算机技术发展的必然结果。 嵌入式图像监控系统属于数字图像监控系统，它不仅符合信息产业的未来发展趋势， 而且代表了监控行业的未来发展方向，蕴藏着巨大的商机和经济效益。能够很好满足 客观现状对图像监控系统的要求，达到多方位远程监控的目的。考虑到嵌入式微处理 的处理速度加快，功耗降低，以及无线网络的发展，人们越来越多地把目光投向基于 无线网络的嵌入式监控系统的研究。随着c d m a 等新一代移动通信网络的普及，如何 尽可能地利用已有的网络资源，低成本地实现对移动物体的监控功能成为研究的焦点。 特别是c d m a 等新一代通信网络的使用，针对汽车的无线视频监控成为可能，并受到 越来越多的关注。综合考虑，课题拟在c d m a 移动通信技术和嵌入式技术的基础上， 结合c d m a 视频低码率传输技术、汽车电子技术来研制车载嵌入式无线图像传输系统， 提供汽车防盗和汽车实时监控功能。 1 2 车载无线图像传输技术的发展动态及应用领域 随着通讯技术的发展，特别是c d m a 技术成熟，移动监控技术成为国际大公司抢 占世界的热点。例如，美国v i v o d a 通信公司利用国际上先进的核心技术m p e g - 4 压缩 方式，推出了车载数字视频监控系统v d h 2 2 0 2 。它是一款以单机独立使用、安装简易 快捷的嵌入式音视频监控设备。它将现场的音视频信号g 7 2 3 1 ( 音频) h 2 6 3 m p e g 4 ( 视 频) 协议通过硬件压缩后，存储在闪存卡或硬盘等多种媒介。当出现报警时，现场的 音视频信号还可通过附加的通信模块实时传送到监控中心。可连接4 路视频信号，监 控端通过线路切换方式监控其中任意一路图像。它的有以下特点：当采用闪存卡 ( c o m p a c t f l a s h c a r d ) 为存储媒介时，可解决机械式录像机无抗震能力、体积大、电源需 求高、存量有限等的缺点。也避免了由于车辆开动时产生的震荡而引起的硬盘失效； 车载数字视频监控系统v d h 2 2 0 2 体积小、操作简便，成功地解决了专用车辆运营过 程中出现的票务、安全等问题n 幻。 目前我国市场上也出现了新型的车载无线图像传输设备可以实时将影像、数据和 卫星定位信号，由g p r 跚d m a 传输到指定计算机网络上，实时展现影像、数据、经 纬度、日期时间和资料，具有短消息派遣等特点。例如g l o b a lt r a c k 全球追踪者就是其 中一款设计，他的主要特点有：( 1 ) 远端设备是由全球追踪者( g m 4 ) + 卫星定位导航组 成。( 2 ) 具有四路摄像头和开通c d m a 数据业务的s i m 卡的功能。( 3 ) 外加g p s 云 台数据采集器联动设备。( 4 ) 接收端设备组成分别有安装无线传输服务器软件和电子 地图管理软件和g s mm o d e m ( 发送短消息) 。( 5 ) 接收服务器可通过3 种方式接入 i n t e r a c t ：通过a d s i ia 卜卯s 曰叭s d n 直接接入；通过局域网内代理服务器接入；通 过无线上网卡。( 6 ) 可监控接收1 0 2 4 个站点，在显示屏上可同时监看1 6 个影像站点( 每 一个影像站点有4 个画面可单一调阅) 及g p s 信号，当其中有求救信号或报警信号时会 自动提示管制中心及时监看，并储存画面及资料。( 7 ) 有定时启动录像并循环存储配置。 当系统有故障或遇到突发事件时可报警，系统自动会将报警前1 6 秒到报警后1 6 秒的 影像自动保存并发到监控中心。 随着电子技术的发展，无线图像视频监控设备将会应用在越来越多地领域。水运、 陆运、航空渔船：防止渔船非法作业走私偷渡。货船：杜绝货船走私超载防止意外事 件发生。客船：杜绝客船超载旅客，保障旅客行驶过程中的生命财产的安全。