摘? 要: 介紹了專門(mén)用于智能交通系統(tǒng)(ITS)中的視頻疊加設(shè)備(VDM)的原理和特點(diǎn),并通過(guò)一個(gè)收費(fèi)軟件的實(shí)例討論了如何利用VDM設(shè)備最大程度地實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)" title="監(jiān)控系統(tǒng)">監(jiān)控系統(tǒng)效能。該收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)已成功地應(yīng)用于公路收費(fèi)系統(tǒng)" title="收費(fèi)系統(tǒng)">收費(fèi)系統(tǒng)中。

　　關(guān)鍵詞: 智能交通系統(tǒng)? 數(shù)字視頻疊加? 收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)

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　　“人工收費(fèi)、檢測(cè)器校核、閉路電視監(jiān)視、計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)管理”的收費(fèi)站人工收費(fèi)方式,是根據(jù)我國(guó)國(guó)情確立的公路投資回收方法。在早期的收費(fèi)系統(tǒng)中,閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)收費(fèi)系統(tǒng)是相互脫節(jié)的,從閉路電視系統(tǒng)的錄像帶中無(wú)法看到過(guò)往車(chē)輛的收費(fèi)金額等數(shù)據(jù)信息,從計(jì)算機(jī)收費(fèi)報(bào)表中也無(wú)法看到所收的金額對(duì)應(yīng)的車(chē)輛、車(chē)情等信息。只有將這兩套系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),才能夠形成一套完整的監(jiān)督檢查機(jī)制^[1]。

　　VDM(Video Digital Mixer)即數(shù)據(jù)視頻混合器,是受廣播電視設(shè)備中字幕機(jī)等技術(shù)的啟發(fā)而研制的一種數(shù)據(jù)視頻混合設(shè)備。將它接入到閉路電視系統(tǒng)中,可隨時(shí)從計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)中接收收費(fèi)情況的數(shù)據(jù),動(dòng)態(tài)地插入到帶有車(chē)輛圖像的視頻畫(huà)面中。這樣,收費(fèi)站、車(chē)道、操作員工號(hào)、車(chē)型、收費(fèi)情況等信息在監(jiān)控系統(tǒng)中一目了然,并可隨著收費(fèi)操作員的操作實(shí)時(shí)刷新,達(dá)到了監(jiān)督檢查的目的。

　　一個(gè)好的收費(fèi)監(jiān)控綜合系統(tǒng)除了能夠生成各種報(bào)表外,還能優(yōu)化各種車(chē)道設(shè)備的控制策略,使得整個(gè)系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài),確保系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、可靠性、易用性、易稽查性等各種性能。在不同的設(shè)備配置下,VDM的信息顯示具有不同安排,VDM顯示信息安排得好壞直接影響到收費(fèi)系統(tǒng)的易稽查性能。經(jīng)過(guò)深入分析VDM設(shè)備的原理與特點(diǎn),筆者開(kāi)發(fā)了一套充分發(fā)揮VDM功能的通用收費(fèi)監(jiān)控綜合系統(tǒng)。

1 VDM設(shè)備的原理與特點(diǎn)

　　VDM主要應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)(ITS)中,它具有以下區(qū)別于其它視頻疊加設(shè)備的創(chuàng)新技術(shù)^[2]:

　　(1)綜合運(yùn)用了單片機(jī)控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)通信技術(shù),可與PC機(jī)的COM口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,便于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,可根據(jù)需要完成多種功能。

　　(2)透明陰影技術(shù)。在字符顯示區(qū)域設(shè)置了一塊矩形透明陰影,這樣既可以防止白天路面反射的日光及夜間車(chē)燈眩光對(duì)疊加字符亮度和清晰度產(chǎn)生影響,確保在高亮度背景下看清楚字符疊加信息,又不會(huì)影響背景圖像的識(shí)別。另外,可根據(jù)背景圖像亮度連續(xù)調(diào)節(jié)陰影的深淺。

