專利名稱：四畫面圖像采集器智能監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種對四畫面分割器加慢錄錄像機(jī)的普通視頻監(jiān)視與監(jiān)控系統(tǒng)的革新，屬于計算機(jī)應(yīng)用于安全防范與圖像數(shù)據(jù)采集和壓縮存貯的技術(shù)領(lǐng)域。
為了對保安與防范目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視與記錄，目前均使用工業(yè)攝像頭與視頻監(jiān)視器和普通電視錄像機(jī)，但記錄時間有限。欲延長記錄時間，可選用時滯(慢錄)錄像機(jī)，除價格較貴外，圖像幀速降低，同步亦受影響。此外，為了同時監(jiān)視多個目標(biāo)并降低系統(tǒng)總成本，采用視頻切換器或多畫面分割器使多個攝像頭能公用同一個監(jiān)視器和錄像機(jī)，其中黑白四畫面分割器比較常見，這種采用攝像頭＋四畫面分割器＋視頻監(jiān)視器/時滯錄像機(jī)的“模-數(shù)-模”或“模-數(shù)-模-數(shù)”系統(tǒng)的成本仍然比較高。另外采用模擬錄像帶作為存貯介質(zhì)的固有缺點(diǎn)是隨著磁頭與磁帶的磨損，回放的圖像質(zhì)量會越來越差，并且受限于錄像帶的順序記錄方式和錄像機(jī)的機(jī)械慣性，這些監(jiān)控裝置的智能化程度低，不能做到對被監(jiān)視對象和記錄內(nèi)容有所取舍。
本實(shí)用新型的目的就是提供一種存取速度快、自動化程度高且價格較低，將整個監(jiān)控系統(tǒng)由“模-數(shù)-?！被颉澳?數(shù)-模-數(shù)”系統(tǒng)簡化為“模-數(shù)”系統(tǒng)的四畫面圖像采集器智能監(jiān)控裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是直接將黑白四畫面分割器與微機(jī)圖像采集卡合并集成為一塊“四畫面圖像采集卡”。將現(xiàn)有的“模-數(shù)-?！焙汀澳?數(shù)-模-數(shù)”系統(tǒng)簡化為“模-數(shù)”系統(tǒng)，并采用了幀內(nèi)編碼與幀間編碼相結(jié)合的壓縮方法。具體是采用一個對視頻信號進(jìn)行放大和電平箝位的預(yù)處理(1)、一個視頻信號四選一開關(guān)(2)、一個對經(jīng)預(yù)處理后的視頻信號采樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)、一個對視頻信號提取行場同步信號的同步分離器(4)、一個對整個圖像采集和顯示的時序進(jìn)行控制的時序控制器(5)、一個在進(jìn)行圖像采集時幀存貯器的地址發(fā)生器(6)、一個選擇采集圖像時的數(shù)據(jù)、地址、控制總線和圖像顯示時的微機(jī)數(shù)據(jù)、地址、控制總線的二選一開關(guān)(7)、一個用于存貯圖像數(shù)據(jù)的幀存貯器(8)、及一個微機(jī)接口(9)，構(gòu)成四畫面圖像采集卡，為本實(shí)用新型的硬件部分。其中預(yù)處理(1)包括四路相同的預(yù)處理電路，同步分離器(4)也有四路相同的同步分離電路，預(yù)處理(1)和同步分離器(4)的四個輸入端分別接四個攝像頭的輸出端即AV1～AV4，預(yù)處理(1)的四個輸出端分別接視頻信號四選一開關(guān)(2)的四個輸入端，視頻信號四選一開關(guān)(2)的輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)的輸出端接二選一開關(guān)(7)，同步分離器(4)的輸出端與時序控制器(5)相接，時序控制電路(5)的控制輸出“CB”端直接與二選一開關(guān)(7)相接，地址線通過地址發(fā)生器(6)與二選一開關(guān)(7)的地址線“AB”端相接，二選一開關(guān)(7)的數(shù)據(jù)線“DB”、控制線“CB”、地址線“AB”分別與幀存貯器(8)和微機(jī)接口(9)中對應(yīng)的“DB”、“CB”、“AB”線相連接。
預(yù)處理(1)包括四路相同的預(yù)處理電路即預(yù)處理器(1—1)、預(yù)處理器(1—2)、預(yù)處理器(1—3)、預(yù)處理器(1—4)，其中預(yù)處理器(1—1)包括電容CP101—103、電阻RP101—104，運(yùn)算放大器U101；視頻信號四選一開關(guān)(2)主要包括U210A—201D，預(yù)處理(1)中的四路輸出即運(yùn)算放大器的輸出端分別與視頻信號四選一開關(guān)(2)的四個輸入端相接。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)由U301為主構(gòu)成，視頻信號四選一開關(guān)(2)的輸出端通過電容C201與模數(shù)轉(zhuǎn)換(3)的輸入端即U301的“VIN”端相連接。同步分離器(4)也由四路相同的同步分離電路構(gòu)成，即同步分離(4—1)、同步分離(4—2)、同步分離(4—3)、同步分離(4—4)。