在一些重要的單位,，例如金融機構的營業(yè)網(wǎng)點，為了實現(xiàn)及時地報警,，報警裝置能夠自動撥號報警或人工撥號報警,。然而，保安人員或警務人員接到報警信號后,，在不了解現(xiàn)場情況下就立即趕到報警點,，這種比較盲目的方式給事件的妥善處理帶來了不利的因素。所以,，對于處理報警的工作人員迫切需要在收到報警信號的同時能直觀地獲取現(xiàn)場圖象及聲音,，為準確、及時地處理突發(fā)事件提供參考,。另外,，在一些工業(yè)部門中，很多設施和崗位要實行24小時無人職守,，完成諸如遙視,、遙控等信息的傳輸，對于這種分布廣,、持續(xù)工作時間長的應用場合,，采用自動的遠程監(jiān)控系統(tǒng)是比較合適的解決方案。
　　現(xiàn)在,，國內(nèi)的部分地區(qū)和部門開始應用多媒體通信技術實現(xiàn)公共安全防范,。然而，他們采用的設備大多是基于PC機插卡式的系統(tǒng),，或是國外的單機設備,。這些設備要么實用性差，要么價格昂貴,，使得多媒體遠程監(jiān)控技術難以普及和推廣,。
　　在此背景下，我們和廈華電子合作,，研制開發(fā)了單機的監(jiān)控系統(tǒng),。本系統(tǒng)參照ITU－H.324協(xié)議中的通信協(xié)議構建通信過程,，采用高速DSP技術，用軟件實現(xiàn)音頻和視頻的壓縮編碼,，試圖以新技術為基礎,，用最簡化的硬件結構，力求最高的性能價格比,，獲得較好的社會效益,。
1 系統(tǒng)構成及功能簡介
1.1 系統(tǒng)構成介紹
　　遠程多媒體監(jiān)控系統(tǒng)是一種遠程圖像、語音自動傳輸監(jiān)控裝置,，由監(jiān)控點的終端機和控制中心的主控微機兩大部分組成(見圖1),。終端機的主要功能及構成是：通過A－Law COMBO CODEC器件TP3057采集監(jiān)控點的語音信號，形成PCM信號,；由圖像編碼器BT819A采集監(jiān)控點的原始圖像信號,，形成數(shù)字視頻信號；把浮點數(shù)字信號處理器ADSP21061作為系統(tǒng)的圖像協(xié)處理器,，控制視頻圖像采集" title="圖像采集">圖像采集,、存儲并實現(xiàn)視頻圖像的實時壓縮處理(符合H.263建議)；用定點數(shù)字信號處理器ADSP2181作為整個系統(tǒng)的主控處理器,，在完成音頻采集和語音的實時壓縮處理(符合G.723.1建議)的同時,，還完成對監(jiān)控點實施數(shù)據(jù)采集與控制、通過MODEM與主機交互命令并把圖像和語音的編碼數(shù)據(jù)按一定的格式打包,，通過MODEM送到遠端的主機等操作；經(jīng)過打包后的編碼數(shù)據(jù)由ADSP2181送出,，這里使用異步通信器件TL16C550B連接DSP和MODEM,，這樣做簡化了DSP軟件的實現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴展性,。

1.2 系統(tǒng)功能與組網(wǎng)配置
　　系統(tǒng)具有的主要功能如下：
　　·報警聯(lián)動功能：當報警探測器被觸發(fā)時,，就自動切換到指定的攝像機，同時開始發(fā)送現(xiàn)場采集的圖像和聲音信息,。
　　·遠程監(jiān)視功能：可通過普通電話線在異地進行可視化監(jiān)視,，包括切換不同攝像畫面、靜止或活動圖像,，并可遠程控制現(xiàn)場有關設備工作,。
　　·數(shù)字化處理功能：可以將攝像圖像以數(shù)字方式保存在電腦硬盤或其他各種存儲設備中，實現(xiàn)各種數(shù)字化處理過程,，如打印,、轉(zhuǎn)換、檢索等,。
　　·方便的組網(wǎng)功能：控制中心可以通過電話網(wǎng)對監(jiān)控終端機進行配置,，包括：使用許可證書,、控制中心電話號碼、終端機編號,、缺省數(shù)據(jù)等,，即可完成系統(tǒng)的組網(wǎng)(見圖2)。系統(tǒng)可連接的監(jiān)控終端機數(shù)量不限,。

