2024年4月23日发(作者：)

煤　

７６　

炭　科　技　

２０１１年第１期　

Ｎｏ．１　２０１ｌ　

ＣＯＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ　ＭＡＧＡＺＩＮＥ　

文章编号：１００８—３７３１（２０１１）Ｏ１—００７６—０３　

基于这芬奇孜术的元极绳绞车视频侉输系统　

苏　强　，黄国建　，张连昆ｚ　

（１．中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州２２１００８；２．中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州２２１００８）　

摘　要：为了提高无极绳绞车的工作效率和安全水平，采用基于ＤａＶｉｎｃｉ技术的　

ＴＭｓ３２０ＤＭ６４４６处理器为视频采集压缩的核心芯片，以Ｈ．２６４标准进行视频编码，针对煤　

矿井下巷道的工作环境，采用有线和无线结合的传输方式，设计并实现了无极绳绞车视频　

传输系统。　

关键词：达芬奇技术；Ｈ．２６４；视频传输；无极绳绞车　

中图分类号：ＴＤ５３４　文献标志码：Ｂ　

无极绳绞车系统是利用钢丝绳循环往复，牵引　

固定在钢丝绳上的车辆或其他设备前进，从而进行　

矿井辅助运输的设备。因其结构简单，连续运输，维　

护量小，备受各煤矿的青睐。然而无极绳绞车系统　

也存在一定的安全隐患，例如：所运送物件歪斜，脱　

轨…，碰到巷道壁而掉落等事故，尤其是在大角度，　

多起伏，多水平拐弯等复杂地形条件下，这些事故　

一

旦发生，便会影响煤矿井下的工作效率，引起严　

图１　无极绳绞车视频传输系统结构　

１．１视频的采集压缩　

重的安全事故，威胁井下工作人员的人身安全。为　

此，设计了一种无极绳绞车的视频传输系统，可以　

对运行过程和状况进行直观、便捷、高质量的监测，　

以便工作人员根据不同的状况采取相应的措施。该　

系统对提高煤矿井下工作效率，避免或减少元极绳　

绞车运行时引起的安全事故，保障煤矿安全，促进　

视频的采集压缩以一种基于ＤａＶｉｎｃｉ技术的　

ＴＭＳ３２０ＤＭ６４４６（简称ＤＭ６４４６）处理器为核心芯片。　

ＤＭ６４４６是ＴＩ公司推出的一款ＡＲＭ＋ＤＳＰ双核高集　

成度视频处理芯片。包含ＡＲＭ子系统，ＤＳＰ子系　

统，视频处理子系统（ＶＰＳＳ），图像协处理器（ＶＩＣＰ）　

和系统控制模块，外部存储接口，外围控制模块和交　

换中心资源（ＳＣＲ）等部件。ＡＲＭ子系统采用　

ＡＲＭ９２６ＥＪ—Ｓ内核，主频２９７ＭＨｚ。ＤＳＰ子系统采用　

ＴＭＳ３２０Ｃ６４ｘ　ＤＳＰ内核，主频５９４ＭＨｚ，视频前端输　

煤炭资源开发可持续发展都具有重要的战略和现　

实意义。　

１　系统设计　

系统设计原理是：无极绳绞车的梭车上装置　

两个摄像仪（观察梭车前进方向和梭车装载物件　

实时状态），网络视频服务器，工业以太网交换机，　

／ｋ．（ＶＰＦＦ）￣视频后端输／￣（ＶＰＢＥ）接Ｅｌ等　。该部分　

的硬件结构如图２所示。　

ＤＤＲ２　ｌ＋——＇　

达芬奇处理器　

ｊ　ＦＬＡＳＨ　—　

Ｉ．．．．．．．．．．．．．．．　．

ＴＭ￥３２０　

ＤＭ６４４６　

以太网转ＷＩＦＩ设备和发射天线，沿着无极绳绞车　

行进巷道的侧壁等高位置安装一系列ＷＩＦＩ的无　

线ＡＰ节点，操作室内放置工业以太网交换机，网　

络视频解码器和操作台显示器。系统的结构如图１　

所示。　

面　一　

圆圈　

图２网络视频服务器的硬件结构　

２０１１年第１期　

１．１．１视频接入　

苏强等：基于达芬奇技术的无极绳绞车视频传输系统　７７　

２８８像素。即ＣＩＦ的Ｙ信号的规定为３５２点／行，２８８　

行／帧，每个像素用１０位表示。采用的是Ｈ．２６４标准　

中默认的输入位流４：２：０形式。　

视频编解码模块是ＤＭ６４４６视频系统的重要组　

成部分，系统的视频解码芯片采用ＴＩ公司生产的　

ＴＶＰ５　１４６芯片，能把所有常见的基带模拟视频格式　

