智能社会物业视频短信终端设备的实现

    摘要：从我国目前住宅社区现实情况出发，运用视频叠回器对社区监控管理进行完善，提出了智能社区视频短信传输与叠加的新概念，介绍了SD03C03字符叠加芯片及社区视频短信终端设备的软、硬件实现。

     关键词：数据叠加 图像监控系统 视频短信

近年来，随着国家经济持续发展，出现了很多次智能社区。这些新型社区的一个很显著的特点就是在街角和每栋大楼的门口都安装了摄像头作为监视设备，并且每家每户都有视频监视屏幕。一方面，当有客人访问时，客人可通过门口的电话通信请求业主开门，这时业主可以通过监视屏幕来判别来人是否认识而决定能否令其人入内；另一方面，物业公司可根据实际需要将这些监控信号调回主控制中心，以便对业主处发生的任何意外情况迅速作出反应，保证了各家客户的人身财产安全。当前社区管理水平有了很大提高，但还有许多不尽人意的地方，比如催缴各类公共事业费用仍然只能通过物业人员上门通知或写在各栋大楼门口的黑板上，这样既不方便又不能取得良好的效果。针对这个问题，本文提出了将视频叠加芯片（VAD）运用到社区监控系统中，这样物业公司就可以将各类消息通过社区内已有的监控信号通路传送到各位业主处，并显示在业主们的监控屏幕上。经过对市场上各种VAD芯片的比较，本设计选用上大众芯微电子有限公司的SD03C03芯片。
图1
1 系统整体概述

经过对各个社区物业管理情况的具体了解，设计了一个以物业公司的PC机为控制中心，以各户业务家里的视频短信终端设备为子模块组成的完整系统，如图1所示。物业公司可通过PC机发送短信消息给指定用户，而业主又可通过自己家中的终端设备方便地进行浏览控制。

1．1 串口通信方式

本系统采用异步通讯形式，速率为9600bit/s，每个字节数据采用11位进行传送：1位起始、1位停止、一位校验和8位数据。在数据传送时加入了握手信号，极大地提高了可靠性。信息以帧的形式收发，一个完整的信息帧上连续的字节序列组成，并且有明确的开始和结束标志，以使接收方能够识别出完整的一帧。协议规定的帧格式如表1所示。

表1 帧格式

起始码	数据域长度	目标地址码	发送地址码	命令码	数据域数据	结束码
STX	LEN	ADR0	ADR1	COM	DATA	ETX

通信协议只能作为实现信息交互的基础，更重要的在于具体接口方式的选取。该系统作为改善社区物业监控管理之用，物业管理控制室利用原来已经铺设好的监控信号通信通道作为信号传输总线，向各住户传送一些简单的视频短信，所以选用总线式RS-485作为通信接口：物业PC管理主机作为上位机，发出串口通信信息；各个用户视频短信终端作为下位机，利用单片机接收对应于自己的信息。管理主机既可采用广播模式发送消息又可以实现点对点通信，每户人家都有一个自己的对应的地址，通通过过握手信号实现主从通信。图2给出了基本的通信方式示意图。
    1．2 功能简介

智能社区物业视频短信设备的是视频叠加芯片SD03C03，它实现以下几个基本功能（见图1）：（1）根据指定的协议与PC机正确通信，实现多页信息的发送与接收；（2）通过SD03C03的寻址，不断从自建字库中取出物业PC机发过来的字符，实现将指定的字符叠加于视频之上；（3）业主能正常地通过键盘对接收到的短信进行指定的操作，根据用户的实际情况分为三个按键进行不同操作：按键1完成向上翻页显示字符；按键2实现向下翻页显示字符，按键3删除已读的短消息；（4）能对突发断电事件及响应处理，重新复位后仍可以读取原来存储在系统中的信息。下面介绍该系统中重要的视频短信终端设备的硬件电路和软件部分。

2 视频短信终端设备硬件电路设计

2．1 视频叠加芯片SD03C03简介

SD03C03芯片是上大众芯微电子有限公司推出的一款数模混合并能在摄像机输出的视频信号上叠加字符的系统芯片，它能够根据用户需要通过三根线sel2～sel0选择八种不同的视频显示模式，参见表2，多可以显示8（行）×16（列）=128个不同的16×16点阵字符，且使用方便，功能强大。

表2 SD03C03模式选择

sel2	sel1	sel0	行	列
0	0	0	1	8
0	0	1	2	8
0	1	0	4	8
0	1	1	16	8
1	0	0	1	16
1	0	1	2	16
1	1	0	4	16
1	1	1	8	16

