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林湘建

　　[摘要]本文提出了一種基于CDMA的無線圖像傳輸系統設計原理和實現方案，簡要介紹了CDMA技術的基本知識，描述了CDMA無線傳輸應用于遠程圖像監控的實現方法。通過在實驗室構建了該無線圖像監控系統，獲得了理想的效果.

　　引言

　　近年來，圖像監控以其直觀、方便、信息內容豐富而被廣泛應用于許多重要場合，成為安全監控的主要手段。隨著計算機通信技術和網絡技術的快速發展，無線網絡技術已成為計算機網絡中一個至關重要的組成部分，它的應用領域也在飛速的擴大。由于遠程圖像監控系統實現了對遠程目標的監視、遙控等功能，從而為無人值守場合提供了新手段。CDMA技術的出現使成本合理、相對較低技術門檻無線數據傳輸技術在監控系統中實現現場到遠程監控中心的實時數據傳輸成為可能。

　　一 CDMA技術簡介

　　CDMA是(Code Division Multiple Access)即碼分多址技術,是近年來用于數字蜂窩移動通信的一種先進的無線擴頻通信技術。

　　CDMA允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務。 

　　CDMA數據傳輸的優點在于:
　　(1)傳輸速率高，最高理論帶寬可達到230.4kb/s；
　　(2)永遠在線，可以實時傳輸數據；
　　(3)按流量收費，價格合理；
　　(4)基于IP協議可以訪問整個Internet。

　　CDMA 網絡的遠程圖像監控系統采用無線傳播媒質，擺脫了線纜的約束，在一定范圍內可以任意變換位置。不受活動區域的限制，通過CDMA移動通信網絡，可以很方便的實現遠程移動監控。

　　二 系統組網方案

　　終端收集到圖像數據信息后，要把數據發送到監控中心，而終端部分無線數據傳輸功能由CDMA RUTER來完成。CDMA RUTER與監控中心的連接總體上有兩種方案：CDMA + Internet連接；CDMA內網連接。其系統拓撲結構如圖1和圖2所示。

　　（一）系統拓撲結構

　　監控中心采用Internet接入,其接入方式有多種方式，只要具有公網IP地址（動態或靜態）即可。電信、網通等電訊公司提供的專線接入獲得固定IP一般是公網IP地址，也就是Internet上可以訪問的IP地址，RUTER與監控中心服務器的連接通過CDMA + Internet，安全級別稍低，但是可以通過由移動運營商經VPN隧道連接至監控中心服務器，這樣可以大大提高安全級別并且可以減小時延。

圖1 系統拓撲結構1: 通過CDMA + Internet連接

　　（二）系統拓撲結構2

　　CDMA 內網連接可采用專線接入或CDMA終端連接。專線接入由移動運營商的PDSN（CDMA 路由器）經數據專線連接至監控中心，監控中心獲得內網固定IP地址。獲得的內網IP地址與RUTER同在一個網段，其數據安全性好；時延小；成本高。

　　CDMA終端連接需要移動運營商分配給監控中心CDMA內網固定IP地址；開放CDMA用戶端對端數據通訊。RUTER根據配置的監控中心內網IP地址與監控中心建立數據通道。CDMA終端連接技術上還有待更好地的去支持，目前實際應用中很少采用這種方法。


圖2 系統拓撲結構2：CDMA 內網連接

　　如何決定使用何種方案，關鍵由應用的性質決定。本文從最經濟的方式來考慮，監控中心采用了“ADSL(動態IP) + 動態域名”解決方案。終端與監控中心的連接是基于Socket通訊的。

　　三 系統的實現

　　1 終端部分

　　圖像采集終端部分由攝像頭 DTU、微處理器和CDMA RUTER組成。攝像頭 DTU負責采集圖像數據并由微處理器進行收集，微處理器通過CDMA RUTER把數據發送到遠程監控中心。

