【正文】 框架 ...................................................................................... 28 MPEG4 編解碼模塊 ................................................................................ 31 MPEG4 編碼器應用程序接口 ............................................................. 32 5 結(jié) 論 .......................................................................................... 35 參 考 文 獻 ........................................................................................ 36 附錄 A .................................................................................................. 37 致 謝 .............................................................................................. 39 北華大學畢業(yè)設計（論文） 1 引 言 本文首先對視頻傳輸系統(tǒng)的發(fā)展歷程、嵌入式技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景做了介紹 ， 提出利用嵌入式技術(shù)和無線網(wǎng)絡技術(shù)解決視頻傳輸是符合信息社會發(fā)展的時代要求 ； 然后明確了系統(tǒng)所需要完成的基本功能 ， 確定了整個系統(tǒng)的總體方案 ， 按照業(yè)務流程將系統(tǒng)劃分為視頻采集模塊、視頻編解碼模塊、無線傳輸模塊等重要功能單元。本文采取 ARM處理器與嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)作為系統(tǒng)的硬件平臺和軟件平臺 ， 重點對核心模塊進行了詳細 的設計與實現(xiàn) ， 視頻采集模塊和視頻編解碼模塊主要利用 處理器的 CSI接口和 eMMA 硬件來實現(xiàn) ， 采取硬件 MPEG4 編解碼 ， 無線傳輸模塊利用 USB 無線網(wǎng)卡和基于 UDP 和 RTP 的通信協(xié)議來保證快速有效的視頻數(shù)據(jù)傳輸。通過以上的技術(shù)和方法的綜合運用 ， 才得以實現(xiàn)本文所設計的無線視頻傳輸系統(tǒng)。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 2 1 緒論 課題背景 無線視頻傳輸涉及到無線電通信技術(shù)和無線局域網(wǎng)技術(shù)。無線電通信技術(shù)的日新月異和無線 局域網(wǎng)的飛速發(fā)展進一步促進了無線數(shù)據(jù)（ 語音、視頻、數(shù)據(jù)）通信的發(fā)展，使得無線多媒體教學、多媒體監(jiān)控、視頻通信，無線 寬帶上網(wǎng)等成為現(xiàn)實，并在社會生活中得到廣泛應用。隨著網(wǎng)絡和多媒體技術(shù)的發(fā)展，特別是視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展，視頻圖像傳輸將成為 IP 網(wǎng)絡的重要業(yè)務。有線的實時視頻傳輸系統(tǒng)在國內(nèi)已經(jīng)到了實用階段，但是，由于有線傳輸?shù)木窒扌裕缫A埋線路，機動性差，造價高昂等缺點，使得有線的點對點或多點對點的實時視頻傳輸系統(tǒng)的使用受到限制。