時序控制器(5)主要包括U501、U502，攝像頭1—4的四個信號輸出線AV1～AV4分別對應(yīng)地與預(yù)處理器1—4和同步分離1—4的輸入端相連接。同步分離(4—1)主要由電容CP401—403，電阻RP401—403及集成電路U401構(gòu)成，其輸出端即U401的“VSN、CSN、0DEN”分別與U501的“IN0、IN1、IN2”相連接，對應(yīng)的同步分離(4—2)、同步分離(4—3)、同步分離(4—4)的輸出端也分別與U501的“IN7～I(xiàn)N13”相連接，U501的“IN3～I(xiàn)N6”分別對應(yīng)地與視頻信號四選一開關(guān)(2)中的開關(guān)控制端即U201A—D的“C”端連接。地址發(fā)生器(6)包括U601—604；二選一開關(guān)(7)包括U701—704；幀存貯器(8)包括U801和U802；微機(jī)接口(9)包括U901-904。其中二選一開關(guān)(7)的輸出端即U701—703的“1Y—4Y”和U704的“1Y—3Y”分別與幀存貯器(8)的數(shù)據(jù)線即U801、U802的“A0～A14”相連接，這樣經(jīng)過預(yù)處理(1)和視頻信號四選一開關(guān)(2)處理的視頻信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)的采樣，將采樣后的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)和微機(jī)數(shù)據(jù)總線經(jīng)微機(jī)接口(9)，通過二選一開關(guān)(7)送入幀存貯器(8)。幀存貯器(8)中U801、U802的數(shù)據(jù)線“D2～D7”分別與微機(jī)接口(9)中U901、U902的“B3—B8”端相連，以及接時序控制器(5)中的U502的“I/00～I(xiàn)/011”。二選一開關(guān)(7)中U701—704的“1A—4A”端分別接地址發(fā)生器(6)中U601—604的“QA、QB、QC、QD”端，U701—704的“1B～4B”端分別接微機(jī)接口(9)總線中“MA1～MA15”，這樣時序控制器(5)產(chǎn)生的對幀存貯器的控制信號和微機(jī)控制總線信號通過二選一開關(guān)(7)送入幀存貯器(8)的控制端。另外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)中U301的“B0～B5”端分別接時序控制器(5)中U502的“IN8～I(xiàn)N13”。
該裝置的工作過程為首先微機(jī)經(jīng)微機(jī)接口(9)向采集控制口發(fā)出采集命令，時序控制器(5)(由可編程器件構(gòu)成)接收到之后，產(chǎn)生圖像采集所需的各種控制信號。此時二選一開關(guān)(7)選擇圖像采集所需的數(shù)據(jù)、地址、控制總線。四路視頻信號(來自四個不同的攝像頭)經(jīng)過預(yù)處理(1)，由視頻信號四選一開關(guān)(2)選擇一路信號進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)，輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)經(jīng)二選一開關(guān)(7)送入幀存貯器(8)。此時的幀存貯器地址由地址發(fā)生器(6)產(chǎn)生?？刂菩盘栍蓵r序控制器(5)產(chǎn)生。微機(jī)不斷查詢采集控制口，直至查詢到采集完畢，此時微機(jī)可接管圖像采集卡上的幀存貯器(或用中斷方法)。二選一開關(guān)(7)選擇微機(jī)的數(shù)據(jù)、地址、控制總線。這時可將圖象數(shù)據(jù)送入視頻圖形陣列(VGA)的視頻存貯器(VRAM)直接顯示，也可以以數(shù)據(jù)文件存盤。一幅數(shù)字圖象傳送完畢，再由軟件發(fā)采集控制字，循環(huán)上述過程(采集、存貯、傳送)。
本實(shí)用新型中的預(yù)處理(1)的四個輸出端與視頻信號四選一開關(guān)(2)的輸入端直接相連構(gòu)成一個可以對輸入視頻信號進(jìn)行放大、電平提升、電平箝位的初級視頻信號輸出裝置；初級視頻信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)進(jìn)行采樣，采樣后的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)和微機(jī)數(shù)據(jù)總線經(jīng)微機(jī)接口(9)通過二選一開關(guān)(7)與幀存貯器(8)的數(shù)據(jù)線相連；地址發(fā)生器(6)和微機(jī)地址總線經(jīng)微機(jī)接口(9)通過二選一開關(guān)(7)與幀存貯器(8)的地址線相連；時序控制器(5)產(chǎn)生的對幀存貯器的控制信號和微機(jī)控制總線通過二選一開關(guān)(7)與幀存貯器(8)的控制端相連；同步分離器(4)輸出的行場同步信號和奇偶場識別信號送入時序控制器(5)；微機(jī)數(shù)據(jù)、控制總線通過微機(jī)接口(9)與時序控制器(5)相連，相互傳遞控制信息；另外整個圖像采集和顯示所需的各種時序控制信號均由時序控制器(5)產(chǎn)生。