2 系統(tǒng)的硬軟件實現(xiàn)
2.1 系統(tǒng)終端機硬件設計
　　系統(tǒng)終端機按功能劃分成以下幾個主要部分：處理器核心,、模擬數(shù)據(jù)接口" title="數(shù)據(jù)接口">數(shù)據(jù)接口、圖像采集控制,、串行控制器接口,。
　　處理器核心 我們考慮到圖像和語音的壓縮編碼處理需要較大的運算量和內(nèi)存空間，所以采用了兩片DSP芯片分別進行圖像和語音的壓縮編碼,。監(jiān)控終端機的系統(tǒng)處理器核心部分是由ADSP21061(圖像協(xié)處理器)與外擴的SRAM,、ADSP2181(主控處理器)和各自的EPROM組成。這兩個處理器芯片之間的通信是通過其內(nèi)部的全雙工同步串口" title="串口">串口的異步應答方式實現(xiàn)的,。
　　硬件連接主要是通過兩個幀同步信號RFS/TFS(接收幀同步/發(fā)送幀同步)的交叉互連,，兩個主機分別把RFS設成外部輸入、TFS設成內(nèi)部產(chǎn)生輸出,。對于發(fā)送端來說,，當發(fā)送寄存器中的數(shù)據(jù)有效時產(chǎn)生TFS信號；同時,，對于接收端來說,，當在RFS信號線上收到RFS信號時就會按照SCLK的時鐘時序接收DR上的數(shù)據(jù)，這樣經(jīng)串口發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)幀都是對齊的(見圖3),。

　　模擬數(shù)據(jù)接口 模擬接口采集外界環(huán)境的原始圖像,、語音信息進行處理。分為圖像接口和語音接口兩個部分,。語音信號模擬部分的作用主要在錄音的過程中將輸入的語音信號放大,、帶通濾波后送入COMBO CODEC濾波器中進行A/D轉(zhuǎn)換。放大部分采用普通的運放電路,，構成一個同相放大電路,，使得輸入的信號在A/D采樣的范圍內(nèi)，從而可以提高量化的精度(見圖4),。

　　視頻信號的采樣,、量化采用BT819A，將采集的圖像數(shù)據(jù)" title="圖像數(shù)據(jù)">圖像數(shù)據(jù)通過ADSP21061的外部DMA通道7(設置該通道功能為數(shù)據(jù)由外部設備傳入到外部指定的地址中的DMA功能)實現(xiàn),。BT819A是一種單片視頻解碼芯片,，可以支持PAL/NTSC/S－VIDEO標準的視頻采集設備(見圖5)。