而無線擴頻通訊與有線相比，有其固有的優(yōu)越性：聯(lián)網(wǎng)方便、費用低廉等。所以開發(fā)點對點或多點對點的無線擴頻實時視頻圖像傳輸系統(tǒng)有很高的實用價值。 視頻圖像通信主要應用之一是多媒體監(jiān)控和教學，多媒體監(jiān)控是當 今監(jiān)控領域的發(fā)展主流，既可用于工業(yè)過程和交通管制中的監(jiān)測與控制，又可用于安全防衛(wèi)中的監(jiān)視與報警。通常情況下，多媒體監(jiān)控涉及的圖像所包含的信息最為豐富和有用，但同時圖像數(shù)字化、壓縮、傳輸及處理也較為復雜，因而圖像監(jiān)控就成了多媒體監(jiān)控的主要內(nèi)容。在技術(shù)進步推動信息傳遞日趨無線化的背景下，無線圖像傳輸也就成為圖像監(jiān)控的關鍵任務之一。圖像傳輸無線化打破了傳統(tǒng)同軸電纜和光纖圖像監(jiān)控受制于硬件連接的不利局面，具有更強的靈活性和方便性。無線圖像傳輸正成為無線視頻通信，多媒體監(jiān)控、教學的難點和關鍵點，一旦很好解決了無線視頻 圖像傳輸問題，將在視頻通信，多媒體監(jiān)控、教學，工業(yè)控制中得到廣泛應用?；谏鲜鲇^點，研究設計視頻圖像的無線傳輸有重要的意義。本系統(tǒng)以 ARM 處理器為核心，充分利用了 ARM 處理器高性能、低功耗、低成本的優(yōu)點，擴展了平臺的通用接口；并且采用了 WLAN 無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，為無線應用提供了經(jīng)濟、完善的解決方案。 視頻傳輸?shù)膭討B(tài)發(fā)展情況 視頻傳輸系統(tǒng)的功能是能夠?qū)ΜF(xiàn)場進行視頻采集并傳輸?shù)斤@示設備中 ， 自從攝像機、電視機等出現(xiàn)后 ， 最初的視頻傳輸系統(tǒng)也隨之出現(xiàn)。隨著計算機技術(shù)、數(shù)字視頻技術(shù)以及網(wǎng)絡化技術(shù)的發(fā)展 ， 視頻傳 輸系統(tǒng)也在不斷發(fā)展。從第一代基于模擬攝像機的模擬傳輸系統(tǒng) ， 到第二代基于計算機的數(shù)字傳輸系統(tǒng) ， 再到第三代基于嵌入式的網(wǎng)絡數(shù)字傳輸系統(tǒng) ， 視頻傳輸系統(tǒng)己經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 3 (1)基于模擬攝像機的本地視頻傳輸系統(tǒng) 基于模擬攝像機的視頻傳輸系統(tǒng)一般是由攝像機、傳輸電纜、監(jiān)視器、視頻矩陣切換器等組成。在這一代視頻傳輸系統(tǒng)中 ， 由攝像機獲得現(xiàn)場的視頻 ， 通過電纜的傳輸 ，在顯示設備中對現(xiàn)場的狀況進行顯示。隨著技術(shù)的發(fā)展 ， 出現(xiàn)了視頻矩陣切換器 ， 云臺控制等新技術(shù) ， 可以實現(xiàn)多路信號的切換以及對視頻前端的控制。模擬視頻傳輸系統(tǒng)的主要 缺點是 ： 受到線路的限制 ， 不能長距離的布線 ， 例如同軸電纜的視頻信號傳輸距離只有一千米 ， 而使用雙絞線更短 ， 這決定了只能在較小的范圍內(nèi)應用 ； 擴展能力差 ， 很難添加新的節(jié)點到原有的體系中 ； 模擬信號容易受到干擾 ， 接收的圖像質(zhì)量不好 ； 信息存儲一般采用錄像帶等設備 ， 容量有限且成本較高 ； 只能進行順序檢索 ， 不利于查找信息 ； 沒有良好的用戶界面 ， 不利于操作管理。 (2)基于計算機的數(shù)字視頻傳輸系統(tǒng) 由于計算機技術(shù)和數(shù)字視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展 ， 數(shù)字視頻壓縮和計算機開始應用于視頻傳輸。