基于DSP的船舶航行記錄儀(VDR)研究.pdf

1、VDR(Voyage Data Recorder)，船舶航行數(shù)據(jù)記錄儀，俗稱“船用黑匣子”，是一種專門用于實(shí)時(shí)記錄船舶航行數(shù)據(jù)的儀器，是一種以可靠的可恢復(fù)的形式，保存大量有關(guān)事故前后船舶位置、運(yùn)動(dòng)、物理狀態(tài)、命令和控制信息的設(shè)備。在船舶發(fā)生海事事故后，為了便于調(diào)查海事事故的始因、過程和實(shí)際情況，海事部門在對(duì)船舶安全航行監(jiān)督管理中，己制定了不少規(guī)章制度，規(guī)定船員在操作過程中要如實(shí)記錄相關(guān)信息。但是，由于船舶航行過程中的有關(guān)信息數(shù)據(jù)大多是采

2、用人工的方式記錄的，所以有時(shí)難以反映出事件的真實(shí)性，這就使得操縱資料難免會(huì)不準(zhǔn)確、不完整或不真實(shí)，從而增加了公正處理海事糾紛的難度。所以僅憑當(dāng)事人的回憶和事后一般文字性的記錄是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這就迫切需要船上能有一種類似飛行器“黑匣子”的儀器，能實(shí)時(shí)記錄船舶發(fā)生海上事故前后的有關(guān)數(shù)據(jù)，為調(diào)查人員取證提供準(zhǔn)確、真實(shí)而不可更改的船舶信息和數(shù)據(jù)。于是VDR便應(yīng)運(yùn)而生。 船用VDR需要不間斷地實(shí)時(shí)記錄各種數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄的量越大、越全面對(duì)于后

3、期的數(shù)據(jù)再現(xiàn)和事故分析就越有利。然而，隨著數(shù)據(jù)量的增加，無論是聲音還是圖像，經(jīng)采樣、量化變成計(jì)算機(jī)信號(hào)后，存貯的容量都相當(dāng)大。處理海量數(shù)據(jù)的存貯與傳送問題僅靠通過提高現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和存貯能力是無法完成的。目前在通信和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域編碼技術(shù)有了很大發(fā)展，出現(xiàn)了許多比較成熟的編碼技術(shù)。如何選取先進(jìn)的編碼技術(shù)解決聲音、圖像的壓縮問題，對(duì)解決VDR存貯信息量大而存貯介質(zhì)容量有限的矛盾意義很大。 本文對(duì)船用VDR系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)船舶信

4、號(hào)中普遍都是數(shù)據(jù)流量較小的信號(hào),例如GPS信號(hào)、航行參數(shù)等，普通的采集卡和計(jì)算機(jī)配合就能很好的解決這些信號(hào)的采集和記錄；而數(shù)據(jù)流量大的信號(hào)主要就是圖像和視頻信號(hào)，在船舶系統(tǒng)中主要體現(xiàn)在雷達(dá)圖像和視頻監(jiān)控上。同時(shí)這些信號(hào)數(shù)據(jù)量大，不經(jīng)過處理每天都可能有上百GB的數(shù)據(jù)量，基本上無法在VDR系統(tǒng)存儲(chǔ)器中長時(shí)間保存。因此，圖像、視頻數(shù)據(jù)流必須經(jīng)過壓縮才能方便進(jìn)行保存?；诖耍疚倪x擇了用DSP來處理VDR系統(tǒng)中的圖像和視頻數(shù)據(jù)。一方面現(xiàn)在的DS

5、P處理器芯片主頻都達(dá)到幾百兆，完全可以應(yīng)付相對(duì)復(fù)雜的編碼運(yùn)算；另一方面，本課題選用的DM642處理器專用于處理多媒體數(shù)據(jù)，能夠勝任所有壓縮算法。DM642既可以配合高性能的計(jì)算機(jī)來進(jìn)行工作，又可以脫離計(jì)算機(jī)單獨(dú)工作，這就極大的提高了VDR系統(tǒng)的可靠性。 本文在雷達(dá)圖像壓縮研究中發(fā)現(xiàn)，由于對(duì)雷達(dá)圖像的采集幀率要求不高，僅要求最低在15秒內(nèi)完成一幅圖像的采集、處理、傳輸和存儲(chǔ)，所以可看成是對(duì)一幅靜態(tài)圖像的采集、處理。故利用JPEG2

6、000算法對(duì)每隔15秒采集的雷達(dá)靜態(tài)圖像進(jìn)行編碼壓縮，同時(shí)利用JPEG2000中特有的感興趣區(qū)編碼對(duì)圖像進(jìn)行不均衡壓縮，突出感興趣區(qū)的圖像質(zhì)量。對(duì)于視頻數(shù)據(jù)來說，在DM642中使用H.264壓縮算法進(jìn)行編碼，可以達(dá)到最大壓縮效率。在同等的圖像質(zhì)量條件下，采用H.264壓縮的數(shù)據(jù)量只有MPEG-2的1/8，MPEG-4的1/3。正因?yàn)槿绱?，?jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，壓縮比可以達(dá)到102:1。 為了便于分析船舶航行數(shù)據(jù)，把VDR