　　圖像采集控制 圖像采集控制部分是終端機設計中的關鍵部分。因為圖像的采集和轉(zhuǎn)換要求速度快,，并且不能占用系統(tǒng)過多的資源,，所以本部分的設計關系到整個系統(tǒng)的性能。
　　由上面的介紹可以知道,，圖像的A/D轉(zhuǎn)換是通過BT819A來實現(xiàn)的,。但是BT819A沒有提供對圖像數(shù)據(jù)的幀存能力，因此BT819A轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)需要在ADSP21061的DMA控制器的參與下送入ADSP210161的外擴存儲器中實現(xiàn)幀存,，這個過程需要ADSP21061與BT819A通過譯碼邏輯實現(xiàn),。BT819A提供兩種圖像數(shù)據(jù)接口，我們采用(異步圖像數(shù)據(jù)接口)API模式B,，在該模式下異步圖像數(shù)據(jù)接口送出圖像數(shù)據(jù)格式為YUV4:2:2的16bit數(shù)據(jù),。系統(tǒng)將BT819A作為ADSP21061的外部設備，同時,，ADSP21061的外擴存儲器作為BT819A的視頻緩沖器,。由于ADSP21061的DMA控制器支持從外部設備到外部的存儲器的DMA傳送方式，這樣在此傳輸方式下,，ADSP21061就可以響應外部設備DMA請求信號,，執(zhí)行DMA過程，將相應的數(shù)據(jù)寫入外部存儲器中,。ADSP21061所收到的DMA請求信號是由BT819A送出的圖像數(shù)據(jù)接口控制信號經(jīng)過譯碼得到的,。
　　串行控制器接口 經(jīng)過壓縮編碼的圖像和語音碼流在ADSP2181內(nèi)部打包處理后，通過MODEM經(jīng)過PSTN傳送到遠端的中心控制機,。因此需要考慮設計一個ADSP2181與MODEM之間的接口,，通過ADSP2181與TL16C550B的一個數(shù)據(jù)接口來實現(xiàn)這個功能，具體的設計思想是將TL16C550B的數(shù)據(jù)寄存器映射成為ADSP2181的外部存儲器,，這樣對TL16C550B內(nèi)部寄存器的讀寫控制就變?yōu)閷DSP2181片外存儲器的訪問,。
2.2 系統(tǒng)終端機軟件設計
　　為了保證各媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蛯崟r性，需要對各媒體信源進行高速壓縮,、對各媒體的碼流數(shù)據(jù)進行恰當?shù)慕M織,，而且還將對各媒體數(shù)據(jù)進行同時處理,。
　　然而如果通過軟件開發(fā)在單片數(shù)字信號處理器上同時處理多個實時任務是很困難的,，因為對于單個的微處理器來說它的運行總是串行的。在我們的系統(tǒng)控制中遇到的正是這個問題：ADSP2181不但要進行整個系統(tǒng)流程的控制,，還要進行G.723.1的語音編碼,，這兩個任務都是要在系統(tǒng)運行期間不間斷運行的。在具體實現(xiàn)時,，我們把實時語音編碼的部分作為主程序,，這樣可以保證語音信號處理的連貫性；而系統(tǒng)功能的主要流程在ADSP2181的Timer中斷中完成,。為了實現(xiàn)這樣的操作,，我們把系統(tǒng)功能的主流程分成了幾個階段,，程序中通過設置一個標志位，來引導系統(tǒng)進入不同的運行階段,，完成不同的功能及操作,。這樣兩個任務就可以分時地享用DSP的運行時間，類似于多任務操作系統(tǒng)中的分時間片操作,。
　　Time中斷服務子程序所實現(xiàn)的是系統(tǒng)功能的主流程：由監(jiān)控點觸發(fā)報警或是主控微機主動巡視來啟動系統(tǒng),，先按缺省方式傳送各路攝像頭的實時圖像和監(jiān)控點的實時語音，再進入等候狀態(tài),，等待主控機的命令并進行相應的操作,。主程序進行語音的實時編碼，如圖6所示,。
　　因為語音采集和語音編碼是同時進行的,，為了提高系統(tǒng)處理的效率、保證語音數(shù)據(jù)的連貫性,，在需要處理語音數(shù)據(jù)的地方我們都使用了雙緩沖,，數(shù)據(jù)處理的焦點在兩個緩沖區(qū)之間切換。這樣做可以保證對語音的8kHz采樣不會丟失樣本點,，不會因為數(shù)據(jù)暫時來不及送到電話線上而發(fā)生丟失,。
　　另外，對將要通過MODEM發(fā)送的數(shù)據(jù)也采用了雙緩沖技術,。MODEM備用(錄入)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)來自語音緩沖區(qū)或是圖像緩沖區(qū)：當發(fā)現(xiàn)MODEM備用緩沖區(qū)空閑時,，先查詢當前的語音緩沖區(qū)是否有數(shù)據(jù)，如果當前語音緩沖區(qū)數(shù)據(jù)有效,，則錄入到此MODEM備用緩沖區(qū)中,；如果當前語音緩沖區(qū)數(shù)據(jù)無效才進一步查詢圖像緩沖區(qū)。當MODEM當前(輸出)緩沖區(qū)不空閑時,，就通過TL16C550向MODEM發(fā)送其中的數(shù)據(jù),。語音/圖像數(shù)據(jù)的傳送是各自相對獨立的，這個情況相當于把兩個邏輯信道(語音/圖像)加在一個物理信道上傳輸,。