公安、 交警、侦防、司法车等：可做为“人事物影像和卫星定位信号，实时监控回传到中 心。消防车：监控救火抗灾之救援行动。救护车：掌握病患实际影像救护状况和行车 定位踪迹，防范行车意外事件。运囚车：防止囚犯脱逃及共犯拦截意外事件，掌控行 车路线踪迹、监控囚犯影像动态，实时将信息回传监控中心。客车、旅游车：防止超 载旅客、意外事件，杜绝危险人物( 小偷、抢匪) ，影像和卫星定位信号及时传回监 控中心，保障生命、财产安全，依法打击犯罪，理清责任归属，同时有利刑事存证。 2 物流车、货柜车：防止货物遗失、掉包、意外事件；物流过程中影像监控、路线掌控、 语音调度，控管中心及时掌握过程动态，理清责任归属。出租车：防止被偷、被抢劫 或意外事件，有利于责任追究和刑事存证；行车过程中影像和卫星定位数据随时传回 监控中心，确保生命及财产安全，语音调度落实管理效率。私家车：防止被偷、被抢 劫或意外事件造成责任归属时，有利刑事存证；在行驶过程中对影像和卫星定位信号 的实时监控，掌握事实动向，保障生命及财产安全。油罐车：防止非法作业、意外事 件和操作过程中有否失当，分析责任归属时，在行驶过程中对影像和卫星定位信号的 实时监控，掌握事实动向，有利刑事存证。运钞车：防止抢匪打劫、意外事件和操作 过程中有否失当，行驶过程中全部录像监控、路线掌控、语音调度、控管中心时时掌 握过程动态，保障运钞行程中顺利安全，录像刑事存证。校车：防止意外事件，保护 学生上下课座车安全，行车过程中将学生影像及校车行驶路线，实时传回监控中心。 火车：火车行驶过程中监控对“人事物 的安全掌控，防止非法作业、意外事件和操 作过程中有否失当，与以追诉存证。影像和卫星定位数据随时传回监控中心，及时掌 握运行过程。语音调度命令随时派遣、指挥车辆，落实管理效率，理清责任归属，有 利刑事存证。直升机：山难、水患、勘查等等，可将实时之影像事态状况和卫星定位 信号，实时传回监控中心，作分析、调派、支持等工作。此外，该设备还适用于环保 局排污监控、油田、电力、通讯、观测站、无人基站、抗灾抢险、军事指挥、侦查、 跟踪、野外考察等。 1 3 论文的主要工作 l 、深入分析和研究g p r s 、c d m a 等无线数据通信的理论知识，以及组网方式， 比较各种网络的特点，查找相关的技术论文和资料，了解当前的最新技术和动态。 2 、查阅各种c d m a 模块的资料，比较各种模块的性能，选择性价比高、内嵌t c p i p 协议的c d m a 模块。 3 、深入分析和研究图像信号的采集、压缩、编码等理论知识以及图像信号在无线 信道中的低速率传输。 4 、设计模块终端硬件电路，根据功能选择适当的芯片 5 、根据各模块终端硬件电路所设计的功能，利用c 语言编写控制程序，并且运行 调试成功。 6 、深入学习j p e g 压缩编码，利用d s p 高速数字处理器的特点，利用软件编程实 现压缩算法。 7 、研究t c p 、u d p 协议，设计了通信协议，编写了中心服务器软件。 3 1 4 本章小结 本章首先介绍了选题的背景及意义，分析了当今国内国际的车载无线图像传输技 术的发展动态和它所应用的领域。针对本次系统的设计，最后提出了本论文所要研究 的具体内容及工作。 4 第二章车载无线图像传输系统中车载终端的设计 设计一个嵌入式车载无线传输系统，首先要进行的车载终端数据采集的设计，然 后才可以将采集到的图像数据进行处理最终传输给中心服务器端以完成整个系统功 能，可见，本章的设计对整个系统至关重要。 21 车载无线图像传输系统的总体设计 本课题主要设计一个基于c d m a 的车载无线图像监控系统该系统结合了无线通 信技术，开发出一种新模式的图像传输系统，如图2 1 所示，实现丁将视频监控系统采 集的车内现场实时图像借助现有的c d m a 网络发到用户手机或监控中心服务器中的 功能，可使得用户和监控中心对现场进行实时监控，用户不用到现场，就可了解车内 的情况，因此，该图像报警系统是一种先进的、防范能力极强的综合系统。 