（计算机应用技术专业论文）多媒体集中控制系统的研制与实现.pdf

武汉理= l = = 大学硕士学位论文 摘要 遂冬来，淹着诗冀杌网络与邋僖技术、多媒体技术豹快速发震，转统的监 控系统也不断向着新的发展方向进行更新与发展。进而出现了结合计算机网络 技术、多媒体技术及通信技术的多媒体视频监控系统。本课题的目标是设计 个功l 突备豹多媒体酱援颏集中接铡系统。 多媒体集中系统怒基于多媒体技术研究出来的一静全新簸控平台，该平台 集中体现在多媒体监控系统的视频数字化、系统的网络化、廒用的多媒体化、 管理的铺熊化，充分体现了现代信息、技术与嫩控技术的有机结合。与传统的 监控系绕楣魄，基予躞壤亵诗雾嘏圈终戆多爨髂整控系统大大提毫了鹭像凌量 和监控效率，并能进行可靠的网络传输。 本文在计算机多媒体技术的熬础上分析了多媒体集中系统相关技术中视频 采集、数据编码等基本原理，提出了多媒体集中控制系统的硬件结构和软件结 镌壤鳖。详缀阚述了冬令重要熬较佟模袭懿葫熊，著重杰奔绥了矩薄谗羧、程 频传输、红外学习这三大关键技术的具体设计与实现。 文帮阐述了多媒体集中控制舔统的模块化设计思路与分布式控制原瑕，具 体分析了主控制模块、音视频切换模块和红孙邋控模块的设计原理；提爨在单 冀瓿多秘数字遥谖技零瑷及单片搬与p c 镞魏瓣数字逶舔技术豹基稻上，弼侮实 现分布戏控制的基举手段。系统的纽外遥控模块县有“自学习”功能，可对大多 数遥控器的编码进行“学习”，将它们永久存入系统，因此该系统可以对大多数 多媒体设备遴行遥控，箍不必改动设冬的线路。 谂文最后辫有疆锋设计琢理鬻及p c b 图。 通过系统的调试，此次开发的雾媒体监控系统具备了较好的功能和稳定性， 具有一定的实用价值，在电路板设计上大大缩4 , t 整机体积，满足发展的需要。 该系统熬会上位机软传使用，鼹霹终麓遥翅瓣多媒体集孛控粼器，也可惩寒实 现其他浚备的蓠端储譬采集帮控制。 关键宇：多媒体般控，矩阵切换，分布式控制，串i z l 邋讯，红外遥挖 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r n e t w o r ka n dc o m m u n i c a 舡o n t e c h n o l o g ya n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g y , t r a d i t i o n a lm o n i t o rs y s t e m sh a v eg r e a t l y d e v e l o p e dt o w a r d s an e wd e v e l o p i n gd i r e c t i o nt h e s e y e a r s m u l t i m e d i av i d e o c e n t r a lc o n t r o l s y s t e m ( m v c c s ) t h e na p p e a r s ，w h i c h ac o m b i n a t i o no f c o r r e s p o n d i n gt e c h n o l o g i e sm e n t i o n e d a b o v ei s o u rt a s ki st od e s i g ns u c has y s t e m w i t hf u l lf u n c t i o n s m v c c si san e wm o n i t o rp l a t f o r mb a s e do nt h em u l t i m e d i at e c h n o l o g y , a n di t a l s ob r i n g sm o r ed i g i t a l i z a t i o n , n e t w o r ka n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g ya n d i n t e l l i g e n t m a n a g e m e n t t ot h em o n i t o rs y s t e m i tf u l l yi n c a r n a t e st h ec o m b i n a t i o no ft h en e w i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dm o n i t o rt e c h n o l o g y c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a l m o n i t o rs y s t e m s ，m v m sb a s e do np ca n dc o m p u t e rn e t w o r kg r e a t l yi m p r o v e st h e q u a l i t yo f t h ei m a g e s a n dt h e e f f i c i e n c yo f t h es y s t e m ，i ta l s oe a r lr e l i a b l yt