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1、第3 1 卷第 7 期 2 0 0 5年7 月 电 弓 工 雇 师E L E C T R ON I C E NGI NE E RV o l.3 1 N o.7 J u l.2 0 0 5基于I P视频监控系统云台控制的设计与实现 张奇光，刘峰(南京邮电学院信息工程系，江苏省南京市2 1 0 0 0 3)摘 要 1 1 C 线和P C I _ X I O是P h i l i p s 公司最新D S P 芯片P N X 1 3 0 2 的两个常用 接口。文中介绍了 采用上述两个接口 设计与实现基于I P 视频监控系 统的云台 控制方法以及比较。基于1 2 C总线的云台 控制方法 是利用P N X
2、1 3 0 2 D S P 芯片所集成的1 1 C总线，根据1 2 C总线的工作原理、传输速率以及云台 控制信息比特数少的综合因素考虑实现的。基于 P C I _ X I O接口的云台控制方法是根据P N X 1 3 0 2 D S P芯片的P C I 总线接口为实现8 b i t 数据传输而特别设计的P C I X I O接口实现的。关键词:云台 控制，P N X 1 3 0 2,1 2 C,P C I _ X I O 中图分类号:T N 9 4 8.4 10 引言 随着多媒体技术的迅猛发展，人们对视频编码技术及其在网络中的应用例如可视电话、会议电视、远程监控等越来越感兴趣。另外，D S P
3、 技术的快速发展大大推动了多媒体技术的应用，可以从各种通用和专用的高性能多媒体 D S P 芯片的纷纷推出得到验证。例如德国汉诺威大学的 A x p e 1 2 8 0、美国 T I 公司的T M S 3 2 0-C 6 x x,A D I 公司的 A D S P-B F 5 6 1,P h i l i p s 公司的 N e x p e r i a系列 P N X I x 0 0等。P h i l i p s公 司 的P N X 1 3 0 2 系列芯片是针对多媒体应用设计的，集成了许多多媒体处理应用的功能接口，例如视频和音频输人输出接口、P C I-X I O接口、I 1 C 总线接口 等
4、。的硬盘，S D R A M对应于 P C机中的内存，R T L 8 1 3 9对应于P C 机中的网卡。这些功能模块组合在一起再加上客户端软件，就实现了基于I P的视频监控系统。除了实现基本的视频监控功能外，视频监控系统的客户端可通过控制按钮对远端摄像机的焦距、光圈及云台转向进行控制。本文主要内容就是描述对云台进行控制的两种方法:通过P N X 1 3 0 2 的1 2 C 总线来实现和通过P N X 1 3 0 X的P C I 总线的X I O接口 来实现。1 I P 视频监控系统 基于P N X 1 3 0 2 的视频监控系统的总框图以及云台控制的两种方案如图1 所示。P NX 1 3
5、0 X电视机传声器扬声器图1 基于I P 视频监控系统的总框图 以及云台控制的两种方案 图中各单元的功能类似于计算机系统。E E P R O M对应于P C机中的 B I O S,F l a s h 存储器对应于P C机中收稿日 期:2 0 0 5-0 4-2 0;修回日 期:2 0 0 5-0 5-1 3,2 采用I 2 c 总线实现云台 控制 监控系统客户端对远端监控设备的 具体控制过程为:客户端软件新建一个发送线程，当点击窗口中云台控制按钮时，发送线程就响应此消息，通过计算机的网络接口 发送相应的控制码。当远端监控设备接收到这些控制码后，通知 P N X 1 3 0 2,D S P把这些
6、控制码写到1 2 C 总线上。1 2 C 接口 板把串口的总线数据转换成并行的数据，输人到云台控制编码盒中，控制云台的转动和摄像头的焦距及拉伸。2.1 I C 总 线标准 I 2 C 总 线是P h i l i p s 公司 在2 0 世纪8 0 年 代开 发的一种二进制串行传输总线，具有占用1/0端口 少、控制方式简单、信号传输速度快、配套功能芯片种类多等特点，其数据传送的最高速率为1 0 0 k b i t/s，快速方式下可达4 0 0 k b i t/s o 1 2 C总线由S D A(串行数据线)和S C L(串行时钟线)构成。S D A和 S C L均为双向传输线，必须通过一个上拉电
