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原文传递基于DSP的船舶航行记录仪(VDR)研究

论文题名：	基于DSP的船舶航行记录仪(VDR)研究
关键词：	图像压缩;船舶航行数据记录仪;DSP;信号处理;雷达图像;数字信号处理器
摘要：	VDR(Voyage Data Recorder)，船舶航行数据记录仪，俗称“船用黑匣子”，是一种专门用于实时记录船舶航行数据的仪器，是一种以可靠的可恢复的形式，保存大量有关事故前后船舶位置、运动、物理状态、命令和控制信息的设备。在船舶发生海事事故后，为了便于调查海事事故的始因、过程和实际情况，海事部门在对船舶安全航行监督管理中，己制定了不少规章制度，规定船员在操作过程中要如实记录相关信息。但是，由于船舶航行过程中的有关信息数据大多是采用人工的方式记录的，所以有时难以反映出事件的真实性，这就使得操纵资料难免会不准确、不完整或不真实，从而增加了公正处理海事纠纷的难度。所以仅凭当事人的回忆和事后一般文字性的记录是远远不够的。这就迫切需要船上能有一种类似飞行器“黑匣子”的仪器，能实时记录船舶发生海上事故前后的有关数据，为调查人员取证提供准确、真实而不可更改的船舶信息和数据。于是VDR便应运而生。船用VDR需要不间断地实时记录各种数据，数据记录的量越大、越全面对于后期的数据再现和事故分析就越有利。然而，随着数据量的增加，无论是声音还是图像，经采样、量化变成计算机信号后，存贮的容量都相当大。处理海量数据的存贮与传送问题仅靠通过提高现有计算机的运算速度和存贮能力是无法完成的。目前在通信和计算机领域编码技术有了很大发展，出现了许多比较成熟的编码技术。如何选取先进的编码技术解决声音、图像的压缩问题，对解决VDR存贮信息量大而存贮介质容量有限的矛盾意义很大。本文对船用VDR系统进行分析，发现船舶信号中普遍都是数据流量较小的信号,例如GPS信号、航行参数等，普通的采集卡和计算机配合就能很好的解决这些信号的采集和记录；而数据流量大的信号主要就是图像和视频信号，在船舶系统中主要体现在雷达图像和视频监控上。同时这些信号数据量大，不经过处理每天都可能有上百GB的数据量，基本上无法在VDR系统存储器中长时间保存。因此，图像、视频数据流必须经过压缩才能方便进行保存。基于此，本文选择了用DSP来处理VDR系统中的图像和视频数据。一方面现在的DSP处理器芯片主频都达到几百兆，完全可以应付相对复杂的编码运算；另一方面，本课题选用的DM642处理器专用于处理多媒体数据，能够胜任所有压缩算法。DM642既可以配合高性能的计算机来进行工作，又可以脱离计算机单独工作，这就极大的提高了VDR系统的可靠性。本文在雷达图像压缩研究中发现，由于对雷达图像的采集帧率要求不高，仅要求最低在15秒内完成一幅图像的采集、处理、传输和存储，所以可看成是对一幅静态图像的采集、处理。故利用JPEG2000算法对每隔15秒采集的雷达静态图像进行编码压缩，同时利用JPEG2000中特有的感兴趣区编码对图像进行不均衡压缩，突出感兴趣区的图像质量。对于视频数据来说，在DM642中使用H.264压缩算法进行编码，可以达到最大压缩效率。在同等的图像质量条件下，采用H.264压缩的数据量只有MPEG-2的1/8，MPEG-4的1/3。正因为如此，经过H.264压缩的视频数据，压缩比可以达到102:1。为了便于分析船舶航行数据，把VDR中的信息再现出来是VDR必须解决的问题。如雷达数据再现、航行参数再现、声音再现等等。因为船舶航行数据(包括船位、航向、航速、时间等) 可以直接在以MapInfo为平台系统中再现，因此本系统中数据再现的软件开发中嵌入了MapInfo软件以方便再现数据。
作者：	朱慧
专业：	信号与信息处理
导师：	王建华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文