便攜式艦艇視頻監視系統檢測平臺設計及實現＊

孫義卓 隋紹勇 段 濤

（海軍七〇四廠 青島 266109）

1 引言

隨著通信技術的快速發展，近十幾年來視頻監視系統經歷了從模擬視頻監視系統到數字視頻監視系統再到網絡視頻監視的大發展。同樣，海軍列裝的視頻監視系統也經歷了從模擬到數字再到網絡視頻監控的三代發展。在實際使用中證明，該系統極大地方便了部隊的作戰及訓練任務，但是該裝備型號眾多，類型各異，且部件相互不兼容，又因監視系統的云臺及攝像機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，給維修及檢測帶來很大的困難。本文提出了一個便攜式艦艇視頻監視系統檢測平臺的設計及實現方案，可有效提高艦員或技術人員對該系統維修的效率。

2 艦艇視頻監視系統簡介

按照視頻監視系統信號傳輸的類型劃分，海軍目前列裝的視頻監視系統主要可分為模擬視頻監視系統和數字視頻監視系統（含數字視頻監視和網絡視頻監視）兩種類型。其中模擬視頻監視系統主要列裝于水下各大中型潛艇和早期的中型艦船。主要由室內外攝像機、室內外云臺、解碼器（攝像機及云臺）、主機（含鍵盤控制器、顯示器、視頻矩陣主機等）幾部分組成，其系統連接如圖1所示。

圖1 模擬視頻監視系統組成框圖

數字視頻監視系統目前主要以網絡視頻監視系統為主，主要列裝于各大中型水面艦船。該系統主要由室內外攝像機、室內外云臺、解碼器（攝像機及云臺）、網絡編解碼器、以太網板（光纖環網網元內置板卡，為編碼后的視頻信號提供信道）、主機（含鍵盤控制器、視頻服務器、顯示器等）等幾部分組成，其系統框圖如圖2所示。

圖2 網絡視頻監視系統組成示意圖

3 艦艇視頻監視系統檢測平臺組成

圖3 便攜式視頻監視系統檢測平臺組成框圖

該檢測平臺主要由硬件系統和軟件系統兩大部分組成，其中硬件系統主要由PMA（便攜式自動測試設備）、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為集成數字萬用表、示波器兩型儀表的便攜式計算機。本檢測平臺的軟件安裝于PMA上，艦員或技術人員可在其輔助下進行相應裝備的自助學習、現場可更換部件的檢測等功能。視頻編碼板主要實現模擬視頻信號的視頻編碼，用來檢測模擬視頻信號的質量、數字視頻傳輸信道的質量等。電源模塊主要為本檢測平臺、被檢測部件進行電源供電?？刂颇K主要完成被測部件的串口指令發送及識別、各接口信號的分配等。接口模塊主要為不同型號的視頻監視系統分機及部件提供相應的接口轉換。

4 艦艇視頻監視系統檢測平臺主要功能及原理

本檢測平臺主要用于解碼器（攝像機及云臺）、攝像機、云臺、網絡視頻編解碼器、光纖環網網元視頻信號傳輸信道等部件及分機的測試。

平臺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設計，算法采用優化的H264視頻壓縮算法，可輕松實現高清晰圖像的網絡傳輸，其原理框圖如圖4。圖中模擬視頻信號經視頻解碼芯片SAA7115轉換為數字信號后送入DSP進行數字圖像編碼，然后通過網口驅動輸出。

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。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。

5 檢測平臺軟件設計

檢測平臺軟件包含視頻編碼板軟件、控制系統軟件和PMA軟件三部分，下面簡要介紹。

5.1 視頻編碼板軟件［3］

視頻編碼軟件［6］即DSP軟件，該軟件設計三個任務線程：輸入任務、編碼任務和網絡任務。它們的優先級相同，但要高于空閑任務的優先級。另外設計兩個同步消息以實現任務間消息傳遞。每個任務都有一個初始化函數，當系統啟動后就依次運行每個任務的初始化函數。三個任務函數通過同步消息觸發運行。DSP軟件結構圖如圖6所示。

圖6 DSP軟件結構

1）輸入任務包含三個功能：初始化、采集圖像幀和色度空間轉換，其中任務函數是色度空間轉換和向編碼任務傳遞消息。初始化分配存放圖像幀的內存，然后采集一幀圖像，經格式轉換后封裝在消息中傳遞給編碼任務。

2）編碼任務［7］包含兩個功能：編碼器初始化和圖像編碼。編碼任務函數從輸入任務的消息中得到圖像幀并進行編碼，然后把一幀圖像的碼流封裝成消息傳遞給網絡任務。

3）網絡任務包含兩個功能：網絡初始化和向網絡發送一幀圖像的編碼碼流。網絡任務函數從編碼任務得到包含碼流的消息，打包并通過TCP／IP協議發送到網絡中。

5.2 控制板軟件［4］

控制板軟件即STM32F103的嵌入式UCOSII操作系統軟件［5］，其結構圖如圖7所示。該軟件主要含鍵盤掃描、串口收發和網口收發三個任務。其中鍵盤任務最高，主要實現對視頻監視系統部件及分機的手動操作。串口和網口的任務主要在PMA的控制下進行通信。

5.3 PMA軟件

該軟件基于Windows XP操作系統，利用綜合測試診斷技術，通過TEAMS軟件開發綜合測試診斷策略，依托IETM平臺開發交互式電子技術手冊實現。該軟件可實現技術人員或艦員對各型視頻監視系統的自助學習、并協助技術人員或艦員進行視頻監視系統的故障定位及排除，其軟件結構如圖8所示。

圖7 控制板軟件程序流程圖

圖8 PMA軟件結構圖

6 結語

本檢測平臺可廣泛應用于各型艦艇的視頻監視系統，兼容性較好，可有效提高艦艇視頻監視系統維修及檢測的效率，具有較高的經濟及軍事效益。

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