r a n s f e rt h e d a t at h r o u g ht h ei n t e r a c t t h i st h e s i s e x p a t i a t e t h er e l a t i v et h e o r i e so fm v c c ss u c ha sm o t i o nv i d e o c a p t u r e ，d a t ac o d eb a s e do nt h et e c h n o l o g yo fm u l t i m e d i a , t h e nt h eh a r d w a r ea n d s o f t w a r em o d e l so fm v c c sa r ep r e s e n t e d + i ta n a l y s e st h ef u n c t i o no f e a c hs o f t w a r e m o d u l e ，a n de x p r e s s l yi n t r o d u c e sd e s i g n i n ga n di m p l e m e n to ft h r e ei m p o r t a n t t e c h n o l c i g i e s ：s w i t c hm a t r i c e s ，v i d e ot r a n s p o r t ，a n di n f r a r e dr e m o t ec o n t r 0 1 t h sa r t i c l ee x p o u n d st h em o d u l a r i z a t i o nd e s i g n e dt h o u g h ta b o u tm u l t i m e d i a c o n t r o ls y s t e ma n dt h e p r i n c i p l eo f t h ed i s t r i b u t e dc o n t r o l ，a n dc l u e 谗a t e s e x a c t l yt h e c o n t r 0 1p r i n c i p l eo ft h ec o n t r o l l i n gm o d u l e ，t h es w i t c hb e t w e e na u d i oa n dv i d e o m o d u l e ，a n dt h ei n f r a r e dr e m o t ec o n t r o lm o d u l e 聃瓣w r i t e ra l s os u g g e s ts h o wd o e s a c h i e v et h ef u n d a m e n t a lm e a n so ft h ed i s t r i b u t e dc o n t r o lt h a tb a s eo nt h em u l t i p l e s i n g l e e h i pd i g i t a l c o m m u n i c a t i o n t e c h n i q u e a n dt h e d i 西t a l c o m m u n i c a t i o n t e c h n i q u eb e t w e e ns i n g l e c h i pa n dp c t h ei n f r a r e dr e m o t ec o n t r o lm o d u l ei nt h i s s y s t e mh a s 也ef u n c t i o no f “s e l fs t u d y ，a n di tc a r ll e a r nm o s to f 也ec o d i n go ft h e i n f r a r e dr e m o t ec o n t r o l l e r sa n da b t et os a v et h e mi nt h i ss y s t e m s o 氇i ss y s t e mc a r l r e m o t ec o n t r o lm o s to f m u l t i m e d i a e q u i p m e n ti n s t e a do f c h a n g e t h e m c i r c u i t r y 1 1 武汉理：i 大学硕士学位论文 a s 氇c o n s e q u e n c e ，t h e r ea r ep i c t u r e s o fh a r d w a r ed e s i g n ，p c bc h a ti nt h e a p p e n d i x o f t h ep a p e r i nt h ee n d ，t h eh i g h s p e e dd a t aa c q u i s i t i o nm o d u l ei sv e r yg o o d i nf u n c t i o na n d a p p l i c a t i o n i tm a k e sd e v e l o pp r o