隨著多媒體技術和網絡通信技術的迅速發展，視頻監控技術在電力系統、電信機房、工廠、城市交通、水利系統、小區治安等領域得到越來越廣泛的應用。而DSP技術的迅速發展，尤其是視頻專用處理DSP芯片的發展，大大推動了多媒體技術的應用。Equator公司在這一領域始終走在最前沿，其推出的MAP-CA、BSP-15等專用視頻處理DSP芯片，以其強大的處理能力和針對視頻處理的優化性能，在業界取得了很大的成功。同時，Equator公司推出的Dolphin、Tetra、Shark等以其專用視頻處理DSP為核心的嵌入式開發平臺，也成為諸多視頻處理設備的核心。
1 系統總體框架
BSP-15的數據總線和地址總線與SDRAM、Flash以及視頻輸入輸出芯片SAA7113和SAA7121相連，進行數據交換。另外，BSP-15作為PCI總線的主設備，控制南橋芯片VT82C686B和網絡芯片RTL8139C，通過南橋芯片擴展IDE接口、RS-232串口、USB接口、ISA總線等外擴接口。音頻輸入輸出芯片通過I2S總線控制。由于I/O口有限，因此其他控制接口和數據交互都使用I2C總線來完成，包括EEPROM、SAA7113和SAA7112和87LPC764的控制。
2 系統實現
2.1 云臺控制硬件結構框圖及工作原理
BSP-15首先將云臺控制信息通過I2C總線發送給87LPC764，87LPC764將控制碼解釋后，通過串行口轉發到RS485接口芯片MAX487，從而將控制碼通過RS485接口發送給云臺攝像機。云臺攝像機接收到控制碼時，根據要求進行相應的云臺操作。另外，87LPC764連接了PCI總線上的一條中斷線,可向BSP-15申請中斷來通知BSP-15云臺控制狀態，以及向BSP-15申請發送其他數據。
2.1.1 87LPC764
87LPC764是PHILIPS公司生產的、以加速的80C51為內核的高性能、高可靠性和低價格的工業級通用型嵌入式微處理器。內含4KB OPT程序代碼控制器，128字節的用戶RAM存儲器，32字節用戶代碼存儲器。具有全雙工UART，內帶I2C總線控制。還具有可由外部晶振或內部振蕩源驅動的內部看門狗定時器，其溢出時間具有8級時間選擇。
2.1.2 云臺攝像機
云臺攝像機的云臺是一種安裝在攝像機支撐物上的工作臺，用于攝像機與支撐物的聯結，云臺具有水平和垂直運動的功能。一般云臺攝像機內置解碼器，遵循云臺控制標準協議，根據外部控制信號，可以完成指定速度的水平、垂直運動，光圈、焦距調節，攝像機關閉、開啟等功能。
2.1.3 云臺控制協議
當前比較通用的云臺控制協議有派爾高公司推出的PELCO-D、PELCO-P協議，另外還有三星公司、Sony公司等公司針對其專用云臺制定的云臺協議。在開發過程中，考慮到對不同協議的云臺攝像頭的兼容，將云臺控制設計為可兼容各類協議的通用控制模塊。可根據不同云臺攝像機更新監控系統的云臺協議，實現對各類云臺的支持。
在實際應用中，PELCO-P協議是當前業內最為流行的云臺控制協議，PELCO-P協議一般采用RS-485接口進行傳輸，波特率一般在1200～9 600bps之間，1位起始位，1位停止位，8位數據位，無校驗位。其中地址碼用于區分不同的云臺攝像機，而四個數據字節則包含了本條云臺控制命令的全部信息。
2.2 87LPC764控制程序設計
87LPC764所完成的功能很多，包括全局上電復位和電源控制、底板LED控制、看門狗定時控制、外部報警。另外在需要的情況下，可以擴展I/O口，其內部自帶的EEPROM也可記錄各類信息。在實際設計中，由于原版87LPC764的程序使用匯編編寫，很多功能和實際要求不相符，因此在本項目中，將87LPC764的全部代碼用C語言重新改寫，修改和加入了針對本項目所需的功能。
主程序部分判斷與BSP-15交互的信息，程序流程圖如圖3所示。圖中接收和發送都是相對BSP-15而言的。87LPC764等待BSP-15的指令，一旦收到指令則執行，如果收到外部信號，則申請中斷，等待BSP-15讀取相應信息。其中I2C讀寫、串口讀寫、內部定時器均采用中斷方式。這里給出的流程圖僅為部分流程，與云臺控制無關的部分程序，不做詳細描述。
2.3 VxWorks中87LPC764驅動程序設計
驅動程序部分主要是在VxWorks操作系統下，完成通過I2C與87LPC764交互，作為中介解釋并傳遞由上層應用程序發送給87LPC764的命令，以及將87LPC764反饋的各種信息告知上層應用程序。
驅動程序流程如圖4所示。首先隨系統啟動初始化驅動程序中各部分的變量，將中斷函數與指定的PCI中斷連接，創建一個消息隊列，然后開始進入阻塞式的等待狀態。當87LPC764向BSP-15申請中斷時，跳入中斷函數入口，通過I2C總線從87LPC764讀取一個字節的數據，并判斷是否需要繼續讀取。讀取完成后，中斷函數將數據發送到消息隊列中，然后跳出。驅動接收到消息隊列中的數據時，將向上層應用程序報告，并轉由上層應用程序處理。另外，驅動程序中同樣提供了所有有關87LPC764的操作的獨立函數，可直接由上層程序調用，由驅動程序通過I2C給87LPC764發送操作命令。
2.4 云臺協議部分程序設計
云臺協議程序主要完成四個部分的內容：云臺協議文件解析、Flash燒寫、云臺模塊初始化、提供Web服務端控制接口。給出了協議文件解析和模塊初始化的簡單流程，下面對這四個部分進行具體說明：(1)云臺協議文件的解析。這一部分主要是完成將上層Web服務端通過網絡接收的云臺協議文件進行轉換。由于云臺協議文件是文本文件，按照一定格式書寫，因此文件解析主要是將文本中有效部分的ASCII碼轉換為十六進制的云臺控制碼。并且考慮到協議兼容性問題，解析過程中要標識很多特征位，如地址碼、旋轉速度碼在碼片中的位置、校驗字節的位置及計算方法以及控制碼的碼長等。(2)Flash燒寫功能。在云臺協議文件解析后，將已解析后的云臺協議調用底層Flash燒寫驅動燒入Flash存儲器，并且在需要的時候將協議從Flash存儲器中讀出。(3)程序初始化。在每次開機后，初始化并設置好所需變量，將云臺協議數據按照一定格式存放在內存中。考慮到可能要同時控制多個不同協議的云臺攝像機，因此實際項目中最多可同時支持四種不同的云臺協議。相應地，在初始化時要調用Flash讀取函數，從Flash中將需要的一個或多個協議讀出，并存放在內存中供模塊使用；(4)云臺接口函數。根據Web服務端要求，當Web服務層調用時，將指定的云臺標準協議進行解釋，包括設置要控制的云臺地址碼、轉動速度，計算出校驗碼，然后調用底層驅動程序將控制碼發送給87LPC764，并在需要的情況下告知87LPC764應使用何種波特率。
本文從總體上介紹了基于Tetra硬件開發平臺的網絡視頻監控系統中云臺攝像機控制模塊的設計與實現。項目中云臺模塊對各種類型云臺的兼容能力，以及可同時監控多種不同類型云臺攝像機，是本產品的一個亮點。本項目所開發的視頻監控系統已經投入市場，以其完善的功能得到用戶的認可。
參考文獻
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