7、阻连接到正电源，当总线处于空闲状态时，两条线均为高电平。所有1 2 C总线接口芯片以串联方式连接在一起，根据地址识别每个器件，根据器件的功能可以工作在发送或者接收方式。另外，对于发送器或接收器来说，在进行数据传送时可以认为是主器件或从器件。一个主器件是启动总线来传 3 3 广播与电视技术 电 寻 工 睡 师2 0 0 5 年7月送数据并被总线允许、产生时钟的器件，这时任何被寻址的器件都认为是从器件。1 2 C总线的数据传输过程如下:a)主器件发出开始信号。b)主器件接着发送出1 B的从器件地址信息，其中最低位为读/写控制码，1”为读，即主器件将从从器件接收数据;0”为写，即主器件将数据传送给从
8、器件，高7 位为从器件地址码。c)从器件发出应答信号。d)发送器开始发送信息，每发完1 B后接收器就发送出应答信号给发送器。e)主器件发出停止信号。1 2 C 总线数据格式如图2 所示。S 为起始位;A为确认位;P 为停止位;S l a v e A d d r e s s 为S l a v e 设备的1 2 C地址;S u b A d d r e s s 为S l a v e 设备各内部寄存器的子地址;D a t a 为n 字节数据。其中除确认位由S l a v e 设备发回外，其他位均由M a s t e r 设备发出。S I S Ia v eA d d re ss A S u b A d
9、d re ss A ID ata(n B y te s)A P I 图2 1 2 C总线数据格式裁咱则褪芝渊刀自的只。口只N山2.2 P N X 1 3 0 2 通 过1 2 C 总 线 实 现 云台 的 控 制 P N X 1 3 0 2 作为系列产品，集成了一个1 2 C 总线接口作为系统的扩展，用来控制外接多媒体器件，如视频编码器S A A 7 1 2 1、视频解码器 S A A 7 1 1 3,E E P R O M等。P N X 1 3 0 2 只 能作为1 2 C 总线的主 器件使用。监控系统远端的云台和摄像机的控制由1 2 C 接口板、云台控制编码器、云台控制解码器和云台等4 部
10、分完成，如图3 所示。摄像机镜头的控制电平。3 P N X 1 3 0 2 通过P C I-X I O实现云台控制 远端监控设备被监控系统客户端控制的具体过程如下。客户端软件新建一个发送线程，当客户端要求进行云台控制时，发送线程就按照客户端的请求消息在计算机的网络接口上发送相应的控制码。当远端监控设备接收到这些控制码后，通知P N X 1 3 0 2 把这些控制码写到P C I-X I O接口上。C P L D的功能是把从 X I O接口来的并行数据转换成串行数据输出，然后连接M A X 3 4 8 5 实现不同控制信号电平的转换，并输人到云台控制器编码盒中，用来选择对云台转动的方向和摄像机镜
11、头焦距的控制。3.1 P C I-X I O接口 P N X 1 3 0 2 在P C I 接口 基础上附加一个P C I-X I O接口，即P C I 扩展输人输出接口。X I O接口可通过8 位数据总线与R O M,E E P R O M,F l a s h 存储器、x 8 6系列处理器、6 8 K系列处理器等相连，在系统设计中连接一个C P L D，用来实现控制信号的并/串和串/并转换。它具有 1 6 M B寻址空间，时钟速度可编程，最高速度为1 0 0M H z，数据可单字节也可以D M A方式传输。P C I-X I O接口 作为P C I 接口的从设备，其概念框图如图4所示。P N
12、X1 3 0 X图4 P C I X I O与P C I 的关系及其特征选择摄像机对某个摄像机进行控制图3 1 2 C总线实现云台控制的框图 I Z C 总线云台 控制的过程如下。P N X 1 3 0 2 的I Z C总线的S D A和S C L与P C F 8 5 7 4的S D A和S C L 两个弓 1脚相连，1 2 C总线输出的串 行数据经过P C F 8 5 7 4(1 2 C地址是0 1 0 0 0 0 0)转换成并行二进制数据，前3 位(P 2.1.0 )输出经7 4 L S 0 4来选择摄像机和云台，后4位(P 7.6.5.4 )输出经7 4 L S 1 5 4 译码器给出云
13、台和 P N X 1 3 0 2 初始化后，P C I-X I O总线默认为普通P C I模式，若M M I O中的X I O _ C T L 寄存器的使能位被置位并且P N X 1 3 0 X寻址到X I O地址空间，X I O总线控制器就被激活。X I O总线控制器作为X I O总线的“代理”，在X I OJ总 线操作进行时负责为P C I B I U(总线接口 单元)产生P C I _ D E V S E L#信号，当收到B I U的P C I _ I R D Y#信号时使能P C I _ I N T B#信号，可以作为所有X I O设备的全局片选信号。它还重新配置了P C I 的3 2