n k j p 01 0 图2l 车载无线传输系统总体框图 车载图像监控终端通过被动红外探测器收到报警信息后，将采集到的图像进行压 缩编码，通过c d m a 模块进入c d m a 网络，将髓控终端采集到的报警图像传到监控 中心井且接收监控中心发送过来的控制信息进行对现场数据的采集等工作。 2 2 车载无线终端子系统的总体设计 车载终端子系统主要由电源、通讯、核心芯片以及其它辅助芯片等几个部分组成。 电源是一个硬件系统必不可少的一部分，其为各芯片提供工作电压，保证各芯片在规 定的电压上工作；通讯部分是联系终端和上位机控制系统的枢纽；核心芯片是用于处 理终端各任务；其它芯片则辅助核心芯片完成终端的各项任务。在本文设计的终端子 系统主要分成电源模块、通讯接口模块、图像采集模块、数据存储模块、核心模块， 其简要组成框图如图2 2 所示。 卜 存储模块 图像采集模块 八 厂 y 核心c p t i 模块 电源模块 ，1 卜 通信模块 厂 图2 2 车载终端原理框图 按照终端的功能分析数据流程，对终端软件进行分解，可知系统划分为：初始化 模块、延时模块、数据采集模块、定时任务模块、数据存储模块、拨号模块、模拟总 线模块、命令解析模块、异常处理模块等几大模块，其结构如图2 3 所示： 6 图2 3 终端模块结构图 初始化模块主要负责对终端m c u 的a d 转换、采样时间、定时器、看门狗、1 2 c 总线、时钟、中断等初始化设置，以及c d m a 模块的初始设定。同时清空数据缓存空 间，等待中断的产生。 定时任务模块主要负责定时把采集到的数据和终端的状态根据设置的时间参数主 动向数据中心上传数据。设置内部时钟产生中断，唤醒m c u 激活c d m a 模块，终端 系统开始连接监控中心服务器，进入上网通讯模块。 数据存储模块主要负责数据存储空间的管理和备份。及时地把r a m 的数据保存到 r o m 中存储备份，并对的存储空间进行队列覆盖管理，始终保持最近一段时间数据。 数据存储模块的管理是终端软件设计的重点之一。监控中心可以随时召唤每个终端的 几个月或者一年的数据，终端软件应该能及时的把要求的数据传送到监控中心。 异常处理模块主要是为了实时监测终端是否掉线、是否有异常出现，通过此项功 能终端能在第一时间知道模块通讯的非正常状态，以便快速做出响应的处理。终端的 异常处理具备最终处理功能无论模块、系统处在什么未知或己知的状态，都能最终回 到系统的初始化状态，可能会丢失少量数据，但是系统不能死机，陷入死循环。 上网通讯模块主要是实现a t 命令拨号，建立终端和监控中心通讯链接。这部分主 要用a t 指令实现。不同的模块c d m a 模块，a t 指令有稍微差别，特别在a t 指令拨 号上网阶段。因此，本模块需要很好地控制r s 2 3 2 发送、接收并对a t 指令的回应进 行解析。 命令解析模块主要是对监控中心传送来的命令进行解析，属于实现应用层协议部 分。根据客户的要求，需要了解现场的哪些数据量和对终端进行怎样的正确设置。终 7 端和监控中心软件协调一致，监控中心完成命令的发送和数据格式的解析，终端实现 命令的解析和按规定的数据格式发送。 2 3 主控芯片的选型 根据对信号处理和通信控制等方面的要求需要选择合适的微处理器 ( m i c r o p r o c e s s o r ) ，目前的微处理器分为嵌入式微处理器a r m 、单片机和d s p 三大类。 在数字信号处理方面，d s p 与单片机和嵌入式微处理器a r m 相比具有很大的优越性。 ( 1 ) d s p 具有较高的集成度并具有更快的运行速度，它是同字长的单片机单指令执行时 间的8 1 0 倍d 1 ，在乘法处理上，d s p 的优势更为明显，完成一次乘累加运算快1 6 3 0 倍，这一性能就决定了d s p 的应用领域主要集中在较复杂的算法处理中，如：数字 图像处理、数字语音编码等领域。( 2 ) 大多数d s p 采用了哈佛结构，将程序存储空间和 数据存储空间划分开，可同时为处理器核心提供数据与指令，因此，d s p 能够在单工 作周期内完成多个存储器访问指令。( 3 ) d s p 处理器使用专门的硬件来实现单周期乘法， 并增加了累加寄存器来处理多个乘积的和，所以d s p 在密集乘法计算中具有先天优势。 本系统通过数字信号处理器对采集的图像数据进行软件压缩，并将数据实时传输 到监控中心，要求速度快、体积小、易于实现，由于图像数据的运算量比较大，d s p 芯片正好能满足高速运算处理的需要，它的运算速度直接决定了系统的处理能力，因 此选择了d s p 作为硬件处理电路的核心器件。由于各d s p 厂家的开发方式、开发系统 价格不尽相同，综合考虑产品的易于升级和技术支持条件、开发软件的完整性以及价 格等方面的因素，我们选择了1 r i 公司的d s p 芯片。 t m s 3 2 0 系列d s p 按照所支持的数据类型不同可分为定点和浮点两类，在图像采 集处理系统中，我们所进行的算法操作是相对于像素而言的，一般不涉及到浮点运算， 因此选用定点算法，使用定点d s p 。t i 公司的t m s 3 2 0 v c 5 4 x x 是为实现低功耗、高 性能而设计的定点d s p 芯片。根据本系统的低功耗、低成本、微型化的性能要求，考 虑到运算速度、存储空间大小、性能价格比、硬件资源、开发工具、功耗以及芯片订 货的难易程度等多个方面，我们选定了t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 ( 以下简写为v c 5 4 0 2 ) 作为 核心处理器。v c 5 4 0 2 是1 r i 公司推出的新一代定点d s p 芯片h 1 ，它除了继承老产品的 优点以外，还增加了更多的硬件资源，时钟频率高达i o o m h z ，性价比较高，从而成 为当前静态图像处理的主流产品。图2 4 是t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 功能框图1 ，它的主要特 点： ( 1 ) 存储空间：可达1 9 2 k x1 6 b i t ，其中6 4 k 的程序空间、6 4 k 字的数据空间、6 4 k 字i o 空间。此外，还具有丰富的片上外设。 ( 2 ) 流水线结构：一条d s p 指令的执行被分为6 个不同的阶段，这6 个不同的阶段 可以并行执行，即一个指令周期内可以有6 条指令处于执行的不同阶段。 ( 3 ) 多处理单元：v c 5 4 0 2 的内部集成多个处理单元，如算术逻辑单元( a l u ) 、辅 8 助寄存器运算单元、累加器以及硬件乘法器单元等，它们可以在一个指令周期同时进 行运算。 ( 4 ) 外设：2 个自动缓冲串行b s p 接口和1 个8 位的与外部处理器通信的h p i 接口， 1 个i e e e l l 4 9 1 标准j t a g 接口；2 个1 8 位计数器和1 个可编程状态产生器。 ( 5 ) 特殊指令：d s p 指令集中，设有专门的指令，如累加乘指令m a c d 等。 ( 6 ) 功耗低。 2 4 电源模块的设计 图2 41 m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 功能框图 供电系统的设计对整个系统的稳定性至关重要。设计电源时不仅要满足芯片对多 种电压的要求，还要满足对功率的要求。