基于前端切换视音频监控系统的实现

黄泽界

（厦门海洋职业技术学院 信息系，福建 厦门 361012）

0 引言

近年来，人们越来越关注生存环境，重视突发灾害的预警与紧急应对措施的建立，迫切希望提高生产和生活管理的智能化水平，视频监控系统也作为人类视觉的延伸越来越受到重视，得到了广泛的应用[1]。

传统的视音频监控系统都是通过独立的电缆把视频和音频信号传送到监控中心，切换和控制也是在监控中心进行，因此需要铺设大量的电缆。笔者提出了一种前端切换视音频视频监控系统，所有监控点与监控中心只要3条总线电缆相连接，视音频切换分散在监控点进行；各监控点的视频信号线，音频信号线和控制线都分别连接在这3条总线上；视音频切换信息和前端设备控制信息在同一条电缆上传输。该系统对监控点实行分区管理，它可以将所有的监控点划分为16个分区，每个分区可以有16个监控点。

1 系统总体介绍

基于前端切换视音频监控系统的总体结构图如图1所示。监控中心与前端监控点通过3条总线连接。各监控点的视频输出，音频输出和地址切换与动作控制电路均分别连接在这3条总线上。每个监控点都有自己特有的地址编码，进行视音频切换时，监控中心发出所要切入视音频信号的监控点地址，与所发出的地址一致的监控点就会将它们的视频信号和音频信号分别接入视频总线和音频总线，然后送到监控中心。

2 监控系统的硬件部分开发实现

2.1 监控中心电路结构及原理

本系统监控中心电路主要由PC、电平转换芯片MAX232、单片机8051、2块74LS164和1块VD5026芯片组成，其电路连接如图2所示。其工作的原理是：首先由控制PC产生出8位的地址编码和4位的动作编码（共需2 byte），经过电平转换后，发送至单片机的串口，再由单片机的串口将接收到的地址编码和动作编码输出至74LS164实现串并转换，然后传送给VD5026，并由单片机的P0.1口发出1个低电平至VD5026的14脚即发射指令端，使VD5026将地址编码和动作编码传输到监控前端解码器，控制摄像头的选择、云台的转动、摄像头焦距的远近、光圈大小及镜头伸缩等。

计算机和单片机的通信以及单片机和74LS164之间的数据传输都采用串口通信。其中单片机的RXD端既要接收从计算机发过来的数据，还要发送数据到74LS164，因此为了避免冲突，在计算机向单片机传输的线路上加了1个起隔离作用的二极管。

2.2 监控前端电路

2.2.1 监控前端解码电路结构

监控前端解码电路主要由VD5027、4514、驱动电路等组成，如图3所示。

2.2.2 监控前端工作原理

前端解码器由接收解码集成电路VD5027、切换控制电路、动作控制译码器与输出电路组成。

1）接收解码集成电路VD5027

VD5027是与监控中心编码发送电路VD5026配对的接收解码集成电路，监控中心控制器发送的地址与动作编码脉冲经隔离与抗干扰电路进入非门G1和非门G2整形，然后送入接收解码集成电路VD5027。监控点所在分区的编码由VD5027的地址端A5～A8设定，地址端A1～A4则确定监控点在该分区中的具体位置。VD5027要连续接收到2帧完全相同的地址与动作编码才会确认为有效。接收到第1帧串行码，它将其中的地址位与自身设定的地址编码相比较，若一致，就将串行码后串段的数据位暂存起来，若不一致，则不做任何处理。接收到的第2帧串行码时，如果地址码再次与自身地址编码一致，则把接收到的数据位与暂存的数据进行逐位比较，如果2次接收到的数据位也完全相同时，数据被转移到输出寄存器，并由数据端D0～D3输出。与此同时，VD5027的接收有效输出端VT输出高电平。