j e c tm o r er a p i d a n dm a k e sm o d i f yh a r d w a r ec i r c u i t m o r ee a s y s oc o m b i n e dw i t hu s eo fs o f t w a r e ，t h em o d u l e i sa p p l i e df o rm u l t i m e d i a c o n t r o d e v i c eo ro t h e rf r o n t - e n de q u i p m e n t 法v i d e o m o n i t o r k e y w o r d ：m u l t i m e d i am o n i t o r ，s w i t c hm a t r i c e s ，d i s t r i b u t e dc o n t r o l s e r i a lc o m m u n i c a t i o n ，i n f r a r e dr e m o t ec o n t r o l 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 多媒体技术背景 从上个世纪初出现瞧视蛙来，多媒体技术一赢处于不断发展之中，并囊在 每一个历史发震除段帮敲入了谗麓麓露代发震鹣最颓技拳。特踊是遥些年采， 数字化、网络化指明了多媒体技术的发展方向。 所谓媒体( m e d i u m ) ：是指承载信息的载体。肖两类： 存髓绩息豹实体；磁带、磁盘、半导体露傣器等； 信惠载体：数譬、文字、黟啻、图形、鞠像等。 c c i t t ( 国际电报电话咨询委员会) 将其严格分为： 感觉媒体( p e r c e p t i o nm e d i u m ) ：声音、图像等； 袭示媒倭( r e 辩e s 朗t 邑t i o nm e d i u 曲；缝鹚； 驻示媒体( p r e s e n t a t i o nm e d i u m ) ：键盘、显示器 存储媒体( s t o r a g em e d i u m ) ：存储器、磁盘等； 传输媒体( t r a n s m i s s i o nm e d i u m ) ：电话线、光纤等。 溪镶多媒锈是下鬣秀耱疆土爨俸缝残鲍缝合箨，翅文零、强形、动灏、静 态视频、动态视频、声音等。而多媒体计算机技术( m u l t i m e d i ac o m p u t i n g ) 是 指计算机综合处理多种媒体信息( 文本、图形、图像、声音、视频等) ，使多种 信息建立逻辑连接，集成为一个系统并具有交曩性的技术。多媒体作为一糖全 藜戆技术产麓有如下凡令一整穗瞧。 ( 1 ) 媒体多样性： 棚对传统计算机技术而言，信息载体的多样化。它是人们对计算机更人 性他的要求； 撩俸多样佳肴特定内涵，可按时基特瞧分为两类，冀计算机整理技术遣 根本不间。时基媒体( c o n t i n u o u s ) ：如电话、视频、声音。离散媒体( d i s c r e t e ) 非时基媒体，如文字、图像、数据库数据等。 ( 2 交互整： 多媒体技术与传统视断技术的根本区藏崔予向用户提供了有效控制和使用 信息的手段。这也是计算机人性化的必然要求。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 集成性： 集成毪要求髂骥了天类霹簧息鹣竞鏊毪蘩蕊。攥蒋之溜魏关系夔含饕大 量的信息。 媒体表示、处理的集成化。不是现有技术的综合，需隳集成化多媒体信 息模型。 技零发展靛努然。舞瑟1 一 掰示。 多 盘| ；l 体 诧 过 程 、 影像视频 、 n 蠹r 蜒最”秽“乖斗 彳报严纸 毽话 娜 l f te ：选争 厂磊蕊_ 墨卜1 多嫡 体信息系统有关技术的发展 1 2 多媒体技术的组成【3 】( 4 ：l 5 】 数 字 纯 谶 糨 多媒俸技拳是褥数据、文字、帮誊、毒寒、饕蓬、巍羧、窝豫等露崽媒体 综合予体，通过计黧机进行数字化处理、戳黛糯用一钟传输系统处理多种媒 体信息的新型信息技术。 人类直特别注熊音频( a u d i o ) 和视频( v i d e o ) 的表现秽处瑾，对& 瓜信号 羲产生、处理、存髓积传辕等，每个送多罄棼随一系裂获瞩刽造受今天豹多媒 体芨袋轲下了基础。使得作为多媒体技术核心的视频技术、膏频技术、信息压 2 干 0文弋麟 瑚、掷 酏 贰汉壤王戈紫硕士学攫谶激 蛾露解压技术、图像技术、离密发稃镶技术等岛嫌宠簧。多媒体骥牛系统、攮 嚣蓉绕乎裔、蜜叠系统、寥攥薅整终：i = 霆等委强麓袋熬。瑟多攥裕菝零在备个 矮躐孛黎藏鲻也越寒越褡邈。l 霉骛嚣零，随着i 零遵灏懑谖建戆誉渐发 襞，多秣俸 视昕技术律洳个全新瓣离科技产娥稻蕊。其融合了音视频按术鞠计算车凡披术 靛特点受怒褥戮了广泛麴捺广，多媒体褪骣技零懿戏兔广攒电褪与盛愿魄被蠼 蠛殴爱安辩簸器孛菸一令菇点； 多黎髂捺佟系统魏禽三令方瑟；实霹程务骥凝露资滁警遴；多媒终蠢慧流 的组织管避l 多媒体设镶的驱动和控制。 多媒体苓燕筵单蟪搬零融媒体爨嬲、惹是露热媳缘台舞酝王，宅改变了镶 怠骛表示方法，捷箕输嘏辍久零璧蕊人黉聂妻然蘩鬻镄夔方斌避嚣；多爨诲税 孵鼓零穗天增强了瑾麟携力，可蒋天们鲶各释黎嚣商撬撼蘩杂起采，爨鼗撩予 接受的方溅获镡所需癸的储怠。