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        《電子技術應用》
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        大型多媒體中央控制系統的原理及應用

        2008-03-13
        作者:湯旻安1, 張 鯤1, 薛介民2

          摘 要: 以多媒體中央控制系統" title="中央控制系統">中央控制系統在軍事作戰指揮中心的實際工程應用為背景,詳細描述了多媒體中央控制系統的工作原理以及在實際工程中的應用。
          關鍵詞: 多媒體 中央控制系統? 原理? 應用

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          多媒體中央控制系統能實現多媒體信息的控制、管理、整合、切換、調度等功能,被廣泛地應用在多個行業和領域,如電力調度中心、電信調度指揮中心、交通監控指揮中心、三防應急指揮中心、110報警指揮中心以及軍事指揮中心等。用戶可以通過按鈕式墻掛控制面板、觸摸屏、遙控器、計算機來控制諸如拼接大屏、音視頻" title="音視頻">音視頻AV矩陣、RGB矩陣、投影機、視頻展臺、DVD、電動屏幕、電動窗簾、燈光等可控電子設備。
          在大型系統中(如全國聯網)采用相應的控制軟件將幾個獨立的中央控制系統通過Internet或專用網絡相互連接起來,成為網絡化的中央控制系統,可實現遠程控制、資源共享、影音互傳和相互監控。以此構建一個大型集中控制" title="集中控制">集中控制的、實時的、現代化的、綜合性的多媒體視聽中心系統,為指揮決策、生產調度提供實時準確的多媒體信息。其系統結構如圖1所示。


        1 多媒體中央控制系統的硬件組成
          多媒體中央控制系統硬件主要由用戶操作界面(UI)設備、中央控制設備、通信網絡三大部分組成。如圖2所示。


          對于多媒體中央控制系統來說,用戶操作界面設備主要應用觸摸屏技術,分為單向屏和雙向屏兩類。單向屏(One Way)只發出指令,沒有信號的反饋,主要有紅外線(IR)、射頻線(RF)、有線(Wired);雙向屏(Two Way)可接收回饋,有輸出功能,主要有射頻線(RF)和有線(Wired)。
        2 多媒體中央控制系統的功能特點
          一個完整的多媒體中央控制系統,能夠實現人性化、智能化的集中控制,其功能主要包括以下幾個部分。
          (1)多媒體顯示系統的控制:控制各類顯示設備的功能,如開/關機、對視頻圖像、計算機圖像的切換等,并且能夠自動實現關聯動作,如關閉系統時,自動將設備關閉;通過強電繼電器,控制各類電動設備如電動吊架和屏幕、窗簾的上升、下降、停止,并且能夠自動實現關聯動作,如顯示設備開啟時,電動吊架和屏幕自動下降,顯示設備關閉時電動吊架和屏幕、窗簾自動上升;通過觸摸屏的視頻預覽功能,在視頻投出之前,確認播放的視頻圖像就是所需要的視頻圖像。
          (2)多媒體音視頻系統的控制:通過主機后的串口埠,控制VGA/RGBHV矩陣和A/V矩陣,并可以根據設備自動選擇輸出信號;通過主機后的紅外(IR)控制埠和紅外發射棒,控制DVD、錄像機、MD、實物展臺、數字發言系統和視頻會議系統的所有動作,并且可以實現音視頻信號的自動切換;通過音量控制器,操作調音臺和功放;通過串口埠控制數字硬盤錄像機,實現對閉路電視監控系統的操作。
          (3)實現對其他環境外圍設備系統的控制:通過強電繼電器控制日光燈的開關,調節白熾燈的亮度;實現多種燈光模式預設,使得燈光滿足不同場合需要;對設備電源實現自動及節能管理、延時或定時開機關機,更好的保護設備。
          (4)實現遠程控制功能:利用主機基于網絡的強大軟件控制功能,通過計算機實現遠程監控、遠程操作和維護等功能;結合本地的觸摸屏控制,達到完全智能化的控制管理。
        3 多媒體中央控制系統的系統結構
          多媒體中央控制系統通過人性化的人機界面、開放式的可編程" title="可編程">可編程控制平臺、交互式的控制結構,實現了設備的互連操作和集中控制。其核心設備是中央控制器" title="中央控制器">中央控制器(中控主機),它采用內嵌式處理器,可編程邏輯陣列電路,內置大容量內存及Flash,提供多路獨立可編程RS-232控制接口,可以收發RS485、RS422格式數據,有獨立可編程IR紅外發射口和多數字I/0輸入輸出控制口,帶保護電路,有多路強電、弱電繼電器控制接口,有遠程TCP/IP網絡控制口,內嵌紅外學習器,提供可擴展多功能插槽和多個網絡控制接口,可任意擴展模塊。并且,現在的中控系統都支持第三方控制協議。圖3是一個典型的中央控制系統結構圖。


          中央控制系統的架構要根據其應用的行業和領域來決定,但可以從以下幾個主要方面來考慮。
          (1)信號源的多樣性。中央控制系統支持多種多樣的信號源,包括本地各種音視頻信號、本地電腦圖像、本地監控圖像、本地視頻會議圖像、遠程監控圖像、遠程視頻會議圖像等。
          (2)信號顯示方式的多樣性。主要考慮顯示信號的處理方式,如在大型拼接屏中分為單屏顯示、多屏顯示、畫中畫顯示和全屏顯示。
          (3)控制方式的多樣性??刹捎肦S232協議、TCP/IP協議、紅外碼協議以及第三方協議來控制。
        4 多媒體中央控制系統的軟件組成及開發
        4.1多媒體中央控制系統的軟件組成