在這一代視頻傳輸系統(tǒng)中 ， 將各個 攝像機獲得的視頻信號首先利用專用的壓縮設備進行視頻壓縮 ， 然后通過網(wǎng)絡聯(lián)到一個 PC 機或工業(yè)計算機上 ， 在這臺作為核心的計算機上運行視頻解壓 ， 提供視頻傳輸服務。在這種視頻傳輸系統(tǒng)中 ， 可充分發(fā)揮計算機的強大性能 ， 在此基礎上產(chǎn)生了各種智能化應用。例如 ， 可以通過軟件設計使攝像機多路攝像機的矩陣切換、云臺控制、報警等功能統(tǒng)一由計算機來管理 ， 使系統(tǒng)的管理和維護大為簡化 ， 性能更為優(yōu)越。這種模式實際上是原來的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的延伸 ， 這種方案的優(yōu)點在于可以利用舊有的線路設備進行改造 ， 利用原有的攝像機獲取圖像信息。由計算機作為服務 器代替了控制中心 ， 在一定程度上解決了上一代監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷 。 數(shù)字視頻傳輸?shù)目煽啃愿?， 經(jīng)過壓縮的圖像傳輸更加快速 ， 還可以通過各種方式與聯(lián)網(wǎng)的其他計算機共享。經(jīng)過壓縮的數(shù)字圖像可以存儲在計算機磁盤上 ， 存儲容量大 ，故障率低 ， 讀取方便 ， 易于檢索。擁有 windows 這種良好的用戶界面 ， 易于操作和管理。但是這種應用方案的缺點也是很明顯的 ， 由于圖象壓縮與解壓縮采用的是專用的視頻卡 ， 這使得視頻前端的圖像信號的采集、壓縮、通訊過于復雜 ， 穩(wěn)定性、可靠性不高 ， 而且成本較高。 PC 機仍需要專人管理 ， 操作較為煩瑣。兼容性差 ， 由于使用專用的視頻壓縮卡 ， 故系統(tǒng)只能支持一種編解碼格式。 (3)基于嵌入式技術(shù)的視頻傳輸系統(tǒng) 隨著芯片、網(wǎng)絡技術(shù)的進步 ， 現(xiàn)在出現(xiàn)了基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)也由于軟件硬件可裁剪、本身體積小 、 實時性高 、 穩(wěn)定性好 、 支持網(wǎng)絡等優(yōu)點 ， 成為工控領域的新熱點。基于嵌入式技術(shù)的視頻傳輸系統(tǒng)有效地將嵌入式技術(shù)和圖像技術(shù)北華大學畢業(yè)設計（論文） 4 結(jié)合在一起 ， 可以很好地解決基于 PC 的視頻傳輸系統(tǒng)中存在的問題。利用嵌入式技術(shù) ， 采用專用芯片和嵌入式操作系統(tǒng) ， 把攝像頭輸出的信號進行圖像壓縮編碼處理、網(wǎng)絡通信、自動控制等 ， 支持網(wǎng)絡傳輸和網(wǎng)絡管理 ， 有效地提高了 系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性 ， 把視頻采集壓縮和網(wǎng)絡傳輸功能集成到一個體積很小的設備內(nèi) ， 直接連入無線網(wǎng) ，省掉各種復雜的電纜 ， 安裝方便 ， 使得應用范圍達到前所未有的廣度。 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 一個完整的嵌入式視頻傳輸系統(tǒng)主要由視頻采集模塊、視頻編碼模塊、傳輸控制協(xié)議處理模塊、通信網(wǎng)絡、視頻解碼模塊與顯示模塊組成。系統(tǒng)功能組成結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 視頻傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 在圖 所示的系統(tǒng)中 ， 視頻的處理流程如下 ： 首先 ， 在視頻發(fā)送端 ， 對模擬視頻進行采樣 ， 獲得數(shù)字視頻并對數(shù)字視頻進行編碼 ， 生成適應傳輸?shù)?