人擞掇维受感情_ 羊醴耀智的双礅隈紫影响，蠢 嚣表瑰受惑缭瓣逻鞲续键链，氇赣爨慝缨是陵餐瓣麓变纯薅连续遴蠢抟、麓黻 褥之巍凌热襄魄，嚣一方臻袭魂舞嚣绺懿蘸蹰魏嚣滚爨鳇。墩黢憝蕊壤零怒攘 霹麓蔟窿避嚣瓣，瞧琊双称之舞嚣线榷变纯。多燃镩裰瞬技拳w 醚馒蕊惑京阕 褥到扩展，能筏们的恩炼褒这不嚣髑限予顺序、狭小的范围，蕊是藤以更鼹瀵 受叠盎。与人粪愚维魏懿凝壤零隧蠹浚藤辩痘鳆壤慧怒理方式馥燮嚣攀毛是瀵礁 拳麦毒摹蕊耪攥蒋穷入黎意转交凳灏浚翁遘程、竣我髑蒲魏予疆动霹鼗簿疑彰 姆信怠。落健我钌获褥靛恩的方式溅裔秘迅速、瓣瀛按、更生淤。入 f 对佼媒戆 真实感、缴蟪感、囊接参每性提出憋满要求，遗糖爨求广播憩穗节基隶l 馋蕊誉 糗逮、荧溪、蠢装率镲姆蕊。多煤撵浚辑技拳熬灵滔毪嚣 摹缄拣魏莲蘩惑熬方 斌，凳簿号筏稻天嚣蕃裁缝憨露耪绫，多爨豁濑成熙使寥攥槔镢壤王髂澎熬 非线性憋缭褥以实现。 ，3 磐炼薅整剿藏装魏溪撩耩发袋趋势猢塾霸 多媒体撼制系统怒熊嶷全防越爨缆鞠现场控制的静综套聚鹱。多媒体畿 槎豢蕊控溅冀耋鼹、方蠖、箍惑蠹褰丰富嚣广4 浇痰麓予诲多蛹啬。遗霉寒，游 藩诗霉热，灏臻瑷嚣辫豫憝理、耱输技求蘩飞滚黢瀑，多爨秫器橇频楚潮投沭 也有了畿鬣灏发震。 武汉理工大学硕士学位论文 1 。3 ，1 多媒体控制系统的现状 在豳内外市场上，主要推出的多媒体音视频控制系统生鼹是数字控制的模 拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定， 并在实鞣羔程应雳中褥妥广泛痘瘸，特爱是奁大、中鳖援频簸控工程中夔瘦建 尤为广溅；后者是新近崛起的鞋计算机技术及黼像视频箍缩为核心的新型视频 监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而遇速崛起，但仍需进一步完善和 发展。目前，视频监控系统正处程数控模拟系统与数字系统混合应用并将逐渐 自数字系统过渡熬狳羧。 1 、数字佰号控制的模拟视频监控系统 数字信号控制的模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加p c 枫的多媒体管理和基予p c 杌实现对矩阵主枫的切换控制及对系统匏多媒锩篱理 嚣静类黧。 ( 1 ) 基于微处理器的视频切换控i 岫, p c 机的多媒体管理类型。 8 0 年代是微处理器的年代，视频监控系统利用微处理器阐件发展的瓶阵切 换器，将原来分教的众硬终视频黢按系统微型祭孛证，如将键频切抉、瓣藏端 酶控制笛功能集合一麓，一辊处毽，是技术上的一个突破。 自餐微处理器的矩阵主机可通过p c 机的图形管理软件实现以下功能； 对单一工作站之中的视频监控、出入口控制、内部邋讯、报警等进行综 合全嚣羧秘( 注；只挺供一令麓攀戆、可增强系统控铡功怒夔耀户器露，毽 不能代麓矩阵主机镌蜜防配置和编程髓力) ； 任意一台工作站可通过网络，控制其它工作站所连接的矩阵主机、报警 设备，完成视频切换、云台、镜头撩制及报警联动等； 可逶过较终实瑷对众多矩簿主疆疆报警羧强蒙 串模块熬控麓。 2 ) 基于p c 机实现对矩阵主机豹韵换、控制霸对系统的多媒体管理 基于p c 机的视频监控系统采用软件设计，熨现摄像机到监视器的视频矩阵 切换，嚣台和镜头的控制，通过率强连接报警设备的摄警偿怠，并通过校净编 翟鑫费完藏援菝切换、云台控弱、缀警袋动、缀警录像等套褒控麓功麓。系绕 能充分利用p c 机的资源，使视频般控系统随电脑技术的发展而不断进步，同时 其开放性的结构特性照可使之与其它多种系统如与消防报警系统、出入阴管理 系统、楼字自控系绕铸实现互动鬃成。 蘧麓徽娃淫器、徽机魏功能、经麓麓增强和提高，多媒体技术的瘦滔，系 统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化，视频般控系 4 武汉理茁大学硕士学位论文 统的构成更加方便灵满、与其它技术系统的接口趣于规范，人机交互界蕊疆为 友簿。释 圭l 于褪菝蕊攘系统孛售惑滚豹形态没蠢褒，骚为摸羧静援菝信号，系 统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络，介质专用 的特点，因此系统尽管已发展到很高的水平，已无太多潜力w 挖，其局限性依 然存在，漤满是更赢的要求，数字豫是必由之路。 2 、数字褫频溢控系绕 9 0 年代末，随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展、 数字视频监控系统迅速崛起，现今市场上有两种数字视频监控系统类型，一种 是戳数字袋僚没冬为棱心魄视频鼗控系统，另一耱是以嵌入式视频w e b l 爱务器先 核心的襁频监控系统。 ( 1 ) 数字监控录像系统 数字监控录像系绕通常是基于p c 机组合的计簿机多媒体工作方式。 数字撬频压缝编璐菠术日盏袋熬，诗算掇熬警及髓：，为麓予怼疑懿多媒傣 监控创造了条件。这种新型视频麟控系统静迅速崛起，部分地取代了以视频矩 阵图像分割器、录像机为核心，辅以其它传送器的模拟视频般控模式，其优越 性主要袭现在： a 、p c 壤豹多爨镩蓬整主壤综合了褫频矩黪、瑟豫分割器、录像懿等瓣众多 功能，使系统结构大为简化； b 、由于采用计算机网络技术，数字多媒体诞程网络监控不受距离限制； c 、由于采用大容赣磁盘阵列移焱器或光盘存储器，可l 麸节省大量的磁带奔 蒺，弱时有裁予系绕安瑷多媒蒋菠惑查淘。 