　　(3)符合ITS需求的通信協(xié)議" title="通信協(xié)議">通信協(xié)議。將用于監(jiān)控的視頻混合設(shè)備同ITS相結(jié)合,制定了專門(mén)的通信協(xié)議,非常適合于路橋收費(fèi)、卡口監(jiān)控等場(chǎng)合。

　　設(shè)計(jì)的VDM由輸入模塊、輸出模塊、字符疊加模塊和通信模塊等四個(gè)模塊構(gòu)成,原理框圖如圖1所示。其中,字符疊加模塊是VDM設(shè)備的核心。

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　　字符疊加模塊可以劃分為如圖1所示的四個(gè)模塊。其中,模擬開(kāi)關(guān)" title="模擬開(kāi)關(guān)">模擬開(kāi)關(guān)是產(chǎn)生陰影和字符的關(guān)鍵器件,VDM采用了雙路模擬開(kāi)關(guān)。第一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的兩路輸入分別是源視頻信號(hào)及電位器" title="電位器">電位器衰減的視頻信號(hào),由陰影控制邏輯電路(即陰影發(fā)生器)控制,輸出圖像具有矩形陰影,被送入第二路模擬開(kāi)關(guān)的輸入端;第二路模擬開(kāi)關(guān)的另外一路輸入為電平可調(diào)的直流信號(hào),開(kāi)關(guān)由字符控制邏輯電路(即字符發(fā)生器)控制,從而使輸出圖像疊加上字符。至于陰影明暗調(diào)節(jié)和字符亮度調(diào)節(jié),則是由電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

矩形陰影實(shí)際上就是經(jīng)過(guò)衰減的視頻信號(hào),其亮度偏暗,但背景圖像仍然可以識(shí)別,因此矩形陰影具有透明屬性。在ITS中采用透明陰影技術(shù)是非常必需的,避免了有限的圖片空間信息量的損失和強(qiáng)光背景下疊加字符不可辨識(shí)的問(wèn)題^[3]。

　　陰影發(fā)生器、字符發(fā)生器對(duì)產(chǎn)生陰影、字符的時(shí)間難以定位,因此從輸入視頻中通過(guò)同步分離器件分離出場(chǎng)同步信號(hào)和行同步信號(hào)。同時(shí),利用單穩(wěn)觸發(fā)器與電容、電位器組成的延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)陰影字符的上下左右位置、陰影寬度的調(diào)節(jié)。另外,利用振蕩器產(chǎn)生單個(gè)象素的時(shí)鐘,實(shí)現(xiàn)字符形狀的產(chǎn)生,并且采用計(jì)數(shù)器對(duì)行同步、象素周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。

　　字符點(diǎn)陣信息是以字節(jié)為單位放在顯示RAM芯片中的。來(lái)自CPU的地址值和計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的計(jì)數(shù)值經(jīng)數(shù)據(jù)選擇器選通后送至RAM的地址輸入端,讀出來(lái)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生字符疊加控制信號(hào),由這個(gè)信號(hào)去控制模擬開(kāi)關(guān),最終得到字符疊加的效果。256×32點(diǎn)陣陰影區(qū)域是由兩個(gè)計(jì)數(shù)器與分離出的行同步、場(chǎng)同步相配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　VDM設(shè)備利用EEPROM作為字庫(kù)字符點(diǎn)陣的存儲(chǔ)器,每個(gè)字符占用32個(gè)字節(jié),4K的空間可以存放128個(gè)漢字,可以滿足路橋收費(fèi)、卡口監(jiān)控等場(chǎng)合的需要。

　　VDM與計(jì)算機(jī)的通信基于RS-232通信接口^[4],提供了常用信息編碼和直接字符尋址兩種通信協(xié)議。常用信息編碼是將VDM顯示內(nèi)容歸納整理而形成若干條命令,所有命令均不超過(guò)8字節(jié)。該編碼協(xié)議的特點(diǎn)是以最小的通信信息量滿足收費(fèi)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單需求。直接字符尋址是直接將需要顯示的字符在VDM字庫(kù)中的地址發(fā)送給VDM,數(shù)據(jù)發(fā)送量最大時(shí)需要65字節(jié)。這種方式的特點(diǎn)是可以只修改字庫(kù)而不需要頻繁地修改程序來(lái)滿足較為復(fù)雜的字符顯示要求,從而降低了開(kāi)發(fā)成本。