14、位地址/数据线，将低 2 4位作为 X I O总线的地址线，高8 位作为X I O总线的数据线。P C I 总线的 C/B E 1#被复用为X I O的读选通信号，P C I 总线的C/B E O#被复用为X I O的写选通信号。P C I-X I O总线控制器包括一个可编程的M M I O寄第3 1 卷第 7 期张奇光，等:基于I P 视频监控系统云台控制的设计与实现 广播与电视技术 存器X I O _ C T L。其格式见表1。表1 X I O _ C T L寄存器功能等待状态 使能 使能时钟频率3 1:2 62 5:1 11 0:8 7 6:5 4:0 X I O基地址 未用 等待状态允
15、许X I O总线操作 未用 定制内部时钟设置值未定义 0 00二 禁止O X I f 表1 中:使能位(7)为1 时允许X I O总线操作;高6 位(3 1:2 6)定义了X I O空间的基地址，若 P N X 1 3 0 X存取的地址的高6 位与这里定义的相同，X I O总线控制器就被激活;时钟频率位(4:0)用来定制内部时钟;等待状态位(1 0:8)用来支持慢速外部X I O设备操作。从图4可以看出，P N X 1 3 0 X利用 P C I B I U访问X I O总线。D S P C P U给出的地址格式如图5 所示。3 1 2 6 2 5 2 1 0I X IO 基 地 址(6)X
16、10!、线 地 址(2 4)。“】图5 D S P C P U访问X I O总线使用的数据格式 由图5 可见，2 4 位1 6 M B地址空间的X I O总线映射到1 6 M B P C I 字(4 字节)地址空间。X I O总线上一次字节的读写对应于 P C I 总线上的一次字读写。向X I O总线写 I 字节时，P C I B I U的P C I 写操作就向X I O总线控制器写4 字节，但低2 4 位(b i t 2 3:0)被忽略，对应的P C I _ B Y T E _ E N A B L E#信号无效;从X I O总线读 1字节时，X I O总线控制器的 P C I 读操作向P C
17、 I B I U发送4 字节，其中高8 位(b i t 3 1:2 4)是从 X I O总线的数据线上读到的数据，低2 4位(b i t 2 3:0)返回这次读操作的X 1 0总线地址。如图6 所示。读一 X 1 0总线到写:P C I 到 X I O 3 1 2 4 2 3 0P C I】数 据读 地 址1 31 2 4 2 3 0a k-数 据未 用图6 D S P C P U访问X I O总线使用的数据格式3.2 通过X I O总线实现云台和摄像机的控制 云台控制由X I O接口、C P L D,M A X 3 4 8 5、控制接口、云台译码器和云台摄像机等模块构成，见图7 0 P NX
18、1 3 0 X CP L D MAX3 4 8 5 报警信号图7 X I O接口实现云台控制的组成框图 a)X I O接口:用来实现对8 位外设的连接和通信。这里我们连接了一个C P L D,X I O接口向C P L D发送7 个8 位并行数据来实现各种云台方向和摄像机焦距的控制;并接收来自 外设的1 个8 位报警信号。P C I_ I N T B#用来选中C P L D，如低电平就使 C P L D片选，与C P L D的C E#连接;C/B E O#和C/B E!#用来控制对C P L D的读写使能，如为低电平就使能读/写，与 C P L D的W E#和O E#连接;A D 仁 3 1
19、二2 4 用来对C P L D的8 位数据传输，与C P L D的D Q 7 二例连接;C L K给C P L D提供同步时钟，与C P L D的C L K连接。b)C P L D:我们选用的 C P L D是 A l t e r a公司的M A X 7 1 2 8 A E，电压3.3 V，封装为Q F P 1 0 0，用它来实现对来自X I O接口的8 位并行数据的串/并转换，这里还要考虑到X 1 0接口数据传输的时钟频率与C P L D中所用的时钟频率的同步。S D I 串行数据接收信号用来接收来自M A X 3 4 8 5 R O口的报警信号;S I E#串行数据接收使能和 S O E串