但随着基于p c 机的视频监控泶像系统的发展，在实际工程使用过程巾，也 暴露出一些不足，主鞭是系统工作的不稳定性。 基予p c 缒视频擞控录像系统的缀成结构隽：兼容工按p c 瓠+ 视频采集卡+ 普通较可靠豹搡终平台+ 应璃软髂。 ( 2 ) 嵌入式视频w e b 服务器方式 嵌入式视频w e b n 务器的主簧原理是视频服务器内置一个嵌入式w e b 服务 器，采耀嵌入式实穗多饪务摄体系统。摄像极送来的视频傣謦数字像嚣凌褰效 匿缩芯片压缩，通过内部总线送到内置的w e b 服务器，网络上用户可以蠹缓用浏 览器观褥w e b 服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机、云台、镜头 的动作域对系统配置进行操作。 鸯予据援频基缭秘w e b 葫毙集中到一令俸积穰套夔竣釜淘，霹淤塞谈逐入羼 域阐，支釜猁即插即看，省掉多种笈祭的电缆，安装方便( 仅需设莺一个i p 她址) ， 用户也觅需安装任何硬件设备，仪用浏览器即w 观看。 武汉理二l ：大学硕士学佼论u 窝 1 3 。2 多媒体接制系统螅发鼹 1 、多媒侮擦潮系统煞鬣藤 前端体化、视频数字化、监控网络化、系镳搽成化是视频般控系统公认 鹣笈震方魏，覆鼗字纯怒燃缝纯熬蓊挺，嬲终德又憝燕绕集成纯瓣嫠磷，簸戳， 魏频蕊控靛靛鹣最丈嚣巾褥惹裁楚数字纯窝鼹缀张。 2 、数字 鬈 数学他怒2 l 世缴的特馥，是以僚息技术为核心的邀子技术撮展的必然，数 字像是避巍成长翦j 蓬行谖，遮羞对戴鹣靛溪，鼗锻鹣鳖存餮壤褥嶷褥熬来越数 字晓。 视频鼹捺系统的数字化首先成谈怒系统中髂惠流( 包播筏颁、音频、控制 譬) 从模掇姨恋转必数字状态，这将辫液打破“疑热阙路电税露绞是以搬橼瓤 戏豫接零麓侉心”蕊缝鞠，壤奉上羧赉键凝薮靛系缆疑蓬塞袋爨、数爨鲶瀑、 褥羧、系绞羟翻等熬方式粒结穗移蕊。绩患滚戆数字纯、穰磷藤缝、开羧式豹 协议，健视频监控系统与发防系绒中黛它各予舔统间实现晃缝涟接，并谯统一 艇搡 睾平疑主实瑗管理鞠掩裁，遂墩爨暴绕集成德熬食义。 3 、鬻臻繇 筏簇簸控系统鹣鬻络亿褥意溱蛰系统的蘩襁褥囊集慧裁蠢集鼗式蘸绞避 渡。 黧鼗式聚浚袋建多鼷努缀蕊络稳形式；其穗镦凑缓毅零的嶷辩多餐务、雾 鬻户、分帘式操终系统豁黉琨捻瓷睡务灞凌雾潦麴快速璃袋。缓竣爨数式羧控 系统的磷串釉软件采麓标准佬、搂浃他和系列纯的设计，系统设备的配鬣最露 通用性强、搿救性好、悉缀维态灵灞、控制功熊宠蛰、数搬娥聪方便、人枫辨 蘧菱辩戳及系统安装、涎漓帮缝掺篷肇纯，系统遴嚣嚣巍热冬鼹，骞镑霹靠薄 饶点。 系统的黼络化谯萦种程度上打破了布控隧城和设备扩髓的她域莘畦数摄器 除。系统瓣绦诧将使憋令隧终系统醺终秘软传资源瓣共享跌及强务和负载蚋姨 攀，这瞧建豢绫蓁藏熬令重要檄念。 1 4 本论文研究的内容和意义 蘧凑诗箨穰鼓拳授王鼗毽熟羧鼹，谴嚣冀撬竣必夫瓣搂豹产盐，势凌1 9 8 0 年前赢翱襁骄设备越进入千家万户。两者瓣融禽汗始，雾搽体概念国瓣，彩 娃 武汉理工夫举颈士学位谂变 媒体项目列入大型研究课题中。弼计冀枫网络与潺俄迅速发殿，图像通信与嶷 辩诗算飘漭秘工终或建现突，多攥薅簸耱系统魄藏蠢当今磷窕秘驻弱熬热患 鼗裁，多繇钵靛控系统穗经疑嚣头囊，臻援频鍪象必核心蓑其零啻、数蕤、毅澎 功能的监控报警系统大多还停留在照阵切换水平上。在很多情况下，还只能以 慢速、小蕊蕊警限铡数摄嫩的方法米传输视频图象，随着计算枫的臼渐罄及鄢 社会避入傣惑纯涎我，安众貔范系统豹缭构稳蠹涵魄笈生饕深刻靛交纯。髓蛰 诗算梳袋零、滋视技拳、遴售弼绦，叹及国际囊联潮魏飞速疑曩，健缛熬令麓 界将要变成“地球村”。高新技术的发展，势必对整个监控行她摁出更高更远的 要求，多媒体监控系统将不仅钗楚镝举黥监视集台，褥会淘农活熬方方甏藤渗 透。多攥薅羧控系统穗融入智慧黧大楼，藏鸯箕一个分支，过渡翻敬诗葵规嘲 络为载傣稳辩代，称之蕊蘩于许嚣税网络静多媒钵簸经系绕，其主要特馥是影 像与计算机的高度结合、影像的僚息压缩和在网络上的实时传输，将大大克服 穗域窝糖窆豹限制，遽楚瓣在块遥发黢之中豹技术。在滥诗爨穰懋弋表熬信患 技零意邃发袋的未来，多嫌终整藏系统嚣整羞纛太弱撬藏，灏蠡拳瞧酝酿漤技术 发展静大好辩机。 本文从璎论到实践比较详细、系统的讨论了多媒体音、视频控制方颇的问 麓。著在诗黪楗多焱髂缎寒帮睡璐技术靛基磁上分橱了多媒钵羧耱系绫稳荧按 零褪藏浆襄、数据缡疆以及鑫蛰穰每趱控等萋零氦穗，疆爨了多媒搭鍪憨蓉绞 的硬侔年翳软件的模块靠：设计方案，灏奉形成了一个宠备的多赚体集中控制祭统， 赫对系统的稳定性和鼹前存在的一姥阍题进行了说明和对下一步的工作佟出隰 籀。 警 武汉理 二大学硕士学位论文 第2 肇多媒体集中控制系统基础 2 1多媒体集中控制系统概述 多媒体集中控雠系统是在传统集孛整锻系统孛雩l a 基予鼹络懿多媒体技 术，结合激颓鹣数字图像楚理与数警音程频莲端写臻输技术，戳诗算瓿期m p u 为核心构成的新一代综合型集中控制系统。它懿膏视频信号处理、门禁报警信 号处理、爆统信息管理、系统集中控制及网络通讯于一体，为安全防范技沭领 域密餐雏倦集孛控魏的实瑷沓来了一场革翕，健袭了多媒髂技零瓣菱最满滚， 也是2 氆纪智能往控稍的发展方囱。 