電力系統是國民經濟的主動脈，是人民正常生活基本、必須的保障；并且，隨著現代社會的發展，人們對電力的依賴越來越強烈。因此，保障電力系統的正常運行是十分必要的。

       為了保證電力設施的安全運行，需要視頻圖像監控系統。由于微波站已經安裝了微波傳輸通道，因此可以采用現有的微波通道，就地取材。

       微波通道的主要缺點是帶寬窄、誤碼率高。采用世界上的壓縮標準是H.264，以構成高質量的圖像監控系統。為了能夠采用這一的視頻壓縮技術，采用由德州儀器(TI)公司推出的達芬奇平臺。它里面包含了2個核，一個TI的TMS320C64x+和一個ARM9內核。一個負責運行操作系統的控制與調度任務，另一個負責處理計算比較劇烈的任務。2個核互相配合，形成一個功能強大的多媒體處理平臺。

       我們在德州儀器公司的DVEVM的硬件基礎之上，確定了視頻傳輸系統的硬件結構，設計并開發了視頻終端的軟件和中心站接收和瀏覽視頻的軟件，完成了整個系統的原理性開發。終性能測試表明，我們能夠在小于64K的帶寬下，完成較好質量的CIF圖像的視頻傳輸。而在384K的帶寬條件下，完成D1高分辨率的視頻圖像的連續傳輸。

       1基于微波的視頻監控系統結構

       微波站圖像監控系統的基本機理如下，它是由若干視頻傳輸終端和一個中心站組成。各個視頻監控點的視頻信息通過點對點的微波通道，傳輸至中心站的計算機進行監控。微波傳輸的關鍵裝置是阿爾卡特(Alcatel)A9800，它是一套點對多點的數字無線接人系統，使用TDM／TDMA FDD的空間接口進行傳輸。系統原理結構如圖1所示。

       2視頻終端的硬件平臺達芬奇DaVinciTM

       采用的基于達芬奇的視頻終端的結構圖如圖2所示，主要參照TI推出的基于達芬奇的DVEVM(數字圖像評估系統)的硬件系統：

        達芬奇平臺上的軟件開發平臺DVSDK：即數字視頻開發平臺，是由Monta Vista公司提供，它包括：

        (1)eXpress Configure Kit：它可將各個不同的軟件模塊即成為一個可執行文件，避免手工集成包括ARM和DSP上的軟件，以及如何協調它們的工作。例如音視頻的編解碼模塊、TI的Codec Engine、TI的DSP／BIOS real-time kernel及其TI的DSP／BIOS Linker等。

        (2)TMS320C644x SoC Analyzer。它是一個單一的圖形化系統，幫助開發員發現系統運行的瓶頸，找出問題并加以解決。它包括：系統集成、負載分布、數據輸入輸出等各種行為。

        (3)Monta Vista操作系統：Monta Vista是公認的十分穩定的Linux操作系統，但DVSDK中專為數字視頻應用而進行了大量的優化，使其成為支撐視頻處理的作業系統。

        3視頻壓縮技術H.264的應用

        H.264的基本流程是編碼器先將圖像分割成圖片，圖片再分為宏塊，對于每個宏塊根據幀的類型分別加以處理。對于獨立(I)幀，采用所謂的幀內預測，對非獨立幀，采用幀間預測，即所謂的運動搜索，然后進行預測。并對預測采用DCT變換，采用熵編碼(算術或變碼長編碼)。H.264由于采用了以下技術使壓縮比大幅提高：

        (1)1／4、1／8運動搜索技術，使運動搜索的匹配精度提高；
        (2)多參考幀技術；
        (3)幀內的精細預測技術；
        (4)4×4小塊預測技術，使圖塊更加容易匹配。

        在H.264的基礎上我們還進行了以下改進：

        (1)應用視覺模型進一步減少視頻信號所占的帶寬。即對變換較大的圖像部分采用較大的量化步長，較平坦的部分采用較小的量化步長。壓縮后的圖像質量與沒有采用視覺模型的圖像，幾乎沒有明顯的區別，或只有一點點的降低，但圖像的壓縮比可增加可達10％左右。但PSNR上反映出來的誤差稍大，但對很多應用來講，人們并不很關心具體的PSNR的大小。而以眼見為實的東西為準。

        假設基準的量化水平為q，欲進行變換的塊的變化量，從橫向相鄰像素的誤差之和為△： 
 

        式中：n為快的大小(4或8)，p(i，j)為該位置上的像素值。則該塊的新的量化水平將被調節為：

        式中：qmin，qmax為設定的小和量化水平(10，51)，floor表示取整數運算，μ為調節系數。其中對MPEG的測試系列news(CIF)進行壓縮后有以下結果：盡管PSNR略差，但視覺上的差別不是很大，比較如圖3所示。

        (1)雙指標的運動搜索。幾乎所有現在的運動搜索都用的是一個單一的指標，即誤差和SAD，在很多DSP中都有針對求SAD的指令，如TI的C6000系列等。其實應用雙指標更能有效地進行運動搜索。而且更能較為精確地找到匹配模塊的位置，從而提高編碼效率。更重要的是，雙指標運動搜索更容易實現智能化判斷小塊是否是由前一幅圖像中的某一小塊移動而來，因而不再需要進行編碼，從而提高編碼效率。其效果見圖4。

       (3)多分辨率分析下(Multi-resolution)的雙指標運動搜索，即應用小波變換的Lifing-Scheme將圖像分解在不同的分辨率下，首先在粗的分辨率下得到運動矢量的一個概貌性的描述，然后在逐漸地在高分辨率的圖像中細化運動矢量，這樣既可較快地找到運動矢量，又可避免陷入局部的極小值，軟件界面如圖5所示。
 

      4結 論

       我們在德州儀器公司的DVEVM的硬件基礎之上，設計了視頻傳輸系我們在德州儀器公司的DVEVM的硬件基礎之上，設計了視頻傳輸系統的硬件結構，并開發了視頻終端的軟件和中心站接收視頻的軟件，完成了整個系統的開發。性能測試表明：在64 K帶寬環境下實現CIF的圖像監控，監控幀率可達每秒2～5幀左右，時間延遲在2～3 s，滿足作為監控目的基本要求；如果綁定6×64 K=384 K的通道，則能夠在小于384 K的帶寬下，完成高質量的D1(704×576)圖像高分辨率的視頻圖像的連續傳輸，實現設計要求。畫面質量的平均PSNR在30 dB左右，滿足視覺需要，可以辨認不法闖入分子的身份。