在重大事件、零售場(chǎng)、交通控制等方面,都需要進(jìn)行視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存在多點(diǎn)分布與集中監(jiān)控的矛盾,不適合采用一對(duì)一的監(jiān)視。一對(duì)一的監(jiān)視即一部攝像機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)監(jiān)視器,這樣監(jiān)控室體積龐大,投資高。一般采用一對(duì)多的監(jiān)控,即一臺(tái)監(jiān)視器對(duì)應(yīng)多臺(tái)攝像機(jī),用足夠少的監(jiān)視設(shè)備實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)控,這樣視頻切換控制設(shè)備在監(jiān)控系統(tǒng)中具有極其重要的地位。在視頻切換控制中,矩陣切換應(yīng)用十分廣泛。
視頻矩陣切換原理
視頻矩陣切換控制將多路輸入信號(hào)任意選擇一路或多路分別輸出給一路或多路顯示設(shè)備,用于規(guī)模較大的監(jiān)控系統(tǒng)中。它可以選擇性地觀察圖像,指定在某臺(tái)監(jiān)視器上輸出顯示。
在多路視頻輸入的情況下有多路的輸出選擇,形成矩陣結(jié)構(gòu),即每一路輸出都可與不同的輸入信號(hào)“短接”,每路輸出只能接通某一路輸入,但某一路輸入都可(同時(shí))接通不同的輸出,如圖1。
圖中“·”表示某一路輸出與某一路輸入相連,如輸出4與輸入3相連,也就是說4路輸出此時(shí)輸出的3路輸入信號(hào)。只要進(jìn)行合適的切換選擇,就可以實(shí)現(xiàn)將多路信號(hào)從輸入通道切換輸送到輸出通道中的任一通道上,并且輸出通道間彼此獨(dú)立,也就便于進(jìn)行視頻信號(hào)切換和分配。
基于單片機(jī)的32×8視頻矩陣切換器硬件設(shè)計(jì)
視頻監(jiān)控行業(yè)中,信號(hào)只經(jīng)過攝像,傳輸(一般是基帶傳輸),控制與顯示,且顯示時(shí)對(duì)圖像的質(zhì)量要求相對(duì)較低,只要能看清,并不作轉(zhuǎn)播等工作,因此監(jiān)控行業(yè)對(duì)視頻切換矩陣的要求是指標(biāo)低、功能多(能帶云臺(tái)控制等)、便于遠(yuǎn)程控制。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的矩陣切換系統(tǒng)應(yīng)包括以下基本功能:視頻信號(hào)切換、控制云臺(tái)和攝像機(jī)鏡頭的動(dòng)作、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
1視頻矩陣切換器基本接口電路
32×8視頻矩陣切換器基本接口原理電路如圖2所示。整個(gè)視頻矩陣切換器主要由89C2051單片機(jī)和兩片MT8816組成。MT8816是MITEL公司生產(chǎn)的8×16模擬開關(guān)矩陣,采用CMOS工藝制作。AT89C2051單片機(jī)是由美國(guó)ATMEL公司推出的高效單片機(jī),它的指令與INTEL公司的MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,本身帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器,AT89C2051芯片作為微控制器用于對(duì)切換矩陣各單元進(jìn)行切換控制以及用于構(gòu)成人機(jī)界面和構(gòu)建RS485串行通信接口。
用P0.0-P0.6作為兩片MT8816的行地址和列地址控制線,P0.7作為兩個(gè)芯片的片選信號(hào)。P3。2-P3。4分別作為選通脈沖ST、數(shù)據(jù)輸入DI、復(fù)位信號(hào)RESET。兩片的ROW0-ROW15都作為輸入,兩片的COL0-COL7依次并聯(lián)作為輸出。即32路輸入,8路輸出。
實(shí)際應(yīng)用中,視頻矩陣切換器輸入部分加匹配電路,輸出部分加緩沖放大器。這里省略未畫。
模擬開關(guān)芯片的地址選擇信號(hào)依次接單片機(jī)的地址線,分別對(duì)32路輸入和8路輸出進(jìn)行譯碼控制。通過數(shù)據(jù)線DI寫入的邏輯“1”或“0”將決定地址譯碼對(duì)應(yīng)的XiYj(i=0,…,31;j=0,…,7)交叉點(diǎn)開關(guān)的通斷,邏輯“1”將其打開,Yj路輸出上就有Xi路輸入信號(hào),反之,邏輯“0”將其關(guān)閉,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的切換控制。
2實(shí)現(xiàn)多功能控制的接口電路
多功能控制的實(shí)現(xiàn)是通過人機(jī)界面控制鍵盤,一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的本地切換,另一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)于云臺(tái)、鏡頭等的遠(yuǎn)程控制。解碼器能是把控制碼轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出,實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)、鏡頭等的動(dòng)作進(jìn)行調(diào)整。然而解碼器不能直接接收鍵盤發(fā)來的控制信號(hào),需要設(shè)計(jì)一個(gè)連接兩者的接口電路。