该芯片由内部时序控制、地址码生成、叠加字符信息处理、视频同步信息处理、自激振荡环路和显示模式选择等若干个功能单元组成，用来将片外EEPROM、单双口RAM或Flash中存储的字符信息转变为可叠加在视频信号上的信息，并且可通过内部时序控制功能单元调节字符在监视器上的叠加位置。用SD03C03芯片组成的字符叠加设备是以独特的挂接方式工作在由摄像机和监视器组成的图像监控系统中，并且对原系统无插入损耗。在银行、大型超市、大型停车场、仓库、高速公路收费站、高楼电梯、道路交通、居民社区等安装有摄像机的监控系统中，均能使用由SD03C03芯片开发的低成本的字符叠加设备。
图3
    在SD03C03中叠加入一个16×16点阵字符信息，占用存储器32byte。下面以字符“H”为例说明点阵信息格式及其在存储器的存储方式。假设字符“H”在存储器中的地址范围为0030H～004FH，总共32个字节。表3、表4分别给出了字符“H”的点阵信息格式和其在存储器中的具体存储格式。SD03C03通过地址线访问存储器，读出字符点阵信息并把它转化为可以叠加在原有视频图像上的信息。具体效果将在后面介绍。

表3 字符“H”点阵信息格式

十六进制	二进制
0000	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0000	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0000	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1818	0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0
1818	0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0
1818	0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0
1818	0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0
1FF8	0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0
1FF8	0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0
1818	0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0
1818	0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0
1818	0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0
1818	0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0
0000	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0000	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0000	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

表4 字符“H”存储器格式

地址起始位	存储器中的数据信息	地址中止位	对应字符
0030H	00 00 00 18 18 18 18 1F 1F 18 18 18 18 00 00 00	003FH	H
0040H	00 00 00 18 18 18 18 F8 18 18 18 18 18 00 00 00	004FH

2．2 自建字库电路

本终端设备用于社区视频消息传输及叠加显示，由于叠加字符必须是可以任意变化的，所以除了标准的二级字库外，还自定义100个字符图标来满足要求，总计约为8000个字符。每个字符占用32byte空间，也就是说全部数据的信息占用300kbyte左右。如果直接传送这些字符的点阵信息，系统的开销将会很大，所以外加了一片512K ROM来保存这些字符的点阵信息并作为自建字库接入设备。这样单片机只需要将从上位机接收到的字符在自建字库中的对应地址发送到两片2K RAM（6116）中分页保存，这时RAM中的数据叫做字符的偏移地址。当用户阅读时，系统RAM首先输出字符的偏移地址到存放自建字库的EEPROM（AT29MC040）中，然后由本地的ROM再输出对应字符的点阵信息。SD03C03芯片与片外RAM和自建字符的连接如图3所示。只要用SD03C03芯片的A5～A11七根地址线连接片外RAM即可寻找字符的偏移地址。这样做就巧妙地传送了字库地址，大大压缩了串口通信的数据量，也大大减少了RAM的容量。系统根据自己的需要可以确定不同的字库内容，虽然软件的开销稍微增加，但是综合全局考虑还是非常可行的。

2．3 地址切换技巧

虽然用片外RAM存取字库的偏移地址很巧妙，但是在设备中既需要单片机向RAM发送字符在字库中的偏移地址，实现写入功能；又需要SD03C03芯片将其本身的地址信息传给RAM，由RAM芯片将对应的地址输出给自建字库芯片，完成读出的功能，这样两块不同的芯片对RAM读写会产生地址冲突，影响正常工作。本文采用一种特殊的地址切换方式使普通单口RAM能完成昂贵的双口RAM的功能，如图4所示。将系统的两组七位地址总线接到两块二选一芯片74LS257上，系统中工作的地址总线就通过74LS357的输出端（AY6～AY0）被切换。当单片机向RAM中写入字符的偏移地址时，74LS257的选通信号257WR为低电平，单片机地址线AA6～AA0被选用；当通过SD03C03芯片从ROM读出数据时，74LS257选通信号257WR为高电平，这时系统中起作用的就变为SD03C03芯片的地址线AB6～AB0了。这样既完成了双口RAM的功能，又大大节省了成本。