20、行数据发送使能用来使能M A X 3 4 8 5 的接收和发送放大器，与M A X 3 4 8 5的R E#和D E 连接;S D O串行数据发送信号用来向M A X 3 4 8 5发送串行数据，与M A X 3 4 8 5 的D I 连接。c)M A X 3 4 8 5:是一个R S-4 8 5 和R S-4 2 2的信号通信芯片，集成了一个信号接收器和一个信号发送器，进行半双工通信。云台控制串行信号经 M A X 3 4 8 5的信号发送器发送到控制接口，再发送到云台译码器，控制云台及摄像机的方向和焦距。报警信号经M A X 3 4 8 5的 信号接收器接收，发送到C P L D，经过C
21、P L D的串/并转换，发送到X I O接口，然后由D S P 进行处理。4 两种云台控制方法的比较 基于1 1 C 总线的云台控制方法，其数据传送的最高速率为1 0 0 k b i t/s，但由于云台控制的数据量很少，可以满足远程控制的应用，效果较好。基于 P C I-X I O接口的云台控制方法，遵循P C I 总线标准，最高速率可达1 3 2 M b i t/s，速度非常快，可满足更高的需求。基于1 2 C 总线的云台控制方法其外围硬件设计较复杂，但内部软件设计较简单;而基于P C I-X I O接口的云台控制方法其外围硬件设计比 较简单，但软件设计较复杂，涉及X I O总线的配置和C
22、P L D内部软件的设计。5 结束语 本文所采用的基于1 2 C总线接口 和基于P C I-X I O接口的云台控制方法都是切实可行的云台控制设计方法，都能满足基于I P的视频监控系统的设计需要。(下转第3 8页)广播与电视技术 电 子 工 暇 师2 0 0 5年7月而A M采用了二次变频技术，将第一中频提升到1 0.7 1 M H z。同时，由于在不同的路面行驶，汽车音响受到的振动和冲击使其温度高达6 0以上，所以对元件耐热性等质量和焊接都要求比较高。4 结束语 本文介绍的系统经过试运行，各项功能实现良好。(票5 1.参考文献频率变化I 级N读取 计数结果0 淤NS M E T E R 门
23、谕 N 4Y是电台信号程序结束夕自动搜索流程图 1 罗亚非，等.凌阳1 6 位单片机应用基础.北京:北京航空 航天大学出版社，2 0 0 5 2 杨士中，黎孝纯，宋景光，等.锁相技术基础.北京:人民 邮电出版社，1 9 7 8 3 张厥盛，曹丽娜.锁相与频率合成技术.成都:电子科技 大学出版社，1 9 9 5 4 罗山鹰，周军.两种典型的数字调谐系统.兵工自动 化，2 0 0 1,2 0(4):4 6 一 5 0 5 覃韦岭，张才朋，刘争红.2 0 0 1 年全国大学生电子设计竞 赛“索尼杯”得主:调频收音机 电子世界，2 0 0 2,(8):5 4 一5 6仁 6 葛长坚.汽车音响用数字调谐
24、器.电 声技术，1 9 9 4,(7):3 7 -4 1o f D i g i t a l T u n i n g S y s t e m o f V e h i c l e S o u n d E q u i p m e n tS o n g Y i n g w u，C h e n g E n，L i n g H e z h i(X i a m e n U n i v e r s i t y,X i a m e n 3 6 1 0 0 5，C h i n a)A b s t r a c t I n t h i s p a p e r,a d e s i g n o f d i g i t a
25、 l t u n i n g s y s t e m o f v e h i c l e s o u n d e q u i p m e n t i s i n t r o d u c e d.A f t e r i n t r o d u c i n g p r i n c i p l e o f P L L f r e q u e n c y s y n t h e s i z e r,t h e m e t h o d o f u s i n g L i n g y a n g M C U t o r e a l i z e d i g i t a lt u n i n g i s i