当遇到特殊情况时，还要能避免系统在不稳 的电压下工作得到错误结果。 为了使v c 5 4 0 2 在低消耗下实现高速的处理速度，使用分离的内核电压和i o 电压 是必不可少的。所以，在v c 5 4 0 2 中i o 管脚电压是3 3 v ，d s p 内核电压是1 2 6 v 。由 于本设计为车载设备，供电电压通常为1 2 v d c ，所以，电源模块由两部分构成。 第一部分完成从直流1 2 v 到5 v 的转换，如图2 5 a 所示。该部分电路核心芯片为 d c d c 转换芯片t p s 6 2 1 1 0 ，该芯片的转换效率可达到9 5 ，输入电压最高可达1 7 v ， 输出电流最大1 5 a ，无论转换效率和驱动能力均可以很好地满足本应用的需求。 第二部分完成从5 v 到3 3 v 、1 2 6 v 的双输出电压转换，如图2 5 b 所示。该部分 电路核心芯片是t p s 7 3 h d 3 0 1 ，该芯片为双路输出，每路电流均可达0 7 5 a ，电压则一 9 路为3 3 v ，一路为可调节。这里通过设定r 8 和r 9 的值，将该可调输出电压设定为 1 2 6 v ，r 8 、r 9 的具体取值方法见参考文献6 1 。本部分中，还包含了复位电路和上电 时序控制电路。其中，r 7 、s l 和r 1 0 构成了复位电路，当s 1 按下时，r 7 和r 1 0 形成 通路，则t p s 7 3 h d 3 0 1 的2 e n 引脚为高电平，使得第二路输出( 3 3 v ) 关闭，则2 0 u t 引脚电压往0 v 的方向迅速下降，当降至q 1 的基极一发射极导通电压( 约为1 2 v ) 以 下时，则q 1 关闭，1 e n 引脚的电压也为高，第一路输出( 1 2 6 v ) 也关闭。而在第二 路输出关闭时，t p s 7 3 h d 3 0 1 同时给d s p 发送一个复位信号，这样，就实现了整体电 路的复位。 r i ：s ：0 垡酱 蔓l, r 3 i -_ 二5 t m：t m 纠绚翱m 、r c ，、，m l；二 o is w c 】；二 各s 瓴 口毒一一 ：簖 路撕 一 黜! 。兰= 蹦 5 s 舒 ，：c 莨：每f ： 一l b o、r 墟描 一v l 二1 j l z 镪j 矗协 贮 l ：援： c 2 讧 1 4 x 图2 5 a1 2 v 转5 v 原理图 2 5 图像采集模块设计 图2 5 b5 v 转3 3 v 、1 2 6 v 原理图 2 5 1 图像传感器的选型 常用的图像传感器有c c d 和c m o s ，通过比较，两者各有优缺点n m l 。 1 0 c c d 图像传感器具有低信号噪声、高分辨率、高灵敏度等优点，将继续保持在高 端摄像技术领域的应用，如天文观察、卫星成像、高分辨率数字照片、广播电视、高 性能工业摄像、大部分科学与医学摄像等应用。c c d 器件的灵活性体现为：与采用 c m o s 器件相比，用户可构建更多不同的摄像系统。 c m o s 摄像器件是用与c m o s 集成电路相同的工艺制造出来的，所有的电路如 d 转换、定时控制、信号处理、彩色编码与补偿和变换控制等都可以集成在同一芯 片中，真正实现单片摄像头。正因为如此，与c c d 摄像头相比，c m o s 摄像头就具有 许多独特的优点，如集成度高、速度快、功耗低、价格便宜、体积小等。 随着大规模集成电路技术的不断发展，过去c m o s 图像传感器制造工艺中不易解 决的技术问题，现在都能找到相应的解决办法，从而大大改善了c m o s 图像传感器的 图像质量。目前c m o s 单元面积的像素数己与c c d 单元面积的像素相当，从而使 c m o s 图像传感器也可以达到较高分辨率。