2．4 掉电保护电路

由于视频短信终端设备是安装在社区各住户家中的，所以并不可能24小时一直开机。而物业公司控制心的PC管理主机不管客户终端打开与否，随时都可能向业主们发送消息的，另外业主也有可能在浏览短消息时突然断电，这样仅仅用外部RAM存储数据信息就会造成掉电丢失，给客户带来极大的不便，所以必须要有掉电保护电路（见图1），即外接一片FLASH ROM存储字符在字库中的偏移地址来防止这种情况的发生。因为要显示12页短消息，芯片的模式又选择化，即每页显示128个不同的字符，考虑到以后系统升级的需要，所以选择了ATMEL公司的新一代高速闪存芯片AT24C08。单片机在发送字符偏移地址到RAM的同时将它们存储到片外FLASH ROM中，每当设备重新启动程序初始化时就自动去读闪存中保存的掉电前的信息，并且在删除信息的同时清代空外部FLASH ROM。这样就实现了在线烧录，非常好地解决了掉电丢失信息的问题。
    2．5 字符叠加和位置控制电路

前面已经对视频短信终端设备的几个重要的模块进行了详细介绍，只要再加上固定的字符叠加和位置控制电路就可以实现整个系统了。字符叠加和位置控制电路见图3。终端设备根据需要选择了模式显示字符，即每页可以叠加上8（行）×16（列）=128个不同的字符信息，所以SD03C03芯片的三条模式线sel2～sel0都接高电平；SD03C03芯片的字符输出端Dout的信号受到一个开关三极管Q1的控制，叠加到输入的视频信号上，电位器W4用来调节字符叠加的亮度；通过调节连接在单稳态芯片74LS221上的两个电位器W1和W2可以分别改变字符在屏幕上的水平和垂直显示位置；而自激振荡回路上的电位器W3起到调节字符宽窄的作用。图5为实际叠加效果。用户还可以根据自己的不同需要改变字符叠加电路来改变显示形式，比如要将字符显示在黑色屏幕上，只需要增加一个切换电路将外部信号关断，改为显示黑屏，再作字符叠加即可，方便实用。

3 视频短信终端设备软件研究

本终端设备的软件流程比较复杂，采用KEIL C51进行编写。下面对主程序及其分支程序作简单介绍。

3．1 主程序

在主程序中，首先根据要求设备各类参数，例如波特率、定时器中断时间等；然后从片外的FLASH ROM中读出存储在其中的设备复位之前的信息，并写入RAM中保存，完成前面所说的掉电保护功能；接着开放定时器中断和串行口中断，并一直原地等待各类中断的到来。

    3．2 中断程序流程

该视频短信终端设备的主程序只是起到初始化的作用，所有实际操作都有在中断服务子程序中完成的。图6是串口中断和定时器0中断的流程图。

串口中断要完成上、下位机的通信功能，其流程为：主程序初始化完成后原地等待，当上位机有指令发送时便进入中断子程序：首先判定起始码、数据域长度和目标地址码，当三者都符号要求，则接收命令码，由于实现的功能比较多，所以包含多条命令，图中只列出了三条常用的（短消息发送、短消息删除和LED闪烁控制）命令用以说明；随后程序根据接收到的命令码进入相应的子程序，执行完成后才返回主程序等待下串口中断的到来。

定时器0中断能够实现三个按键操作，首先设定一个寄存器Counter，用于记录上位机发来的消息数目，多可以记录12个数目，即系统可以完成12页信息的叠加显示，用户可以通过按键实现显示页的上翻和下翻。主程序在初始化后每隔50ms自动地定时器0进行扫描，进入中断，判断按键有无变化。若有的话，便继续判断寄存器Counter。如果Counter为0，则说明上位机根本没有向系统输入信息，这时即使有按键响应屏幕上也没有字符叠加显示，仍然为摄像头输入的外部信号；如果Counter不为0，那么就是已经有信息传到系统中，接着将要显示的多页信息进行排序处理，叠加到视频信号上显示出来。

    由SD03C03芯片和单片机构建的智能社区视频短信终端设备，结构比较简单，能对原有监控系统实现无损插入；功能强大，很寺在解决了社区信息传递不便的问题，在实际应用中取得了良好的效果。更加重要的是，由于SD03C03芯片的显示模式具有多样性，能得系统可以很方便地进行升级，例如叠加字符采用24×24点阵显示和扩充字库容量以显示更多字符图标等。它不但可以在现代化的社区中应用，而且在商务办公大楼里也可以发挥重要作用。可以说它是智能楼宇的配套设施，市场前景广阔。