2 VDM設(shè)備在收費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　由分析可知,VDM的兩種通信協(xié)議的差異體現(xiàn)了最簡(jiǎn)化需求和個(gè)性化需求的差別。在TCS系列收費(fèi)監(jiān)控軟件系統(tǒng)中采用了直接字符尋址方式,目的是為了充分利用有限的字符顯示空間(VDM可疊加顯示兩行共32個(gè)16×16點(diǎn)陣的漢字字符),最大限度地增加監(jiān)控信息量,提高準(zhǔn)確性和監(jiān)控力度,凸現(xiàn)VDM設(shè)備使用優(yōu)勢(shì),同時(shí)體現(xiàn)了系統(tǒng)的多樣化、個(gè)性化設(shè)計(jì)思想。

　　該系統(tǒng)是采用先收費(fèi)后拍照的全自動(dòng)拍照模式的收費(fèi)系統(tǒng)^[5]。視頻錄像中VDM的變化全部被錄制下來(lái),可以準(zhǔn)確無(wú)誤地稽查收費(fèi)過(guò)程;計(jì)算機(jī)上方便的數(shù)據(jù)、圖像檢索功能及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的圖像捕捉功能提高了稽查效率。VDM顯示數(shù)據(jù)的變化流程圖見(jiàn)圖2。

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　　在關(guān)道狀態(tài)下,VDM顯示收費(fèi)站全稱、車(chē)道號(hào)碼以及表明關(guān)道狀態(tài)的字樣。此時(shí)如有異常車(chē)輛進(jìn)入該車(chē)道,即被檢測(cè)線圈捕獲車(chē)輛信號(hào)并拍照。此時(shí)照片上保留收費(fèi)站全稱、車(chē)道號(hào)碼、關(guān)道字樣(圖中①)。

　　收費(fèi)員上班登錄后,VDM的32個(gè)字符顯示區(qū)域被劃分為3個(gè)區(qū),每一行的最左邊兩個(gè)字位是logo區(qū),用來(lái)顯示收費(fèi)站名(最多4個(gè)字,圖中XXXX位置);第一行是固定信息區(qū),始終顯示車(chē)道號(hào)碼和收費(fèi)員工號(hào);第二行是可變信息區(qū)。

　　車(chē)道空閑時(shí),第二行信息區(qū)沒(méi)有文字顯示(圖中②)。當(dāng)車(chē)輛接近收費(fèi)站時(shí),收費(fèi)員目測(cè)判定車(chē)型并將其輸入,VDM顯示車(chē)型代碼和應(yīng)繳費(fèi)額(圖中④)。如果VDM文字顯示為②,車(chē)輛駛過(guò)收費(fèi)區(qū),檢測(cè)線圈檢測(cè)到車(chē)輛信號(hào),VDM在可變信息區(qū)疊加“闖道”字樣,捕捉到照片上,如圖中③。如果VDM文字顯示為④,車(chē)輛駛過(guò)收費(fèi)區(qū),檢測(cè)線圈檢測(cè)到車(chē)輛信號(hào),VDM在可變信息區(qū)疊加車(chē)型代碼和“闖道”字樣,捕捉到照片上,如圖中⑤。當(dāng)收費(fèi)員收費(fèi)操作完成時(shí),VDM在可變信息區(qū)疊加車(chē)型代碼、“收費(fèi)”字樣和收費(fèi)金額,攔道器打開(kāi),車(chē)輛正常通行,抓拍圖片信息,如圖中⑥;免費(fèi)車(chē)輛免費(fèi)操作完成,疊加車(chē)型代碼、“免費(fèi)”字樣,攔道器打開(kāi),車(chē)輛正常通行,抓拍圖片信息,如圖中⑦;如為IC卡式月票,系統(tǒng)經(jīng)過(guò)查詢獲得通行車(chē)輛的車(chē)牌照號(hào)碼,VDM在可變信息區(qū)疊加車(chē)型代碼、“IC”字樣和車(chē)牌照號(hào)碼,攔道器打開(kāi),車(chē)輛正常通行,抓拍圖片信息,如圖中⑧。③、⑤、⑥、⑦、⑧狀態(tài)下拍照完成后,VDM顯示恢復(fù)為②狀態(tài)。