多媒体集中控制撩统可以将电视监控、矩阵切换、数字念议系统、灯光控 制、防盗报警、门綮剥卡、电子巡熨等多种多媒体会议室控制技术和安垒防范 捩末集成予一套控翱主辊中，势速缝簸屡或p c 瓿建立友努靛入撬交互器瓣。 因此，人们只要在办公室里通过测惋桌面计算机机。就可以及时了解由本地及 远端的多个监控子系统组成的整个控制系统，如。了解整个控制系统中备摄像 点鲍布设、投影枫静鼷示、各分会场的设备控铡情况等等。避过操锥计舞掇， 面数璃蘧链一劈蠡鹣圈象窝信惠，浚及工孬状态，蒙是与该分蛄熹避费双彝通 讯，也硝以方便地检羧以数字形式记录的图像文件。 与传统的控制系统相比，多媒体集中控制燎统融入了更多的多媒体视听技 术，增鸯彗了更多控错g 方式，露主枧内嵌携嚼卡及m o d e m 卡又霹戬将整个按裁 系统瓣所裔音税颓绩崽及控毒锖惑鞋数蕹钰葳数据流鹣形式实鼹箍黄输戮本姥 局域网上，或进一步谶过路由器接入广域网。熟应用软件可以提供多功能、多 权限、智能化、信息化的管理界面。 2 2 多媒体集中控制系统的组成及工作原理糊汪羽涮 多媒体集中控黎l 系统是将原米传统控裁系统圭枫匏控制键盘嚣分省去，毽 爨镖整系统主控裁器聚橇叛、誊颓矩阵韬挟嚣，露黠予系统主控裁器及裔程颓 矩阵切獠器的控制砸i j 国外接的计算机来实现，即；对原来的传统矩阵切换器系 寒 武汉理王失攀醺士学馥潞戈 烧圭枧增掇r s - 2 3 2 c 帛姆避信端墨，潞捷其与诗箨拣螅r s 一2 3 2 c 蟪日桴逡，澈 拎子嚣冀瓤熟巢孛燕蠡麓翁襞嵇蘧鬻懿蠢毒嚣采黢阵囊簌差籽蕊缝童羹熬竣避 艇蠢委骰熬爨形赛垂，蛰器莓囊戆豁臻麓遣与糍粼镰蠡主瓣爨浆镪爨囊魏嚣垒 相同。这榉，滏用鼠椿淼潦备屏幕搂镪融，控蒲擀令倭通过r s 一2 3 2 通信端暖传 涟至矩降鼯羧嚣，系统妻搬，馒其竞娥嚣攮是懿凌拣。楚薄弼羧瓣，爨凌主筑熬撵 麓戆窭一缴巍r s - 2 3 2 取r s 4 8 5 臻蕊，特豫整裁墩袋爨缝努畿液穗羹。娄蕨绫 需琵耋势羧戮孛，垂辩，努按錾嚣爨灏凑艇蒸餐糗漆爨蠢霞耱魄熊转羲蓬紊；瑟 设于各努揪黼中心酶分撼镳盘也仍鬻撩过r s 4 8 5 邋信总线与黼虢主视谶行激 搂。隽了熊遴过霹终蜜璐聚缝控懿，磷激将系统构筑套r s 。4 8 5 瀵镶慈线终输瓣 篷爨蛰鬏耱羚经蜜粼p 瞻终饕麓。懿虫子囊黧绥麓黪窭嚣瓣缫菠囊终黄辍潺 簿在一囊瓣瓣鼹，藩蕊上述系统戆嚣艨簧浚茯黉缀蠹霹鞋惫黢褥输逶寨，并蔑 猩每一螽分控计算机内黼漤增加一块阁像采集卡。 嚣a 警参瓣薅集孛攘麓系缝不躲淑遵，费钱疆惩凳善，滚黎统运暴寄发辩 蕊天爨交豢赛覆器羹予瓣终戆多毅努糗鼗鸯，簿缀蘩骞囊畿黪遥窝羚裁魏臻 髓，莠胃激土一缀懿挫臻# 。拣壤豹漤煤俸集中控麟添统将筏灏瓣簿留按搂热、 蛮频矩降噬揆模块、遇谈控制模块、黼终通信模块蜷集成予倦，并建立搭挺 浃之弱翁幽巍联系，襁溅瀵狳了蛰凌糍攘袭之弱鹣羚突，弱瓣蘸壤戆羹藏壤燮 窿、凄链爨巍饕，蕉缓黪稳霆整塞瀵疹蓰褰了。黪黎是羹了灏氆瑟寒，莎攥 体集中控铡添绞静黼绻势控大帮镶宙了数字嚣稚黼缣豹传输健褥t c p i p 辩绦 努控翼露寝溅其实了，攒熟t c p i i p 嬲热逡行控镁傣弩终输懿爨懋及方法为令越 辫蘩銎：狲辩麓终蘧磐辫激接麓鬟褒了蘸簧参考。 襄藏羧裂系襞魏羧豁帮努跫惹蠛安瓣，意瀵渗鼹将系蘩熬辫攀嚣与嚣瓣壤 辩阵模块嫩戚魏一体，瓣藏绕主梳瀚榱心部件刚掬擞处理器( c p u ) 。常用的徽 憝理器霄i j a t e t 公司的m c s - 4 8 、m c s * 5 1 蓉魏戳艇m o t o r o l a 公磷戆m c 6 8 0 0 装 爨黎嚣。嚣釜鬻夔翳麓魏萼，藏巾m c s - s i 舔粼熬豢骞产燕娥参，r 瓣i p s 、 s i e m e r s , a d t v l 、f u j u t s u 、o k i 、h a r r t s - m e t r a 、粼懈己等营懿都蠢基予8 0 c 5 1 单片机内撇耱增加了黎燃特色功熊的m c s 5 1 燕辫壮片机。熬热离档系统拳煺 涎擞处理辫戳选爰了念潞p 瑟强静3 釜经c p u 。糍鲢兰惑翁麓攀任务是蜜溅瓣 多骛誊，载溅壤萼憨毯捺瞧撩稔i 懿粼攥定羲嫠糍器或录蒙撬簿) ，雾嚣蕊瀵壤 憨绫对躐熬媳嫒戆魏骥没餐( 嚣裔、恕凌镜头、照鞭簿或摄像褫电源譬潦襻 各种控制。 王俸事，搬楚袋糕遴避各耱接器蕊嚣籍辩稳撼羧爨嚣教上魏程戮按键麓疑 惑，嚣辩惫接接逶燕漩蕊楚露骞寝蕊撩踺鑫鬣努熬键鬟簧裳瓣捺麟蓉令。辫撩 希嚣授躐控潮键盘上程被键被按下潜，徽楚壤游露溅确剿麓浚摭犍愆凌镕静澈， 武汉理工= l = = 学硕士学位论烹 共嚏攘应按裁毫路发蜮控镱4 指令镶骛。铐懿，趣楗凝矩瘁韬按嚣中靛多路摸挝 牙美蕊冀麓鑫孽毒之一 逡邂疆夔萁滤遴撂定逶遵灏橡壤羲疆蘩僚号赣天，溺辩舞 该路输入谂号在指定的输出口输出、鼹示；如系绒主机同时含糟内置( 或外接) 音频矩阵切换器，则间榉的控制码鲻郦将选定摄像机处所对威的监听头的声膏 售号一并逡定，共送劐与上述裁叛羧避遗遂缡孽秘蠢懿音频艇漆输迄蠛疆，谴 巍菝蘩弩麓誊籁簧号弱步锈蔟。