2）切换控制电路

接收解码集成电路VD5027的VT端连接R-S触发器的S端，它输出的高电平使R-S触发器Q端输出高电平，2个开关导通，该监控点的音频信号和视频信号分别进入总线。与此同时，应该断开原来输出视音频信号监控点解码器中的模拟开关，图3下方虚线框中电路为原解码器控制模拟开关的相关电路。当前解码器VD5027的VT端输出的高电平通过D1由前端环线进入原解码器，原解码器VD5027的VT端输出的高电平不会作用到R-S触发器的S端，但是由前端环线进入的高电平使异或门G5输出电平由低变高，R-S触发器R端高电平，它的Q端输出低电平，关掉其控制的模拟开关。原解码器开关的关闭和当前解码器开关的导通，使视音频信号的切换得以实现。其余监控点的解码器由二极管的隔离，由前端环线进入的高电平不会作用到R-S触发器的S端，Q端也就保持低电平输出，其控制的模拟开关保持关闭的状态。

3）动作控制译码与输出电路

当监控中心对前端设备进行操控时，VD5027的VT端输出高电平，然后经过非门G3反相置4514的禁止端INH低电平，接下来4514将VD5027的D0～D3输出的动作码译码，在相应的端口输出高电平，最后经驱动电路使前端设备工作。

3 计算机与单片机通信的软件实现

软件实现通信过程为：首先由计算机发出一呼叫信号，并做好接收单片机信号的准备，单片机收到呼叫信号后响应，并转入相应的服务程序，同时向计算机发送响应信号[2-4]。这样计算机就可以向单片机发送用户所要求的地址码和动作码，单片机在接收到计算机发过来的编码后，将编码通过串口发送到串并转换芯片74LS164。

3.1 控制码编码规则

在计算机和单片机之间握手成功之后，就可以进行控制数据传送了。本系统的控制编码格式为：控制码=动作码+地址码。

传输控制码时，先传地址码，然后再传动作码。前端监控现场的解码器收到控制码后，先验证是否是传输给本监控点的控制码。如果不是，不作任何反应；如果是，就将控制码接收下来，并将动作码解码后去驱动控制电机实现对前端摄像头动作的控制。

VD5026地址编码线有8条，动作编码线有4条，因此计算机向单片机传送监控现场的地址码和动作码共需2 byte，1 byte是地址码，1 byte是动作码，它们都用2位的十六进制数表示。可编码的地址共256（2的8次方）个，分为16个分区（用地址码的高4位表示），每个分区有16个摄像头（用地址码的低4位表示），例如，11H表示第1个分区中的第1个摄像头。可实现的编码动作有16（2的4次方）个。动作编码如表1和表2所示。

表1 云台控制动作编码表（共8个动作）

表2 镜头控制动作编码表（共6个动作）

需要注意的是，由于VD5026只有4条动作编码线，故动作编码字节的高4位不能用于动作编码。

这部分编程设计主要用到的是Windows下串行口通信技术。

3.2 计算机端程序的实现

首先约定计算机和单片机的通信协议：PC机与单片机通信使用PC机的串口1（COM1），波特率为9 600 baud/s，信息格式为8个数据位，1个停止位，无奇偶校验位。

为了实现通信，在VB语言环境下设置1个用作控制通信的窗体，并设置1个通信的控件Mscomm1、1个握手（shakehand）按钮、1个timer的控件。

在计算机和单片机完成握手之后，计算机就可以向单片机发送地址编码和动作编码了，其实现程序与以上程序类似，故在此不再赘述。

3.3 单片机端程序的实现

单片机接收到计算机发来的握手信号时，向计算机发送已接收信号，双方握手通信完成。然后，单片机就可以接收计算机发出的地址和动作编码，并将其传给74LS164。

1）单片机与计算机的握手程序段如下：

2）单片机接收地址码和动作码的程序段如下：

3）单片机向74LS164通过串口发送地址编码和动作编码的程序段：

需要注意的是：在单片机将控制码全部发送给74LS164后，单片机的P0.1口要发出一个低电平至VD5026的14脚即发射指令端，从而启动VD5026向监控前端的解码器发送控制码。

4 小结

笔者提出了一种全新的视音频切换方式，打破了视音频切换集中在监控中心实现的传统切换方式，这样的视频监控系统既可以节省大量的线材和人工费用，又可降低施工难度，减少了传输线路故障隐患，提高了系统可靠性，应用前景良好。

[1]刘富强.数字视频监控系统开发及应用[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]王保义，张少敏.接口与通信[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3]于英民，于佳.计算机接口技术[M].北京：电子工业出版社，2004.

[4]张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术[M].北京：国防工业出版社，2004.