這里利用AT89C0251的串行通信口進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)接口。串口通信標(biāo)準(zhǔn)有RS-232C和RS-485。RS-232C是廣泛應(yīng)用的串口通信標(biāo)準(zhǔn),但數(shù)據(jù)傳輸速度慢(最快傳輸速度為20Kbit/s)、傳輸距離短(最大電纜長(zhǎng)度為15m)、接口處各信號(hào)間容易產(chǎn)生干擾,并且只能進(jìn)行一對(duì)一的通信。RS-485是一個(gè)多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn),一個(gè)發(fā)送器最多可允許驅(qū)動(dòng)32個(gè)負(fù)載設(shè)備,RS-485的最大傳輸距離為1200m,最大傳輸速度可達(dá)10Mbit/s,它在遠(yuǎn)程通信和多機(jī)總線系統(tǒng)中具有很大的吸引力。視頻監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控點(diǎn)與監(jiān)控室的距離往往超過15m,且存在多點(diǎn)監(jiān)控的問題,因此串行通信標(biāo)準(zhǔn)選用RS-485。本設(shè)計(jì)采用75176(RS-485專用的收發(fā)芯片)完成RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口通信。
切換矩陣主機(jī)AT89C2051與控制鍵盤及解碼器的接口電路框圖
控制鍵盤通過搖桿或按鍵發(fā)出RS485差分控制信號(hào),經(jīng)過75176收發(fā)器,將485差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成AT89C2051可以接收的TTL電平信號(hào)。89C2051串口接收數(shù)據(jù)后,進(jìn)行控制信號(hào)判斷,如為本地視頻切換控制信號(hào)則進(jìn)行譯碼,變成對(duì)應(yīng)地址碼,并在數(shù)據(jù)線寫入相應(yīng)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的切換控制;如為遠(yuǎn)程控制信號(hào)則轉(zhuǎn)換協(xié)議,發(fā)送TTL電平控制信號(hào),再經(jīng)75176把TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?85差分信號(hào),這個(gè)485差分控制信號(hào)就可以被解碼器接收,從而命令繼電器開合來控制云臺(tái)和鏡頭等的動(dòng)作。
以視頻矩陣切換器為核心組成的視頻監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)
攝像機(jī)圖像經(jīng)過光纜傳送到視頻矩陣切換器主機(jī);通過控制鍵盤可對(duì)所有輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行切換,選擇其中1路輸出到監(jiān)視器上(可置于控制臺(tái)上);對(duì)云臺(tái)與鏡頭的控制,由監(jiān)控人員操作控制鍵盤發(fā)出控制信號(hào),主機(jī)收到控制信號(hào),由解碼器對(duì)傳送來的信號(hào)進(jìn)行譯碼,即確定執(zhí)行何種控制動(dòng)作,在經(jīng)繼電器功率放大,驅(qū)動(dòng)云臺(tái)或鏡頭完成相應(yīng)的控制動(dòng)作,以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控點(diǎn)攝像機(jī)的鏡頭、云臺(tái)等設(shè)備的遙控。
結(jié)束語
本文設(shè)計(jì)中采用AT89C2051單片機(jī)作為控制核心部分,使得系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。在矩陣切換上選用專用的模擬開關(guān)矩陣切換芯片雖價(jià)格較高,但穩(wěn)定性好,可形成的矩陣規(guī)模較大。RS-485電氣接口,在不加總線驅(qū)動(dòng)的情況下,方便實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)終端設(shè)備的控制。以此視頻矩陣切換器為核心組成的視頻監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)中監(jiān)視器的數(shù)量可以大量減少,并使得整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)所占有的空間大為減少,大量減少設(shè)備投資。