转换成数字视频格式。它支持ＲＧＢ和ＹＰｂＰｒ信号的　

２系统的传输方式　

无极绳绞车的梭车工作时是处于移动状态的，　

其运动路程一般都比较长，而且煤矿巷道会存在高　

低起伏和拐弯。在这种条件下观测梭车的运行状态，　

Ａ／Ｄ转换，支持ＮＴＳＣ，ＰＡＬ的解码和Ａ／Ｄ转换等，　

ＴｖＰ５　１４６的Ａ／Ｄ转换采样速率在采样宽度为１０　ｂｉｔ　

时可以达到３０ＭＳＰｓ。系统中的视频数据通过　

ＴＶＰ５　１４６转换成ｌ０　ｂｉｔ　ＹＵＶ４：２：０格式，然后送至视　

频前端处理。视频前端处理包括预览引擎、直方图、　

图像缩放等模块处理。处理完的数据再送至视频后　

端处理。视频后端主要包括ＯＳＤ模块和视频编码模　

块。视频数据经过视频编码模块处理后就能得到需　

要的视频压缩、显示格式。　

１．１．２以太网接口模块　

ＤＭ６４４６网络控制模块主要包括ＥＭＡＣ模块和　

物理层设备ＭＤＩＯ（管理数据输入输出）模块。ＥＭＡＣ　

模块主要功能是存放以太网数据包和缓冲描述符。　

ＭＤＩＯ模块通过两线接口对物理层芯片进行配置及　

工作状态检测。网络模块通过ＤＭＡ方式实现数据　

的快速传输。　

网口物理层芯片选择的是Ｉｎｔｅｌ公司生产的　

ＬＸＴ９７１Ａ芯片，ＬＸＴ９７１Ａ网络通信接口芯片符合　

ＩＥＥＥ标准，支持１０ＭＢ／１００ＭＢ以太网传输，提供与　

ＭＡＣ层相接的ＭＩＩ接口。　

１．２编码标准的选择　

系统选用的是Ｈ．２６４／ＡＶＣ视频编码标准。该标　

准以高的视频压缩率的条件下提供流畅、清晰的　

视频质量和良好的网络亲和性为其显著的特点。　

相较于以前的视频编码标准，如：Ｈ．２６３，ＭＰＥＧ一４　

等，在同等的图像质量条件下，Ｈ．２６４的数据压缩　

率比Ｈ．２６３高２倍，比ＭＰＥＧ一４高１．５倍。Ｈ．２６４／　

ＡＶＣ具有诸如以下比较显著的特性：　

（１）视频编码层和网络抽象层分层设计模式。　

（２）采用多种尺寸的预测块进行运动补偿，使　

预测帧更加接近原始帧。　

（３）采用４×４的整数ＤＣＴ和量化，可减少编　

解码的运算量，提高图像压缩的实时』生，避免以往标　

准中离散余弦变换逆变换经常出现的失配问题。　

（４）采用环内去块效应滤波器，可以大大减少　

方块效应，可靠地提高视频图像的主观质量。　

（５）熵编码。基于上下文的自适应二进制算术　

编码（ＣＡＢＡＣ）和基于上下文自适应的可变长编码　

（ＣＡＶＬＣ），进一步提高了编码的压缩率。　

系统采用图像大小的是标准的ＣＩＦ，即３５２×　

如果将摄像头固定于巷道壁上，不仅要使用较多的　

摄像头，大大增加系统成本，而且在梭车距离摄像头　

较远的位置时很不利于对梭车运行状态的观测。该　

系统将摄像头固定于梭车上，采用有线和无线相结　

合的方式，很好地解决了以上问题，具体措施是：无　

线方面，通过ＷＩＦＩ设备，天线和无线ＡＰ节点组（在　

巷道的侧壁上，每隔一段适当的距离安放一系列无　

线ＡＰ节点）把视频信号送至井下工业以太网；有线　

方面，通过以太网将视频信号送至无极绳绞车的操　

作室。　

３系统的抗干扰措施　

（１）Ｈ．２６４／ＡＶＣ标准具备多种优秀的错误恢复　

工具［３　Ｊ，增强了视频流的鲁棒性。系统采用了以下　

的抗误码措施：在ＶＣＬ方面主要有：参数集，灵活的　

宏块排序，冗余片ＲＳ；帧内编码块刷新和条形结构　

编码等。在ＮＡＬ方面主要是低开销的ＮＡＬＵ包的高　

效拆分和聚合等。　

（２）巷道无线信道传输特性受到巷道截面大　

小，弯曲程度等因素的影响。无线传输受巷道截面等　

效半径与波长的比值的影响，巷道截面越大，传输频　

率越高，传输衰减越小…。在弯曲的隧道中，频率越　

高，越不利电磁波的传输；在平直的隧道中，频率越　

高，越有利于电磁波的传输［　。系统无线传输部分　

采用的是８０２．１ｌｂ协议，即ＷＩＦＩ，频段为２．４　ＧＨｚ，　

传输速度１１　Ｍｂｐｓ，完全可以满足传输两路经过　

Ｈ．２６４标准压缩后的视频流的需要。另外，还可在高　