送往視頻信號四選一開關(guān)(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)、地址發(fā)生器(6)、二選一開關(guān)(7)、幀存貯器(8)、微機(jī)接口(9)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型直接將黑白四畫面分割器與微機(jī)圖像采集卡合并集成為一塊“四畫面圖像采集卡”，以獨(dú)特的“時空復(fù)用”方式分時數(shù)字化、讀取及直接在同一微機(jī)顯示器上同時顯示來自四個不同攝像頭的圖像畫面(對每一攝像頭的采樣分辨率為320×200)，也可由主機(jī)程控選擇采集、顯示四路中的任何一路、兩路或三路圖像，并相應(yīng)地加快了顯示速度，由此首創(chuàng)將現(xiàn)有的“模-數(shù)-模”和“模-數(shù)-模-數(shù)”系統(tǒng)簡化為“模-數(shù)”系統(tǒng)。為了縮小體積、降低成本并提高可靠性，快速有效地直接利用主機(jī)的硬盤存貯盡可能多的圖像數(shù)據(jù)，采用了幀內(nèi)編碼與幀間編碼相結(jié)合的壓縮方法，而且在壓縮存貯的同時可根據(jù)與預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動門限的比較結(jié)果進(jìn)行判斷，發(fā)出相應(yīng)的報警信號，或?qū)F(xiàn)場畫面?zhèn)髦吝h(yuǎn)處。由于計算機(jī)的采用，圖像在恢復(fù)顯示時可放大、增強(qiáng)及進(jìn)行其它處理，功能可不斷擴(kuò)充。
它綜合了電視技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，充分利用視頻圖形陣列(VGA)卡本身提供的視頻合成功能，從而省略傳統(tǒng)采集卡的數(shù)模變換器(D/A)視頻合成及監(jiān)視器，降低成本、提高性價比。另外圖像采集卡接口控制簡單，給軟件工作者以極大的自由度。圖像壓縮效率高，報警門限可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，智能程度高，應(yīng)用面廣。
根據(jù)自身技術(shù)儲備和市場需求信息自行開發(fā)。因?yàn)殡S著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，銀行、交通、電力、鐵路、商場、公安、安全保安、博物館、倉庫、賓館、寫字樓及軍事設(shè)施等領(lǐng)域?qū)τ诎踩婪逗同F(xiàn)場記錄報警系統(tǒng)的需求越來越大、要求越來越高，而現(xiàn)有錄像機(jī)系統(tǒng)已難適應(yīng)，本實(shí)用新型可作為一種換代產(chǎn)品，直接與間接經(jīng)濟(jì)和社會效益難以估量。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖，其中包括微型計算機(jī)(10)；圖2是本實(shí)用新型中預(yù)處理(1)、視頻信號四選一開關(guān)(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)、同步分離器(4)、時序控制器(5)的電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型中地址發(fā)生器(6)、二選一開關(guān)(7)、幀存貯器(8)的電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型中微機(jī)接口(9)的電路原理圖。
以下結(jié)合附圖敘述本實(shí)用新型的一個實(shí)施例預(yù)處理(1)中的集成電路U101采用LM318，在U101的輸入端接有電阻RP101、RP102，電位器RP103和電容CP101、CP102、CP103、調(diào)節(jié)電位器RP103可以改變放大倍數(shù)，U101的輸出端接有電阻RP104；預(yù)處理(1)中的四路預(yù)處理電路結(jié)構(gòu)一樣。
視頻信號四選一開關(guān)(2)中的集成電路U201采用MC14066。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)中的集成電路U301采用CA3306，在U301的輸入端接有電阻R301、R302和電容C301、C302、C303、C304、C305、C306。
同步分離器(4)中的集成電路U401采用LM1881，在U401的輸入端接有電阻RP401、RP402、RP403和電容CP401、CP402、CP403，不同的RP403可產(chǎn)生PAL或NTSC制的行場復(fù)合同步信號；同步分離器(4)中的四路同步分離電路結(jié)構(gòu)一樣。
時序控制器(5)中的集成電路U501、U502采用電可擦可編程邏輯器件(EPLD)ATV2500H，編程語言為ATMEL—ABEL語言。
地址發(fā)生器(6)中的集成電路U601、U602、U603、U604均采用74LS161。
