基于GPRS的无线图像监控系统设计与实现*

张 伟

(咸阳师范学院图形图像处理研究所，咸阳 712000)

1 引言

随着通信技术和信息处理技术的发展，目前图像监控系统已经广泛应用于安保、交通、医疗等领域，有线图像监控系统技术已经日趋成熟和完善。然而，随着图像监控系统应用的范围不断扩大，有线图像监控系统已不能满足社会的需求(如车载远程监控系统)。无线图像监控系统以其灵活性强、线路架设简单、覆盖范围广等特点适应了社会的需求［1］。利用GPRS 网络进行远程监控，既避免了开发新的频率资源，又开辟了无线监控新领域，成为当前研究的热点之一。

2 GPRS 介绍

GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称，是在现有的GSM 系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务。

2.1 GPRS的特点与优势

GPRS 移动通讯业务具有高速数据传输，永远在线的特点，按流量收费的资费方式，使GPRS 通讯具有无可比拟的性价比优势。因此，当前GPRS 技术许多领域得到了广泛应用，如远程监控、车载导航等。GPRS的主要特点如下［2］:

(1)GPRS 采用分组交换技术，优化了对网络资源和无线资源的利用。

(2)永远在线。即用户随时与网络保持联系。当没有数据传送时，网络与用户之间保持一种逻辑上的连接，用户再次上传数据不需要重新接入网络。

(3)GPRS 网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。

(4)GPRS 采用分组交换技术的传输模式，多个用户可高效率地共享同一个信道，从而提高了资源利用率，优化了对网络资源和无线资源的利用。

(5)GPRS的核心网络层采用IP 技术，很方便地实现与高速发展的IP 网无缝连接。

2.2 选用的GPRS 模块

该系统选用的是驿唐公司MD－609G 低功耗专用GPRS DTU，本产品除了功耗低、适应电池供电等需要降低功耗的场合外还具有以下特点［3］:

(1)支持两端都是GPRS的无线点到点、多点到点通信;

(2)支持同时连接4个数据中心;支持GPRS 和短信切换备份通信功能;

(3)支持服务器端远程更改DTU 配置项;

(4)支持远程重启设备;

(5)支持串口通信，虚拟串口完全零编程。

3 视频监控系统总体结构

整个监控系统由视频采集终端和监控中心两大部分构成，如图1。视频采集终端包括视频输入、信号处理单元和GPRS 模块。首先将摄像头采集的模拟信号转换成数字信号，数字信号直接送入DSP 进行JPEG2000 格式的压缩和处理，生产的码流放入缓冲区。视频采集终端同时还受到监控中心的控制，根据指令要求进行摄像头的伸缩以及电源开关控制等操作。在监控中心将接收到的UDP 包解包处理后放入缓冲区进行解码，解码后的数据信息可以直接进行播放，或存入数据库，用户可根据需要对历史监控数据查看。

图1 系统结构框架

4 主要功能模块设计

4.1 视频采集结构及采集过程

图2为视频采集终端结构图，其中包括视频输入单元，数据存储单元和GPRS 模块等。信号处理单元采用 TI 公司多核数字信号处理器TMS320C6472［4］，主频达1.5GHz，具有较强的数字处理能力，同时外围集成了丰富的音频、视频及网络通信等设备接口。数字信号处理器与GPRS 模块通过串口直接相连，数字处理器模块内置了自动网络连接和协议处理模块，开机后就能自动链接到GPRS 网络上，与监控中心建立通信，可以随时接收或发送数据。

图2 视频采集终端结构图

视频图像通过视频解码器IRD2600 输入到TMS320C6472的PPI 接口上。TMS320C6472的PPI采用DMA 方式，将视频图像存储到外部存储器SRAM 中。当一帧图像存放在SRAM 之后，数据将传输到内部数据存储器中，TMS320C6472 对数据按照所需的视频格式压缩处理后，通过RS－232 接口发送到GPRS 模块MD－609G，再由MD－609G 将信号发送出去。

4.2 系统硬件初始化

视频图像输入前，首先对系统硬件进行初始化:

4.3 基于小波变换的算法设计

小波变换对原始信号可以在时域和频域上进行多分辨率分解。二维图像进行小波变换时，首先把原图像的像素值矩阵变换成一个便于压缩的稀疏矩阵，经过变换后源图像被分解成几个子图像，每个子图像包含了原始图像中的不同频率成分［5］。图像压缩时只对低频子图进行编码而丢弃三个细节子图。在实际应中可以将三个细节子图保留下来，与低频子图一起进行编码，这样在解码时才能保证恢复出完整的图像。如果只需要一个小尺寸的图像，则可以直接解码低频子图编码。可以对低频子图进行二次分解，经二次分解后，低频子图的尺寸降到了原始图像的十六分之一，可见基于小波变化的算法设计既能满足高的压缩比又能满足高清晰的图像要求。

设离散小波正变换的输入为填充分量采样I(x，y)和分解层次NL，输出子带系数ab(mb，nb)。具体实现步骤如下:

(1)输入填充分量采样I(x，y)和分解层次NL;

(2)分解层次NL 与当前层次lev 比较，如果lev ＜NL，进行下一层分解，即第(3)步处理;如果lev ＞NL，直接输出子带系数;

(3)对图像数据的列进行一维小波正变换;

(4)当前列数n 与数组最大列数nmax比较，如果n ＜nmax时，继续处理下一列，进行第3 步处理;如果n ＞nmax时，列处理结束，进行第(5)步处理;

(5)对图像数据的行进行一维小波正变换;

(6)当前的行数m 与数组最大行数mmax比较，如果m ＜mmax时，继续处理下一行，进行第(5)步处理;如果m ＞mmax时，行处理结束，进行第(7)步处理;

(7)进行二维系数的反交错处理。然后跳回第(2)步进行处理。

图3 离散小波正变换流程图

4.4 运动估计优化

4.5 运动估计优化前后性能比较

通过采用以上的运动估计优化算法，在不影响正常监控的情况下发现每帧数据的处理速度有明显提高，如表1 所示。

表1 优化前后图像压缩时间比较

5 结束语

选用 TI 公司多核数字信号处理器TMS320C6472 及驿唐公司MD－609G 低功耗专用GPRS 模块对基于GPRS的无线监控系统进行了设计与实现，对基于小波变换的算法进行了设计。通过对视频图像运动估计的优化，可以看出在不影响视频质量的前提下，使得视频数据的压缩速度得到了大幅提升。本系统运行稳定，满足了无线监控系统实时性强、图像清晰、数据处理容量大的要求。

［1］李树新.基于GPRS的无线报警系统［D］.武汉:武汉理工大学，2006.

［2］易飞，余刚，何凌，等.GPRS 网络信令实例详解［M］.北京:人民邮电出版社，2013.

［3］MD－609G GPRS DTU 产品介绍［DB/OL］.http://www.cnledw.com/product/detail－13086.htm，2013－7－10.

［4］TMS320C6472模块特性［EB/OL］.http://www.ti.com.cn/tool/cn/tmdsevm6472，2013－7－9.

［5］成礼智.小波的理论与应用［M］.北京:科学出版社，2004.

［6］胡平，韩兴.基于3G的无线实时视频监控系统设计［J］.计算机工程与设计，2011，32(12):4018－4018.