　　1.1攝像頭DTU及接口

　　攝像頭 DTU是一個具備視頻捕捉和壓縮功能的攝像機，它的功能與數碼像機也十分相似。攝像頭 DTU采用標準壓縮算法將原始圖像壓縮為JPG格式，其壓縮功能提高了遠程圖像監控系統的實用性。

　　攝像頭 DTU的數據接口是RJ45接口，采用+5V電源輸入。引腳功能如下：

　　◆ CAPEN：用于允許或禁止攝像頭 DTU輸出圖像。CAPEN=1，則允許輸出圖像，CAPEN=0，則禁止輸出圖像。
　　◆ JPEGD7..JPEGD0: 并行數據輸出。在這組引腳上輸出8位的圖像數據。
　　◆ JPEGINT: 從攝像頭 DTU到外部微控制器的中斷信號是一個寬度約10us 的正脈沖，微控制器可在此信號的下降沿時觸發中斷。此中斷信號指出已在JPEGD7..JPEGD0 引腳上輸出一個新的圖像數據。

　　攝像頭 DTU上電后內部有一個復位和初始化過程，初始化完成后進入預備狀態。在預備狀態下，攝像頭 DTU循環檢查CAPEN引腳，如果CAPEN＝1，就在JPEGD7..JPEGD0 引腳上連續輸出數據，每輸出一個數據，就在JPEGINT引腳上產生一個中斷信號，以通知微控制器讀取數據。攝像頭 DTU輸出的是一個完整的JPG文件，JPG 文件總是以“0XFF”、“0XD8” 開始，并以“0XFF”、“0XD9”結束。微控制器對接收的數據進行檢查，當收到“0XFF” 、“0XD9”時，表明文件結束，本次采集過程完成。隨后攝像頭 DTU將重新回到預備狀態。

　　微控制器為TMS320LF2407A,主頻40M,IOPC口用來讀取攝像頭 DTU的數據，攝像頭 DTU的中斷輸出（CAPINT）連接到TMS320LF2407的XINT1，下降沿觸發；輸出允許（CAPEN）接IOPE0。TMS320LF2407擴展了64K字節的SRAM用作圖像的緩存。由于攝像頭 DTU采用的是＋5電源供電，TM320LF2407采用的是＋3.3V電源供電，因此其接口必須解決電平轉換。本文采用SN74LVC245A芯片來實現＋5V電源系統和＋3.3V電源
系統之間的電平轉換。


圖3 圖像采集終端基本構成

　　1.2 CDMA 傳輸部分

　　微控制器收集到圖像數據信息后，要通過Internet把數據發送到監控中心。而系統中完成微控制器與Internet網通訊工作的就是CDMA RUTER和CDMA網。由于CDMA是基于IP協議的，但普通的CDMA RUTER沒有內嵌TCP/IP協議棧，需要用戶提供TCP/IP的支持。就是說，需要在使用CDMA RUTER的上位機系統中嵌入TCP/IP,這是一個復雜而繁瑣的工作。為了減小應用本身的工作量和增加系統的實用性，本系統采用了廈門桑榮科技工業級CDMA RUTER，型號為Saro 6230R，它內嵌了TCP/IP協議棧，具有Socket通訊功能，并提供透明數據傳輸通道，用戶只需設置一些參數就可實現將嵌入式系統直接與Internet相連，實現網絡的互連互通。

　　CDMA RUTER的主要特點：
　　◆ 使用方便、靈活、可靠；
　　◆ 內嵌了完整的TCP/IP協議棧，包括PPP、TCP、UDP、Socket、STMP等；
　　◆ 支持RS-232和Rj45接口；
　　◆ 上電后自動撥號上網，一直在線，斷線自動連接；
　　◆ 透明數據傳輸模式，可對參數自由設置；
　　◆ 支持動態數據中心域名和IP地址；
　　◆ 支持音頻接口，方便維護操作；
　　◆ 系統配置和維護接口 ；
　　◆ 電源抗干擾性和散熱設計，適應惡劣工作環境；