          多媒體中央控制系統軟件程序由三部分組成:觸摸屏人機界面程序、中央控制器控制程序、中央控制器底層程序。它們之間的邏輯關系如圖4所示。


          觸摸屏人機界面程序和中央控制器主機控制程序屬于用戶程序。主機底層程序實際上是一個嵌入式操作系統,它通過對主機的各種接口和模塊的操作來發送指令。主機底層程序根據需要可以改寫。存儲在可擦寫的E2PROM或Flash RAM中,可不斷更新升級。
          觸摸屏人機界面程序實現系統與用戶的接口,用戶通過觸摸屏人機界面來操作控制中央控制器,人機界面觸發中央控制器主機程序執行命令。中央控制器主機控制程序負責把用戶在主機界面的操作轉化為在主機控制程序中編寫的邏輯指令,并把它傳遞給主機底層程序。這些指令通過控制主機底層程序編譯后與硬件直接對話,驅動硬件進行相關工作。
        4.2多媒體中央控制系統的軟件開發
        4.2.1觸摸屏人機界面程序的開發

          觸摸屏人機界面程序的開發工具是一種基于面向對象的Web瀏覽器頁面的用戶界面功能軟件開發環境。它是一個圖形化的開發環境,通過按鈕、頁、文本和圖片等來完成圖形界面的編輯,通過定義與控制程序邏輯符號相對應的ID號來實現操作。
          人機界面程序包括以下幾個界面:①Logo首頁,為操作登錄主界面接口;②主菜單頁面,包括整個系統受控設備的選項;③設備操作功能子頁面,為每種設備的操作界面,并提供返回主菜單頁面的選項;④退出系統頁面,提供用戶關閉系統的功能。
        4.2.2主機控制程序的開發
          多媒體中央控制系統的主控程序采用符號控制程序設計語言SIMPL(Symbol Intensive Master Programming Language),它是一個可視化的面向對象的控制系統應用程序開發工具,并且提供了系統所必需的編程、配置、測試和調試等功能,實現了用戶界面和受控設備群之間的通信。
          SIMPL窗口的配置模塊允許用戶選擇控制系統、用戶界面、網絡設備和需要安裝的受控設備。對這些硬件分配端口地址、網絡標識號和IP地址;也可以通過接口卡或網絡控制模塊來設置設備之間的通信參數。
          控制程序的開發其實是通過編寫一些已經編寫好的邏輯符號來發送指令到底層程序。這些邏輯符號就是為了滿足某些特定功能的要求所開發出來的相應功能模塊,類似于函數、類庫或控件。不同的邏輯指令功能也不相同,應用范圍也不一樣。如對大屏幕的拼接控制邏輯程序如圖5所示。


        4.2.3 用戶的底層程序開發
          多媒體中央控制系統底層程序的開發,一般采用C語言編寫通用模塊,這些模塊與中央控制器可以互傳指令,中央控制器傳遞一個控制程序發送的指令(輸入信號)到一個模塊,然后觸發一個進程事件,再發送指令(輸出信號)給中央控制器直接對硬件進行操作,執行相應的動作。如對DVD視頻、音頻進行的程序:
        ???? ?STRING A$[10], B$[10], C$[10];
        ???? ?INTEGER I;
        ???? ?BUFFER_INPUT COM_IN$[50];
        ???? ?// A$, B$, and C$ contain identical values
        ???? ?// after these lines run.
        ???? ?A$=CHR(′A′);
        ???? ?B$=CHR(65);
        ???? ?C$=CHR(0x41);
        ???? ?//Preserve the lower nibble of a word, mask the rest out.
        ???? ?I = VAL1 & 0x000F;
        ???? ?// Read until a comma is detected in the stream.
        ???? ?DO
        ???? ?{
        ???? ?I = GetC(COM_IN$)
        ???? ?}
        ???? ?UNTIL (I = ′,′);
        ???? STRING_OUTPUT SortedNames$[5];
        ???? STRING_OUTPUT SortedNames$[5,5];
        5 多媒體中央控制系統的發展方向
          多媒體中央控制系統未來的發展方向將是智能控制系統(Intelligent Control System )。它將是現代控制理論包含的人工智能、自學習機制以及神經網絡的優化組合。在實際應用中應具有以下特點:①自學習機制、記憶功能;②多接口、自適應,強大的通信功能;③系統組態及擴展容易;④編程語言簡單易學,兼有高級語言或底層控制語言,提供復雜函數運算或更高層次的二次開發平臺;⑤人機界面更加智能人性化;⑥良好的電磁兼容性及穩定性。
        參考文獻
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        [3]湯旻安,胡榮富,湯自安,等.甘肅省人民防空指揮所通信工程施工設計[J].蘭州:蘭州東方電子集團,2003.
        [4]呂輝,賀正洪.防空指揮自動化系統原理[M].西安:西安電子科技大學出版社,2003.
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