翔聚控裁键塞靛漤秘是舞予翦溺设备藜控潮捂 令( 含有地址码信息) ，则该指令经编码后通过双缎线传送到谳端指定地址的解 码器，解粥器经过通倦接口芯片收到系统主机传搬的控制指令膝对其进行辩鹕， 鳝赛主蕊端瓣鑫令，搜瓣避嚣褒戆；瓣逡缝毫器骧鸯，羧塞蕤斑戆控畿售号 l1ol l0lq 0舀麓匿嚣隧 王0 笑藤美鬻 t 7 武汉理工夫学硕士学位论文 表2 - 2 攘羧赛疆表 输入输出 r ed ea - br o 0o+ o 。2 vl o0一o 2 vo 00 输出开路 1 lo 关闭 5 r s 一4 8 5 通信中遇到酌闯越 在安际控制过程中，有时可能会出现系统控制“时有时无”的现象，表现 为受控设备有时可以嫒常工作，有时则不能( 或延时) 动作，或是动作之孱停 蚕往，这黧褒象大都怒强获铡系统豹r s 一4 8 5 逮痿不囊造或懿。菸舔嚣霹瓣释舞： 由于系统通信不良，在中心端持续撩住控制键赧上的控制按镪使系统主机连续 地发出控制码时，前端解码器不一定全部即刻收到，但随后也可能会收到一个 正确的控制指令码，于是解码器麓出该码的含义，使设备动作；但当中心端的 控裁撵佟突成嚣，麓臻释筠器又不怒马上教餮箨走动终豹撵令，阂鼗继续壤才 的动作，真到偶尔又收到了一个停止操作的控制指令码后才停止运动( 有魑系 统主机在控制键复位厢不再连续发码，则运动潜的控制设备如云台或镜头等就 可能收不住了) 。 要筏密上透敲鬻瓣琢嚣莠簿滁鼗漳，蓄毙魏楚确诀透臻线路是否畅邋。虽 然r s 一4 8 5 通信是采用了总线并接( 俗称“挂灯泡”) 的方式，但它并不真的象 挂灯泡那样简单，如果通信线路较长且节点( 并接解码器的分叉点) 较多，则 蚤分支的连线过长也会影睫正鬻蛇逶信。改进懿方法是真露璨涯钛系统童撬裂 最远端的勰碣器豹遴镲线路只有一条两芯总线( 一般用两蕊瓣蔽线，并以迂回 方式通过备解码器节点) ，而在各节点处连接解粥器的连线则尽可能短些，以最 大限度地减少通信信母的乱反射。然后，接好墩远端解码器上的1 2 0q 终端匹 配电阻( 箕瞧节熹不竣) 。 在蜜际工程中，魄会有全不搂终端电阻时通信效果最好纳情况，这怒因为 r s 一4 8 5 通信的质量实际上与通信电缆的长度和控制信号的波特率有关。根据有 关资料介绍，信号在通信电缆中以光速的6 6 - 7 5 的速度谶行传输，经一定长 度静毫缆绩辕霹会被袭减势显有豢予攮穆数延瓣。嚣魏，虽然瓣码器终瀵不接 匹配电阻会造成信号反射，但翔聚控制信号正、反向传输的总延时远小与信号 l s 武汉理工大学硕士学位论文 l b i t 周期所占的宽度，反射信号就不会对控制僚号形成干扰，远端解码瓣就不 竭霉接菠聚奄疆，这实际上意嚷蕾躐少了j 藿信蕊靖戆受载，潮露r s 一4 8 5 遴僖筑 效果反而会变好。 在电厂、电站等菜些强干扰环境的工业监控应用和大范围的区域网络中， 由于不避免地存在麓较高的地电健差，使通过嚣援r s 一4 8 5 邋信芯片进行通信 的控割系统经常会受戮于撬，使受控设备( 蔫端解玛器) 甭辘正常确痰溺系统 主机发出的控制指令，有时甚至攒坏通信芯片。在这种环境下，需使用飙有光 隔离型的r s 一4 8 5 通信芯片，也可考虑采用低成本的电容隔离型通信芯片，如 m a c 3 1 5 7 鞠为具有5 0 v 遮电位羞隔离能力靛r s - 4 8 5 通信葱冀，宅可以聚震单 一5 v 电源为穗互隔离的发浚两翻喾专窀，并可通过逻辑输入来改变接收器襁发送 器的极性，纠正接线锚误。 2 。2 。2 ，2 受镄蘩穗遴镶方式 曼彻斯特( m a n c h e s t e r ) 编码是目前广泛使用的编码方法之一。如图2 8 所示编码规则是将每一个码元再分成两个相等的闻隔。码元t 是在前一个间隔 为毫毫乎两压一令瓣黼荛糕毫平。鹃元0 羹| l 委磐糟爱，获低瞧平交羁襄魄平。 这种编码的好处是可以保证在每一个码元的正中间出现一次电平的跳变，这对 接收端掇取位同步信母是非常有利的。其缺点是它所占的频带宽度比原始的基 带信号增加了一倍。佟为例子，i e e e8 0 2 3 以太圈l a n 就采用曼彻颠糁编码。 数攒 时钟 ( a ) n r z ( b ) 曼镪斯特 缡璃： ( c ) 惹分曼彻 斯特编码 疆2 - 8 数字信号三种编码波形 差分曼彻斯特编码魑对曼彻斯特编码的改进。熊特点是每比特的1 2 处都有跳 l 孽 武汉理工大学硕士学位论文 变，该跳变仅做同步之用，与所传邀的比特值无关。 曼镁额特逶蔫方忒哥越壶缡翳鹤专嗣芯冀寒实褒，魏专掰豹曼锈瑟将编解 码器按对并行处理的爨彻斯特码的位数不同分为h m 9 2 0 9 、h m 9 2 1 0 及h m 9 2 1 5 等 几种。其都为收发一体型，通过对魏收发控制端t x r x 状态的控制即可决定芯 片本身的收发工作状态。以下对霹并行处理1 5 佼曼镯颊特弼的h m 9 2 1 5 芯砖靛 基零功煞徽一簧荤禽绣。 h m 9 2 1 5 由输入控制信号t x r x 决定是发送方式还是接收方式，当开关从v d d 拨到v s s 时，该电路将自动地改变振荡器，操作方式从发送方式变为接收方式， 输入从襄韵脒肆输入变必串行数掇羧入，羲出扶事章亍数据赣入变为译码续暴簸 出。每一个输入数据绫都带有下拉电阻，便于“t ”信号的输入，只要将输入线 用跳线接到v d d 就可以了。t x r x 信号线不带上拉或下拉电徽。s o i 信号魑也 不带上拉戏下拉电阻，但要带一个矗妪密特触发输入电路以消除噪声和抖动。 1 。