二選一開關(guān)(7)中的集成電路U701、U702、U703、U704均采用74LS157。
幀存貯器(8)中的集成電路U801、U802均采用AT28H256(或其它32K×8bits靜態(tài)RAM)。
微機(jī)接口(9)中的集成電路U901、U902均采用74LS245，集成電路U903采用74LS688，集成電路U904采用74LS85，集成電路U905采用LM7805。
將以上部分組裝好后，通過微機(jī)接口(9)與微型計算機(jī)(10)聯(lián)接起來，就可以監(jiān)視同時由四路攝像頭傳來的全部圖像或任一圖像，并可以將信號存貯起來或傳至遠(yuǎn)處。
權(quán)利要求1.一種四畫面圖象采集器智能監(jiān)控裝置，由圖象采集部分和控制部分所組成，其特征在于該裝置包括預(yù)處理(1)、視頻信號四選一開關(guān)(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)、同步分離器(4)、時序控制器(5)、地址發(fā)生器(6)、二選一開關(guān)(7)、幀存貯器(8)、微機(jī)接口(9)，直接將四畫面分割器與微機(jī)圖象采集卡合并集成為一塊四畫面圖象采集器，其中預(yù)處理(1)包括四路相同的預(yù)處理電路，同步分離器(4)也有四路相同的同步分離電路，預(yù)處理(1)和同步分離器(4)的四個輸入端分別接四個攝像頭的輸出信號端即AV1—AV4，預(yù)處理(1)的四個輸出端分別接視頻信號四選一開關(guān)(2)的四個輸入端，視頻信號四選一開關(guān)(2)的輸出端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)的輸出端接二選一開關(guān)(7)，同步分離器(4)的輸出端與時序控制器(5)相接，時序控制器(5)的控制輸出“CB”端直接與二選一開關(guān)(7)相接，地址線通過地址發(fā)生器(6)與二選一開關(guān)(7)的地址線“AB”端相接，二選一開關(guān)(7)的數(shù)據(jù)“DB”、控制“CB”、地址“AB”線分別與幀存貯器(8)和微機(jī)接口(9)中對應(yīng)的“DB、CB、AB”線相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四畫面圖像采集器智能監(jiān)控裝置，其特征在于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)中U301的“B0～B5”端分別接時序控制器(5)中的U502的＂IN8～I(xiàn)N13＂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的四畫面圖像采集器智能監(jiān)控裝置，其特征在于時序控制器(5)中U501的“IN0～I(xiàn)N2”端接同步分離(4-1)的輸出端，“IN3～I(xiàn)N6”分別接四選一開關(guān)(2)中U201A～D的“C”端，“IN7～I(xiàn)N13、I/O21、I/O22”分別接同步分離(4-2)、同步分離(4-3)、同步分離(4-4)的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四畫面圖像采集器智能監(jiān)控裝置，其特征在于二選一開關(guān)(7)中U701～704的“1A～4A”端分別接地址發(fā)生器(6)中U601～604的“QA、QB、QC、QD”端，U701-U704的“1B-4B”端分別接微機(jī)接口(9)總線中“MA1-MA15”，U701-703的輸出端“1Y-4Y”及U704中的“1Y-3Y”端分別接幀存貯器(8)中U801、U802中的“A0-A14”。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的四畫面圖像采集器智能監(jiān)控裝置，其特征在于幀存貯器(8)中U801、U802的數(shù)據(jù)線“D2～D7”分別與微機(jī)接口(9)中U901、U902的“B3—B8”端相連，以及接時序控制器(5)中的U502的“I/00～I(xiàn)/011”。
專利摘要四畫面圖像采集器智能監(jiān)控裝置，是一種對四畫面分割器加慢錄錄像機(jī)的普通視頻監(jiān)視與監(jiān)控系統(tǒng)的革新，屬于計算機(jī)應(yīng)用于安全防范與圖像數(shù)據(jù)采集和壓縮存貯的技術(shù)領(lǐng)域。本裝置直接將黑白四畫面分割器與微機(jī)圖像采集卡合并集成為一塊“四畫面圖像采集卡”，將現(xiàn)有的“模-數(shù)-模”和“模-數(shù)-模-數(shù)”系統(tǒng)簡化為“模-數(shù)”系統(tǒng)。采用幀內(nèi)編碼與幀間編碼相結(jié)合的壓縮算法，可以同時或分別監(jiān)視來自四個攝像頭的圖像以及存貯圖像信息。
文檔編號H04N5/262GK2231000SQ9523960
公開日1996年7月10日 申請日期1995年4月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月19日
發(fā)明者陳堅(jiān), 吳樂南 申請人:陳堅(jiān), 吳樂南