26、n t r o d u c e d.T h e d e s i g n p r i n c i p l e o f t h e l o w p a s s f i l t e r c i r c u i t i s d i s c u s s e d，a n d a l s o，t h e fl o w c h a rt o fa u t o-s e a r c h i n g i s p r e s e n t e d.K e y w o r d s:P L L，d i g i t a l t u n i n g，v e h i c l e s o u n d e q u i p m e n
27、 t，v e h i c l e D V D鉴，t 毖 幕 .一 忿盖 其 继 立 屯 盆 泳 墓 美飞 缓 轰摄 其逗典 援 只拔 轰 缓 贾 挑 公 福 缓 东 之 壑 笼 兰匾 三 摄 生 笼 继 妾 飞 握 拨 夕 毛 继 主 挂 兰蕊 继 少 健 继 注 毛 握 典 当 企 笼 蛋 只摸 轰 挂 只 蛋 幸 牛 蛋 妞 翌 乍 尾 拨 J 襄 缓 右 是 蛋人 棍 幸 屯 逸 生 笼 监 共 提(上接第3 5页)瞿少拢共之 红下 监犷 毛 雀疾参考文献 1 倪 强.基于T M 1 3 0 0 的视频监控系 统码率控制和远端设 备控制接口 设计研究:硕士学位论文.南京:南京邮电 学院，
28、2 0 0 2 2 沈 斌.基于T M 1 3 0 0 的视频通信系统的无线接口的研究 与实现:硕士学位论文 南京:南京邮电学院，2 0 0 1 3 杨 恒.F P G A/V H D L 快速工程实践人门与提高，北京:航 空航天大学出版社，2 0 0 3D e s i g n a n d R e a l i z a t i o n o f C o n t r o l I n t e r f a c e o f V i d e o Mo n i t o r S y s t e m Ba s e d o n I P Ne t wo r k Z h a n g Q i g u a n g，L i
29、u F e n g (N a n j i n g U n i v e r s i t y o f P o s t s a n d T e l e c o m m u n i c a t i n s，N a n j i n g 2 1 0 0 0 3，C h i n a)A b s t r a c t I Z 12C b u s a n d P C I _ X I O a r e t w o c o m m o n i n t e r f a c e s o f P h il i p s c o m p a n y s D S P P N X 1 3 0 2.T h e p a p e r i
30、n t r o d u c e s m e t h o d s o f u s i n g t h e t w o i n t e r f a c e s r e s p e c t i v e l y t o d e s i g n a n d r e a l i z e c o n t r o l i n t e r f a c e o fv i d e o m o n i t o r s y s t e m w h i c h b a s e d o n I P n e t w o r k.T h e m e t h o d b a s e d o n I Z C b u s c o n
31、 s i d e r e d f a c to r s s u c h a so p e r a t i o nt h e o ry o f I C b u s，me t h o d b a s e d o n P C I X I Om i s s i o n t o d e s i g n P C X I Ot r a n s m i s s i o n r a t e，a n d h a v i n g l i t t l e i n f o r m a t i o n o f c o n t r o l i n t e r f a c e a n d s o f a r.T h ei n t e r f a c e i s f o u n d e d o n P C I b u s o f P N X 1 3 0 2 D S P f o r r e a l i z i n g 8 b i t d a t a t r a n s-i n t e r f a c e.K e y w o r d s:c o n t r o l i n t e r f a c e，P N X 1 3 0 2，I Z C，P C I _ X I O3 8