BC/NW 2006, №2, (9) :12.5

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ СЖАТИЯ И ПЕРЕДАЧИ ВИДЕОСИГНАЛОВ ДЛЯ ЭНЕРГОСИСТЕМ

А.Г. Плахов

Москва, Московский энергетический институт (технический университет)

Многие сложные технологические процессы энергетики, за которыми необходимо вести постоянное видеонаблюдение, проходят в труднодоступных (возможно, герметичных) зонах. Прокладка проводных соединений в таких зонах часто нежелательна или же невозможна. Однако, видеосигнал снятый с технологических объектов, обладает большой информативностью для принятия решения о состоянии (аварийности) объекта. Видеосигнал может быть также использован для анализа причин аварии, при условии записи на специальный носитель.

Исследование направлено на разработку системы снятия видеосигнала с технологического объекта, его обработки с целью сжатия и передачи посредством радио связи. При проектировании учтены интерфейсы сопряжения с применяемыми специальными носителями, а скорость передачи данных удовлетворяет низкой пропускной способности подобных накопителей и каналов связи.

Подобные системы также востребованы сейчас в гражданской авиации, где до настоящего времени в «черном ящике» фиксировались показания бортовых приборов и звуковая информация. Возможность анализа видеосигнала, снятого с кабины пилотов и пассажирских отсеков, может существенно облегчить разбор причин аварии.

Об актуальности темы исследования также можно судить по перечню критических технологий Российской Федерации утвержденному В.В. Путиным 30-го марта 2002 года. Исследование затрагивает следующие технологии перечня:

Безопасность атомной энергетики,

Безопасность движения, управление транспортом,

Системы жизнеобеспечения и защиты человека,

Снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф.

В работе проведен анализ и сравнение существующих систем регистрации, сжатия и передачи видеосигнала по радио связи, обосновывается необходимость разработки специализированной системы, направленной на решение определенного класса задач.

В ходе исследования спроектирована система видео наблюдения и создан прототип на базе платы фирмы ATEME. Интерфейсная часть разрабатывалась с учетом взаимодействия с применяемыми в настоящее время приборами типа «черный ящик». Для соединения с ними используется последовательный порт RS232, к которому подключается приемное радио устройство Bluetooth. В созданном прототипе в качестве приемной части выступает персональный компьютер со специальным программным обеспечением.

Используемая в прототипе плата ATEME содержит в себе следующие необходимые системе узлы: видеокодек, сигнальный процессор, внешние модули памяти (ОЗУ, ПЗУ), интерфейс RS232.

Передающая часть состоит из видеокамеры стандарта PAL, платы ATEME, радио устройства Bluetooth (преобразователь RS232 - Bluetooth). Во FLASH память платы ATEME записана программа, выполняющая инициализацию и загрузку сигнального процессора при включении питания. Кодек, расположенный на плате, осуществляет оцифровку композитного видеосигнала в формате PAL полученного с видео камеры. Цифровой сигнал записывается в модуль памяти являющийся внешним для сигнального процессора. По готовности кадра процессор выходит из режима ожидания, выполняет кодирование кадра и сохраняет результирующий поток во внешней памяти. Затем поток передается через последовательный интерфейс RS232, реализованный на плате ATEME и радио-преобразователь RS232 - Bluetooth. Скорость пересылки данных составляет 115200 бит/сек. Программное обеспечение приемника и передатчика не должно учитывать наличие радио канала и может организовывать свою работу так же как и при проводном соединении последовательных портов.

Приемная часть состоит из персонального компьютера с интегрированным, стандартным интерфейсом Bluetooth. Драйвер реализует в системе новый последовательный, виртуальный порт и, в этом случае, доступ к радио устройству осуществляется по номеру этого порта. На персональном компьютере устанавливается специальное программное обеспечение – SptStreamViewer (SSV). При включении SSV обращается к радио устройству через последовательный порт, при этом происходит операция инициализации соединения по каналу Bluetooth с использованием команд верхнего уровня профиля СОМ порта (SPP). Данный профиль производит необходимые настройки радио интерфейса, обеспечивает поиск и соединение со сконфигурированным заранее парным устройством, а также обеспечивает организацию прямого соединения по интерфейсу RS232. При проключении радиоканала и появлении сигнала начинается процесс синхронизации по межкадровым синхропосылкам. Межкадровая синхропосылка была выбрана с учетом алгоритма радио передачи и анализа характеристик передаваемого сигнала. При установлении синхронизации SSV начинает декодированный поток, и выводить на экран персонального компьютера видеосигнал. Программа отслеживает состояние синхронизации и при ее потере в результате ошибок в радио канале процесс повторяется. В случае отсутствия сигнала в радио канале SSV входит в режим ожидания.

Программное обеспечение прототипа состоит из двух частей: кодирующей, реализованной на сигнальном процессоре и декодирующей, реализованной для персонального компьютера. Кодирующая часть реализует алгоритм вейвлет-преобразования и кодирования по алгоритму SPIHT, c учетом особенностей сигнального процессора, подробное описание алгоритма и его особенностей приведено в главах 3-ей и 4-ой. Листинг и структура программы приведены в приложении.

Декодирующая часть реализована для применения на базе PC совместимых компьютерах на базе работающих под управлением операционной системы Windows, и обеспечивает прием, синхронизацию, декодирование SPIHT, обратное вейвлет-преобразование и отображение передаваемого видео потока на экране персонального компьютера.

Разработана топология и создан прототип системы для преобразования и передачи видеосигнала в каналах с низкой пропускной способностью при условии оптимальной четкости сигнала. Автором разработано программное обеспечение для всех узлов системы. Алгоритм компрессии видеосигнала реализован на сигнальном процессоре TMS320C62х.

Предполагается практическое применение разработанной системы на объектах энергетики и в гражданской авиации. Ниже приведены варианты возможных применений разработанного преобразователя.