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[摘 要] 摄像机在安防、交通监视领域已广泛使用，为检验摄像机画面捕捉速度的能力是否达到设计要求，本文提出基于AVR单片机的摄像机帧速测试系统设计，采用LED数码管和摄像机同步工作的方法，来检验摄像机质量，此系统具有低功耗、运行可靠、使用方便的特点。
[关键词] 摄像机 帧速测试 AVR单片机
随着社会不断进步，经济快速发展和技术突飞猛进，公共秩序、生产、财产等安全问题越来越受到人们的重视，从而使以视频信息为特征的视频监控更为广泛地被应用在各行业领域。模拟摄像机+数字硬盘录像机+计算机网络系统，这是目前应用最广泛的网络视频监控系统。通过设定端口、网关和路由，现场的数字硬盘录像机作为服务器，在远程客户的计算机上安装专用监控软件或插件，用户便可通过互联网看到千里之外的现场。
由于不同的使用环境需要使用不同规格的摄像机，而评价一个摄像机画面捕捉能力是否达到标准则需要通过帧速测试来检验。帧速定义为：动态画面每秒钟展现的帧数，用于衡量视频信号传输的速度。在视频监控产品经历了模拟时代、数字时代、网络时代的发展后，现在已经逐步走入了高清时代。
帧速测试用于检测不同种类摄像机是否达到速率质量要求，本测试系统是基于AVR单片机，来为多种不同帧速的摄像机提供检测。
一、摄像机帧速测试原理
测量原理如图1所示，通过AVR单片机控制数码管，并按照不同帧速的频率依次点亮数码管a-f位并循环，就是循环点亮“0”的各个段码，之前的方案是数字0~9循环，然后观察数码管变化，但是由于余辉效果，不适合此系统设计，故选择“0”循环方案，例如12.5帧则是让数码管每秒变化12.5次，再通过被测试摄像机捕捉数码管图像，通过播放软件观看被摄像机记录的数码管图像是否全部记录，如有遗漏则说明产品质量不合格。
图1 帧速测试系统原理图
本文采用PC式硬盘录像机，这种构架的DVR以传统的PC机为基本硬件，以Win98、Win2000、Win XP、Vista、Linux、为基本软件，配备图像采集或图像采集压缩卡，编制软件成为一套完整的系统。PC机的硬件更新换代速度快，因而PC式DVR的产品性能提升较容易，同时软件修正、升级也比较方便。
二、硬件电路设计
1.系统原理图设计
AVR单片机具有RISC精简指令集，片内资源丰富，接口强大，价格低廉等优势，采用哈佛结构,处理速度快。
本系统使用AVR单片机ATmega16L,具有131条机器指令，32个8位通用工作寄存器，片内含有较大容量的非易失性的程序和数据村存储器，以及JTAG接口， 符合JTAG标准的边界扫描功能用于芯片检测；I/O口驱动能力较强可直接驱动数码管,本文采用静态驱动方式驱动数码管；数码管采用红色SDM-S10012 A-B并加1K贴片电阻限流保护电路；使用四个发光二极管来指示不同帧速，1K贴片电阻限流保护电路；稳压器L7805可将12V电源转换为5V电源,近电源端放置贴片电容，达到滤波效果；贴片式按键开关用来切换不同帧速档；双列插针，用于JTAG下载程序；12V电源以及J-TAG仿真器，用于调试下载程序。帧速测试电路原理图如图2所示。
图2 帧速测试电路原理图
2.系统PCB板设计
本系统采用ATmega16L单片机TQFP贴片式封装以达到减小系统尺寸。帧速测试工装按照模具规定尺寸制作，装配成功后加保护罩提供保护。由于本系统没有高速器件，两层板足以满足要求。使用示波器检测单片机控制数码管刷新频率是否与测试要求相符。如不相符则需要通过软件修改。
三、帧速测试系统软件设计
本系统采用8MHz贴片式晶振，8分频后以1μs为时钟周期方便计时。使用定时器T0、T1，分别为8位和16位定时器，分别使用NORMAL模式和CTC模式将中断时间分别设置为200μs和33.33ms，通过进入T0定时器来实现帧速为12.5帧/秒和25帧/秒的摄像机的测试，进入T1定时器来实现帧速为25帧/秒和30帧/秒的摄像机的检测，由于机械抖动：按键按下时，电平的变化并不是马上到位，而是会有一个不稳定的状态过程，再进入电平稳定状态。就需要我们进行软件消抖：即在检测出按键闭合后执行一个延时程序,产生5ms～10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给5ms～10ms的延时,待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。软件流程如图3所示。
四、结论
本文设计的基于AVR单片机的帧速测试系统采取了软件与硬件相结合的开发方法，以AVR单片机为核心逻辑处理单元与数码管相结合，完成针对普通摄像机和高清摄像机的帧速检测，测试效果稳定、准确。此系统具有低功耗、运行可靠、便携等优点。
参考文献：
[1]赵战民.数码管显示方法比较[J].科技信息，2007（4）：70
[2]竹子.如何提高视频影像[J].中国计算机用户，1996（13）：53
[3]黎燕凌; 王磊. DVR计算机数字监控系统[J].中国工程物理研究院科技年报，2006（7）：233