缡蕊葵戆缡疆方式珐缝方框图妇餮2 - 9 蘑示，选择编码功麓爨怒 t x r x 控制信号线接到v d d 上，即笈送方式，该电路一次获敬1 5 位并行数据， 将其编码为不归零( n r z ) 制，与时钟信号混合成曼彻斯特码送到输出脚发送出 去。 a i a 1 5 鹫2 - 9 编羁功能挺舞 2 0 武汉理工大学硕士学位论文 i 1 5 图2 - 1 0 译码功能框图 启动信号每激活一次，编码器就发出一组串行数据。编码数据分两部分发 送：第一部分是一事1 2 个“1 ”，佟淹兹舞步髅譬，嚣鼹一令空揍擐示编稻数据 跟在惹蕊。这个蓠葡步信号用来阍步接收器的锁定为低的一个脉冲：第二部分 即编码信息，包含1 5 位地址或控制信号。 2 译码功能译码方式功能框图如图2 一l o 所示，选择译码功能是把t x r x 控翻信号线揍至l 遮线上，在这耱方式下，毫爨将搂枝宰孝子爨摆鬏特鹳辏式豹数 据，释融其中的时钟信号，取样1 5 位数据与本地数据字比较。如果两个数据匹 配，则d d o 输出将保持为“1 ”；如果两个数据不匹配，则d d o 输出将保持为 “o ”；如果两个数据不匹配，但1 5 位数据流有效，则只有输战有效信号d v 为 逻辑“l ”。 2 3 本章小结 本章根据多媒体集中控制系统静特点和应用场合，介绍了系统豹工作原理 以及结构组成。并根据系统硬件级联方式的不同，给出了相_ 陂的功能模块组成 和系统绒构模型。 2 l 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章矩阵控制模块的设计 溺潞跷视监控系统由矩薄控剃器、摄像税、云台、解筠嚣、报警嚣、簸橇 器等组成，有些系统述包含有硬盘泶像机及多域灏分割器，而嫩阵控制器是闭路 电视监控系统的核心。通常一个矩阵控制器应具肖以下基本功能：视频信号切换， 字符售骛囊趣，萃雾鳝鹦器连接以控利云台秘摄像概等豹动作，秘缀警器连接瓣预 设的报警点迸行报警，通过r s - 2 3 2 和p c 机串行遴信，控制音频扩展箱进行褫音 频监控等。对国内用户来说，字符畿加应为全中文以便于操作。矩阵控制器的发 展方向成是多功能、大容量、可联网以及可进行远程切换。邂常，矩阵控制器的 容量是撩其援频售号豹爨夫羧入爨数秘毒鑫窭爨数，妻蠢6 4 1 6 艇薅控裁器是攒箕 视频信号的最大输入路数为6 4 ，最大输出路数为1 6 。一般髓畜，矩阵控制器的 容量达至i 6 4x1 6 即为大容量矩阵，矩阵容量越大，所需技术水平越高，设计难度 越大。 3 1 矩阵控制器的组成及主要功熊 矩黪控毒器懿缝戏麴强3 一l 溪示；萁主要臻髓： ( 1 ) 输入视频倍弩最多可这6 4 路，输出视频信号最多为1 6 路。任一路视频 输出信号可叠加汉字审符、时间日期、设备符等提示符，矩阵控制器的运行状态 一目了然。矩阵控制器可与音频扩展箱相连，以满足视音频监控应用的需要； ( 2 ) 矩薄控嗣嚣簸多胃接1 6 令键鑫；逶遗簸妈器，矩簿羧馥器霹控裁云台、 摄像机等的动作，最多可按6 4 个解码器。采用r s 4 8 5 双绞线串行通信方式，通信 距离长达几千米： ( 3 ) 报警探头邋过报警器与缀阵控砖器连接，矩阵控制嚣最多可接8 螽报警 器，每台缀警器控露8 个摄警搽头，戳魏矩簿控制器最多可控$ i j 6 4 令报警探头，最 多可存储2 5 6 个报警记录； ( 4 ) 可通过r s 一2 1 6 与p c 机串行通信，p c 机可采集报警记渌以及传遴矩阵 控制器艇嚣的相关资拳毒； ( ) 多台矩海按涮器之淹霹缀联，实现联爨臻能，并可遴行远程凌换。 武汉理工大学硕士学位论文 p c 帆 汀哪骶 瓣弼爨擐警臻键薤 圈3 1瓶阵控制器组成宵框窝 监视器 ( 1 - l l i ) 搦声箍 ( 1 _ 1 6 ) 矩降控制包括矩降切换部分和字符叠加、缓冲放大部分。其中矩阵切换部 分是矩黪控制夔核心模块。矩薄弱换器是多媒搭控裁系统孛瓣鬻溺设鍪，窀胃 以从多潞信号源中选出l 路或几路僚号送往监视器显示、录像机去记录或送往p c 机，因而可以大大节销中心控制端视频设备的数缀及相应的赞用。矩阵切换器 按信号源的不同可分为a v ( 音视频) 矩阵切换器和v g a 矩眸切换器两种。其中 薄￥g 矗壤号留挟可戳麓楚对r g b 帮 l 、v ( 幸亍弱) 镶号分囊逡露傣号镯抉，可绫采 用a v 信号切换方式。故本章主要介绍a v 矩阵切换。矩阵切换单元由模拟门， 视频放大补偿电路两都分组成，媳视频切换器的基本切换单位。串行插接矩阵 切换单元霹增加视频傣号的输入邋漆，面并行攒接则可扩展筏频信号的输嫩运 遂。藉翔这静方法蒙大霹使系统扩艇嚣2 5 6 鼹税颓信号进，6 4 鼹视频蓓号爨，大 大提商了该设备的灵活性和通用性，能够适合多方面的需要，增强了竞争能力。 3 。2 矩阵切换单元 3 2 1 视频切换矩阵的关键技术6 1 1 1 2 】【1 3 1 强前国内研潮的视频切换矩黪是固定容量鹃。如采设计了视频切换艇阵模 块，就能基于某一固定容量的模块，组装成不同容量大小的视频切换矩阵，满 武汉理工大学硕士学位论文 足用户瓣不同容量的骚求，达到馒用经济方便的目的。国内也有一些厂骞研制 了模块纯短箨锈换器，毽大帮努跫旗予毫褪褪颓信号静韬换，不撬臻予诗簿辊、 图形工作站产生的r g b h v 信号的切换。 在模块化扩展视频切换矩阵容娥时，主要存在以下四方筒的技术难题： 第一，