　　在使用CDMA RUTER前必須先進行參數設置，以決定進入透明數據傳輸模式后的工作方式。需要設置的參數有：監控中心IP地址（或動態域名服務器能夠解析的域名）及端口號設置；Socket通訊類型（TCP或UDP）；通訊接口參數；觸發方式設置等。

　　CDMA RUTER在每次開機后會自動撥號，接入CDMA并動態獲得一個IP地址，此IP地址為CDMA骨干內網地址，在未進入連接狀態時，服務器（監控中心）是無法直接與CDMA RUTER通訊的。CDMA RUTER主動向服務器發送數據進行連接。當連接的路由建立以后，服務器和終端才可以雙工地進行數據傳輸。該路由具有時間限制，一般僅有幾十秒，為了確保鏈路一直暢通，CDMA RUTER 具有鏈路保活功能，通過定時發送：“心跳”數據包，維持終端和服務器間的路由（動態IP由ISP服務商的服務器動態分配，如果長時間不通信，ISP服務器會回收IP，以利于IP資源的有效利用），確保服務器與終端間可以及時互相通訊，所以監控中心可以主動向圖像采集終端發出數據采集命令等參數。另外，“心跳”數據包中包含了終端的ID信息，使得服務器可以很容易判別路由和數據包的業源。

　　2 監控中心的構建

　　本文監控中心采用ADSL連接，由于每次接入所獲得的IP地址不是固定的，CDMA RUTER無法直接指向遠程監控中心。為了解決服務器每次接入IP地址的不固定，本文采用了動態域名解決辦法。動態域名的功能，就是實現固定域名到動態IP地址之間的解析。監控中心每次上網得到新的IP地址之后，安裝在監控中心計算機里的動態域名軟件就會把這個IP地址發送到動態域名解析服務器，更新域名解析數據庫。CDMA RUTER 通過這個域名發起Socket連接時，動態域名解析服務器會返回正確的IP地址給它。

　　監控中心和Internet之間的防火墻要屏蔽掉不使用的所有端口，這樣保證監控中心的安全性，防火墻機可以是軟件防火墻，也可以是硬件防火墻。


圖4 監控中心軟件基本流程圖

　　本文監控中心的軟件可采用VC/VB/Delphi編寫，內部調用桑榮科技的動態鏈接庫，用來完成Socket程序的編寫。監控中心的基本軟件流程圖如圖4所示。監控中心的Socket端口監聽程序負責監聽圖像采集終端的連接請求，當監聽到連接請求后，建立通信鏈路，原來負責監聽Socket仍進行監聽，通信鏈路建立后就可任意交換數據了。監控中心軟件應具有在監視器屏幕上顯示終端的ID及顯示多路不同終端的圖像，并將圖像存儲在硬盤上。通過對圖像進行分析處理，如出現異常給出報警信號并將報警信息傳到遠程終端以啟動報警裝置，以防止人為破壞、偷竊等。相關管理人員可直接觀看被監視場所，并隨時調看每個終端的當前狀況。

　　四 結束語

　　隨著生產管理水平的不斷提高，遠程圖像監控系統得到了廣泛的應用，也越來越成熟，而且正朝著網絡化、智能化的方向發展。采用CDMA無線傳輸數據通訊方法解決了遠程監控系統的通訊問題，比起其它有線通訊方式有著不可比擬的優越性。由于傳送的是圖像數據，數據量大且較為頻繁，可選擇不限量使用的商務套餐較為經濟。我們在實驗室構建了該無線圖像監控系統，獲得了理想的效果。而且，隨著CDMA網絡的逐漸完善和應用技術的不斷成熟，CDMA的應用領域也會越來越廣闊。本文介紹的CDMA無線傳輸系統可推廣至各種需要檢測、監控與安防的環境之中。