[4]郝云鹏.AVR单片机C语言总纲[J].鞍山师范学院学报，2008（10）：63-64
[5]丁学.C语言高效编程的几招[J].单片机与嵌入式系统应用，2003（09）：70-71
[关键词] 摄像机 帧速测试 AVR单片机
随着社会不断进步，经济快速发展和技术突飞猛进，公共秩序、生产、财产等安全问题越来越受到人们的重视，从而使以视频信息为特征的视频监控更为广泛地被应用在各行业领域。模拟摄像机+数字硬盘录像机+计算机网络系统，这是目前应用最广泛的网络视频监控系统。通过设定端口、网关和路由，现场的数字硬盘录像机作为服务器，在远程客户的计算机上安装专用监控软件或插件，用户便可通过互联网看到千里之外的现场。
由于不同的使用环境需要使用不同规格的摄像机，而评价一个摄像机画面捕捉能力是否达到标准则需要通过帧速测试来检验。帧速定义为：动态画面每秒钟展现的帧数，用于衡量视频信号传输的速度。在视频监控产品经历了模拟时代、数字时代、网络时代的发展后，现在已经逐步走入了高清时代。
帧速测试用于检测不同种类摄像机是否达到速率质量要求，本测试系统是基于AVR单片机，来为多种不同帧速的摄像机提供检测。
一、摄像机帧速测试原理
测量原理如图1所示，通过AVR单片机控制数码管，并按照不同帧速的频率依次点亮数码管a-f位并循环，就是循环点亮“0”的各个段码，之前的方案是数字0~9循环，然后观察数码管变化，但是由于余辉效果，不适合此系统设计，故选择“0”循环方案，例如12.5帧则是让数码管每秒变化12.5次，再通过被测试摄像机捕捉数码管图像，通过播放软件观看被摄像机记录的数码管图像是否全部记录，如有遗漏则说明产品质量不合格。
图1 帧速测试系统原理图
本文采用PC式硬盘录像机，这种构架的DVR以传统的PC机为基本硬件，以Win98、Win2000、Win XP、Vista、Linux、为基本软件，配备图像采集或图像采集压缩卡，编制软件成为一套完整的系统。PC机的硬件更新换代速度快，因而PC式DVR的产品性能提升较容易，同时软件修正、升级也比较方便。
二、硬件电路设计
1.系统原理图设计
AVR单片机具有RISC精简指令集，片内资源丰富，接口强大，价格低廉等优势，采用哈佛结构,处理速度快。
本系统使用AVR单片机ATmega16L,具有131条机器指令，32个8位通用工作寄存器，片内含有较大容量的非易失性的程序和数据村存储器，以及JTAG接口， 符合JTAG标准的边界扫描功能用于芯片检测；I/O口驱动能力较强可直接驱动数码管,本文采用静态驱动方式驱动数码管；数码管采用红色SDM-S10012 A-B并加1K贴片电阻限流保护电路；使用四个发光二极管来指示不同帧速，1K贴片电阻限流保护电路；稳压器L7805可将12V电源转换为5V电源,近电源端放置贴片电容，达到滤波效果；贴片式按键开关用来切换不同帧速档；双列插针，用于JTAG下载程序；12V电源以及J-TAG仿真器，用于调试下载程序。帧速测试电路原理图如图2所示。
图2 帧速测试电路原理图
2.系统PCB板设计
本系统采用ATmega16L单片机TQFP贴片式封装以达到减小系统尺寸。帧速测试工装按照模具规定尺寸制作，装配成功后加保护罩提供保护。由于本系统没有高速器件，两层板足以满足要求。使用示波器检测单片机控制数码管刷新频率是否与测试要求相符。如不相符则需要通过软件修改。
三、帧速测试系统软件设计
本系统采用8MHz贴片式晶振，8分频后以1μs为时钟周期方便计时。使用定时器T0、T1，分别为8位和16位定时器，分别使用NORMAL模式和CTC模式将中断时间分别设置为200μs和33.33ms，通过进入T0定时器来实现帧速为12.5帧/秒和25帧/秒的摄像机的测试，进入T1定时器来实现帧速为25帧/秒和30帧/秒的摄像机的检测，由于机械抖动：按键按下时，电平的变化并不是马上到位，而是会有一个不稳定的状态过程，再进入电平稳定状态。就需要我们进行软件消抖：即在检测出按键闭合后执行一个延时程序,产生5ms～10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给5ms～10ms的延时,待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。软件流程如图3所示。
四、结论
本文设计的基于AVR单片机的帧速测试系统采取了软件与硬件相结合的开发方法，以AVR单片机为核心逻辑处理单元与数码管相结合，完成针对普通摄像机和高清摄像机的帧速检测，测试效果稳定、准确。此系统具有低功耗、运行可靠、便携等优点。
参考文献：
[1]赵战民.数码管显示方法比较[J].科技信息，2007（4）：70
[2]竹子.如何提高视频影像[J].中国计算机用户，1996（13）：53
[3]黎燕凌; 王磊. DVR计算机数字监控系统[J].中国工程物理研究院科技年报，2006（7）：233
[4]郝云鹏.AVR单片机C语言总纲[J].鞍山师范学院学报，2008（10）：63-64
[5]丁学.C语言高效编程的几招[J].单片机与嵌入式系统应用，2003（09）：70-71