　　本系統(tǒng)具有如下的特點(diǎn):

　　(1)可擴(kuò)展性好。字庫(kù)里的字符和程序之間是相互獨(dú)立的關(guān)系,改寫(xiě)字庫(kù)里的字符點(diǎn)陣,就可以滿足用戶對(duì)不同字符的需求;收費(fèi)系統(tǒng)中也留有接口,除了正常收費(fèi)類型外,還可實(shí)現(xiàn)具有傳統(tǒng)月票、IC月票、傳統(tǒng)免費(fèi)、IC免費(fèi)、免費(fèi)車(chē)隊(duì)、收費(fèi)車(chē)隊(duì)等各種通行特征的通行類型。

　　(2)圖片歸屬易識(shí)別。收費(fèi)站上級(jí)管理部門(mén)管理多個(gè)站時(shí),需要將多個(gè)收費(fèi)站的圖片進(jìn)行匯總,圖片匯總后,管理人員可以通過(guò)VDM顯示的Logo方便地知道圖片來(lái)自于哪個(gè)收費(fèi)站。同時(shí),Logo的使用還有助于保護(hù)軟件開(kāi)發(fā)商的知識(shí)產(chǎn)權(quán)權(quán)益。

　　(3)軟件通用性好。編寫(xiě)軟件時(shí),首先創(chuàng)建一個(gè)與VDM設(shè)備通訊的OCX控件,功能包括進(jìn)行顯示字符到地址編碼的轉(zhuǎn)換、VDM命令生成和命令發(fā)送。這個(gè)OCX控件實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件對(duì)VDM的透明操作。當(dāng)VDM更換了字庫(kù)時(shí),軟件系統(tǒng)也只需要更換一下OCX讀取的字庫(kù)地址轉(zhuǎn)換編碼表,程序不需要進(jìn)行VDM驅(qū)動(dòng)OCX控件定制,就可以應(yīng)用于不同的收費(fèi)站。

　　(4)捕捉圖片與錄像便于稽查。收費(fèi)過(guò)程中的每個(gè)狀態(tài)都有對(duì)應(yīng)的VDM顯示界面和數(shù)據(jù)信息,圖片與錄像上不斷更新的VDM信息使得稽查收費(fèi)員的違規(guī)行為、車(chē)輛闖道行為變得非常簡(jiǎn)單。

　　VDM設(shè)備增強(qiáng)了監(jiān)控力度,正在收費(fèi)系統(tǒng)工程中快速推廣。TCS系列收費(fèi)監(jiān)控軟件也以多項(xiàng)優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用在石家莊、呼和浩特、包頭、赤峰等地的十余個(gè)收費(fèi)站,可靠運(yùn)行達(dá)一年以上,用戶評(píng)價(jià)較高,正在創(chuàng)造著良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　目前新型號(hào)(VDM-4)已研制成功^[6],該技術(shù)獲得兩項(xiàng)國(guó)家專利局頒發(fā)的新型實(shí)用專利證書(shū),并通過(guò)省級(jí)鑒定。它具有全屏幕范圍的字符疊加顯示,字庫(kù)擴(kuò)大,點(diǎn)陣更細(xì)膩,且提供了字庫(kù)自定義、實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示等更新、更有利于監(jiān)控的新功能。

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參考文獻(xiàn)

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