摘要：本文提出了一種基于GPRS網絡的無線圖像傳輸系統設計原理和實現方案，簡要介紹了GPRS技術的基本知識，描述了GPRS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.
關鍵詞：GPRS；DTU；Internet；圖像監控；
一、 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。GPRS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。
二、 GPRS技術簡介
GPRS是(General Packet Radio Service)即通用分組無線業務的縮寫,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。
GPRS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。
GPRS數據傳輸的優點在于:
(1)傳輸速率高，最高理論帶寬可達到85.6kb/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。
GPRS 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GPRS移動通信網絡，可以很方便的實現遠程移動監控。
三、 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GPRS DTU來完成。GPRS DTU與監控中心的連接總體上有兩種方案：GPRS + Internet連接；GPRS APN專線連接。其系統拓撲結構如圖1和圖2所示。
系統拓撲結構1
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，DTU與監控中心服務器的連接通過GPRS + 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 公網連接方式
系統拓撲結構2
GPRS內網連接可采用專線接入。專線接入由移動運營商的PDSN（GPRS 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DTU同在一個網段，其數據安全性好；時延小；成本高。
GPRS終端連接需要移動運營商分配給監控中心GPRS內網固定IP地址；開放GPRS用戶端對端數據通訊。DTU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。GPRS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 GPRS專網（APN）連接方式
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。
四、 系統架構 1、圖像采集終端構建
圖像采集終端部分由攝像頭DTU、圖像壓縮微處理器和GPRS DTU組成。攝像頭DTU負責采集圖像數據并由圖像壓縮微處理器進行收集，圖像壓縮微處理器通過GPRS DTU把數據發送到遠程監控中心。
1.1攝像頭及接口
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8位I/O模式并行接口，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 GPRS DTU
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GPRS DTU和GPRS網。由于GPRS是基于IP協議的，但普通的GPRS DTU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GPRS DTU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，本系統采用了廈門藍斯通信有限公司工業級GPRS DTU，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。
GPRS DTU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-232/485和TTL電平接口；
◆ 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GPRS DTU前必須用超級終端軟件先進行參數設置，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。
GPRS DTU在每次開機后會自動撥號，接入GPRS并動態獲得一個IP地址，此IP地址為GPRS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GPRS DTU通訊的。GPRS DTU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，GPRS DTU 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，GPRS DTU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。GPRS DTU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，內部調用藍斯通信的動態鏈接庫，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。
五、 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GPRS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GPRS網絡的逐漸完善和應用技術的不斷成熟，GPRS的應用領域也會越來越廣闊。本文介紹的GPRS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。
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