与c c d 相比，c m o s 图像传感器具有体积 小、重量轻、功耗低、高可靠、高集成、低成本等优点1 9 1 0 从目前的发展趋势看，图 像传感器将会在许多领域取代所占领的市场，并开拓出更广阔的市场，从而大大扩展 视频图像技术的应用范围。 本系统图像采集用于监控领域，对于图像的质量要求不是非常高，而对传感器的 功耗要求必须很低，而且可以直接输出系统需要的数据格式，因此本系统的图像采集 部分选用了c m o s 图像传感器。 本设计采用o v 系列的c m o s 图像传感器芯片。美国o m n i v i s i o n 公司的产品，该 公司是世界上最大的单片c m o s 图像传感器的供应商。o v 7 6 2 0 是一种数字输出的图 像传感器芯片，不需外接控制器就可以直接输出数字视频信号，芯片同时输出标准时 序信号v s y n c ( 垂直同步信号) 、h r e f ( 水平同步信号) 和p c l k ( 像素时钟) ，用 作外部电路读取图像数据的参考信号。它具有如下显著特点： ( 1 ) 6 4 0 4 8 0 的标准v g a 图像分辨率，且输出高保真的数字化图像； ( 2 ) 可逐行扫描或隔行扫描输出； ( 3 ) 输出视频数据格式可为y c r c b4 ：2 ：2 、g r b4 ：2 ：2 或r g b 原始数据； ( 4 ) 可输出标准n t s c 或p a j l 制式时序； ( 5 ) 通过i 2 c 总线可灵活实现对o v 7 6 2 0 各种工作模式的程控； ( 6 ) 1 5 0 0 倍的自动曝光范围； 自动增益和白电平平衡控制； ( 8 ) 能进行亮度、对比度、饱和度等多种调校功能； ( 9 ) 输出窗口可从4 x 4 - 6 4 0 x 4 8 0 之间任意调整( 电子变焦) ； ( 1 0 ) 可输出单帧图像或单行图像； ( 1 1 ) 单5 v 供电，工作功耗 盯) 一达到最大值时复位 e n d i f ； e n d i f ： o ( = q i ： e n dp r o c e s s ： e n db h v ： 2 8 通信模块的设计 2 8 1c d m a 模块的简介 c d m a 模块采用是w a v e c o m e 公司的q 2 3 5 8 c 模块n 钉t l t i 它是推出的双频 c d m a 模块，工作频段为9 1 ) o m h z 和1 8 0 0 m h z 。内置c d m a 天线，并提供外接天 线接口，可接外置天线；支持c d m a 2 0 0 01 x 网络；提供标准串口接口数据传输率高 达1 5 3 k b p s ；该模块采用r s 2 3 2 通讯方式，可利用a t 命令直接与其通信，内建t c p i p 协议栈。具有容量大、辐射小、低功耗的特点。q 2 3 5 8 c 结构如图2 1 3 所示。从图中 可看出模块主要由电源部分、射频部分、基带处理部分、存储器和系统连接器组成。 电源部分用来给模块供电。r f 射频部分主要包括发送机和接收机。发射机用来 完成上行变换，接收机用来完成下行变换。存储器包括工业标准的s r a m 存储器和 f l a s h 存储器。系统连接器有6 0 个管脚，用来提供模块和外围电路的连接。模块的核 心部分采用q u a c c o m m m s m 5 1 0 5 作为基带部分的硬件，具有语音识别、语音信箱、 数据压缩和消除回声等功能。 图2 1 2c d m a 模块结构图 2 8 2c d m a 模块上网功能的实现过程 q 2 3 5 8 c 内嵌t c p i p 协议栈，我们只需要通过串口输入输出相应的a t 指令即可 实现t c p 肿协议的调用，以达到连接i n t e r n e t 的目的。在对模块进行控制时关键是a t 命令，所谓a t 命令，是一种用于控制m o d e m 的命令，每一个a t 命令对应的m