低起伏、水平弯曲的巷道内适当地缩短无线ＡＰ之　

间的间距。　

（３）视频画面的防抖动措施。系统采用防抖动　

摄像头和软件上防抖动相结合的方式减弱梭车行进　

时产生的颠簸与抖动对视频采集与显示的影响。　

（４）抗电磁干扰。电磁干扰是无法完全消除的。　

系统采用对外部干扰源、整个系统采用电磁屏蔽，并　

且利用导体接地进行静电屏蔽，使用屏蔽线进行视　

频信号和以太网信号等的传输。　

（５）电源抗干扰。系统采用直流稳压器和交流　

煤　炭　科　技　

２０１１年第ｌ期　

７８　ＣＯＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＭＡＧＡＺＩＮＥ　

Ｎｏ．１　２０１１　

文章编号：ｌＯ０８—３７３１（２０１１）Ｏｌ一００７８—０２　

联合支护在大断面硐室施工中的应用　

孙爱国，马金录，韩迎博　

（郑煤集团高岭煤矿筹建处，河南新密４５２３９１）　

摘要：通过对地质条件的分析，对比砌碹支护，介绍了锚、网、喷、注浆、锚索联合支护在白　

坪矿井中央采区上山大断面绞车硐室施工中的应用及取得的效果。　

关键词：联合支护；大断面硐室；施工；技术；经济效果；　

中图分类号：ＴＤ３５３　文献标志码：Ｂ　

１　工程概况及巷道地质条件　

白坪矿井中央采区上山绞车硐室系统包括钢丝　

绳通道、绞车硐室、检修壁龛、液压泵站硐室及通风　

联络巷，总工程量为６５．６　ｍ。根据已施工的机轨联　

络巷实际揭露围岩情况及钻孔柱状图资料显示，中　

央采区上山绞车硐室施工过程中将揭露二，煤，二，　

煤厚约１．６９　ｍ，顶板为中粒砂岩、细粒砂岩、粉砂　

岩，底板为炭质泥岩、细粒砂岩、泥岩。　

２支护参数的选择　

图１绞车硐室施工断面　

２．１锚杆　

施工中绞车硐室最大净断面为３４．１　ｍ　，由于受　

２．１．１锚杆长度　

巷道位置限制，巷道围岩为碳质泥岩、细粒砂岩、中　

Ｌ＝Ⅳ（１．１＋Ｂ／ＩＯ）　

粒砂岩、泥岩互层，中问还夹有厚度约为１．６９　ｍ的　

式中　Ⅳ——围岩稳定性影响系数；　

二。煤。施工及支护难度较大。原设计采用混凝土砌　

——

巷道跨度，取７．８　ｍ。　

碹支护，施工工序烦琐，劳动强度大，施工速度慢，材　

Ⅱ类围岩Ｎ＝０．９；１１１类围岩Ｎ＝１．０；１Ｖ类围岩　

料费用高，综合劳动效率低，且需要一定时间养护。　

Ｎ＝１．１；Ｖ类围岩Ｎ＝１．２；该巷道布置在二　煤中，　

为了确保工期按时完成，决定采取锚、网、喷、注浆、　

且揭露其顶底板，施工断面较大，围岩属Ｖ类，Ⅳ取　

锚索联合支护，绞车硐室施工断面见图１。　

１．２　

稳压器，以保证供电的稳定性。　

一

ｌＵ３　

［２］张起贵，张胜，张刚，等．最新ＤＳＰ技术——“达芬奇”系　

４结语　

统、框架和组件［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００９，信息与电　

本文提出了使用ＡＲＭ＋ＤＳＰ双核处理器芯片　

气工程学院．　

ＤＭ６４４６，设计面向煤矿井下以太网应用并以Ｈ．２６４　

［３］毕厚杰．新一代视频压缩编码标准——Ｈ．２６４，ＡＶＣ／ＡＶＣ［Ｍ］．　

北京：人民邮电出版社，２００５．　

标准为视频编码标准的网络视频采集压缩模块，进　

［４］孙继平．矿井无线传输的特点［Ｊ］．煤矿设计，１９９９：２０—２２．　

而构建了基于达芬奇技术的无极绳绞车视频传输系　

［５］孙继平，李继生，雷淑英．煤矿井下无线通信传输信号最佳频　

统，对无极绳绞车的牵引车进行运行过程和状态的　

率选择［Ｊ］．辽宁工程技术大学学报，２００５，（３）：３７９—３８０．　

监测。本系统有利于提高无极绳绞车的工作效率和　

工作人员的安全水平。　

作者简介：苏强（１９８２一），男，安徽宿州人，中国矿业　

大学信息与电气工程学院硕士在读，主要研究方向为嵌入式　

参考文献：　

系统。　

［１］苏接明．复杂条件下无极绳绞车的应用［Ｊ］．煤矿机电，２００９（５）：１０２　

（收稿日期：２ＯｌＯ一１２—２８）