視頻編碼數(shù)據(jù)流 ； 然后 ， 根據(jù)無線網(wǎng)絡的可用的通信資源和傳輸控制協(xié)議 ， 無線傳輸視頻數(shù)據(jù) ； 最后 ， 在接收端對接收的視頻編碼流進行解碼 ， 重新構(gòu)造視頻信號 ， 并向發(fā)送端發(fā)送反饋控制信息。 系統(tǒng)功能要求 針對所設計的嵌入式視頻傳輸系統(tǒng) ， 有如下功能要求 ： (1) 網(wǎng)絡整體是可以移動的 ， 即網(wǎng)絡具有交互性 ； (2) 網(wǎng)絡由 1 個主機連接 K 個節(jié)點組成。發(fā)生火災時，相應節(jié)點發(fā)出警報，由主機做出反映，顯示發(fā)生火災的現(xiàn)場視頻信息 ； 北華大學畢業(yè)設計（論文） 5 (3) 網(wǎng)絡的主要任務是網(wǎng)絡能夠在移動中獲取一個局部區(qū)域的圖像 ， 同時能夠把移動中獲取的圖像作進一步的傳送 ； (4) 網(wǎng)絡傳輸距離可以從幾十 米到一百米 ； (5) 網(wǎng)絡節(jié)點制造成本要求相對比較低 ， 有利于大量使用 ； (6) 節(jié)點獲取圖像的輸入數(shù)據(jù)格式可以不同 ， 圖像的輸入象素可以不同 ； (7) 在主節(jié)點 ， 圖像輸出顯示數(shù)據(jù)格式可以不同 ， 圖像的輸出象素在橫、寬可以放大、縮小 ， 或者僅在橫、僅在寬一個方向可以放大或者縮小 ， 以便可以使用不同尺寸的LCD 顯示屏 ； (8) 采用硬件的方法壓縮、解壓圖像數(shù)據(jù) ， 以提高數(shù)據(jù)處理效率 。 傳輸模式選擇 有線視頻傳輸優(yōu)點 （ 1） 傳輸損耗小 損耗小是光纖傳輸?shù)淖畲髢?yōu)點， 1310nm 波長時損耗約為 ， 1550nm 波長時損耗約為 ， 而 12 同軸電纜在 500MHz 頻率時損耗約為 40dB/km 左右 ， 可見光纖的損耗比同軸電纜降低上百倍 。 （ 2） 不受電磁感應干擾 雷擊導致同軸電纜 CATV 系統(tǒng)設備損壞的比率較高，電力系統(tǒng)或地電流通過電纜產(chǎn)生的干擾會使系統(tǒng)信號質(zhì)量下降，而由于光纖具有良好的抗干擾性能 故在光傳輸系統(tǒng)中不存在上述問題。 （ 3） 頻帶寬 光傳輸系統(tǒng)所用的激光頻率處于 1014Hz 量級在 100MHz 載頻上 8MHz 帶寬是 8%， 而在 200THz， T=1012 載頻上如果取 8%的帶寬即為 16THz， 也就是具有 200 萬個頻道的容量 ， 這是非常巨大的帶寬 資源 ， 盡管目前由于各種技術(shù)限制暫時做不到這么寬的頻帶傳輸 ， 但是它給人們留下了巨大的資源潛力。 無線視頻傳輸優(yōu)點分析 無線視頻傳輸就是指不用布線（線纜）利用無線電波作為 傳輸介質(zhì) ，在空中搭建傳輸鏈路來傳輸視頻、聲音、數(shù)據(jù)等信號的監(jiān)控系統(tǒng)。 （ 1） 成本廉價 ： 有線通信方式的建立必須架設電纜，或挖掘電纜溝，因需要大量的人力和物力；而無線數(shù)據(jù)傳輸方式則無需架設電纜或挖掘電纜溝，只需要在每個終端連接無線數(shù)傳電臺北華大學畢業(yè)設計（論文） 6 和架設適當高度的天線就可以了，比如無線針孔攝像頭。相比之下無線數(shù)據(jù)傳輸方式，節(jié)省了人力物力，節(jié)省了投資。 （ 2） 適應性好： 有線通訊的局限性太大，在遇到一些特殊的應用環(huán)境，比如遇到山地、湖泊、林區(qū)等特殊的地理環(huán)境或是移動物體等布線比較困難的應用環(huán)境的時候，將對有線網(wǎng)絡的布線工程有著極強的制約力，而無線針孔攝像頭這種無線數(shù)據(jù)傳輸方式將不受這些限制，所以說無線數(shù)據(jù)傳輸方式比有線通訊有更好的更廣泛的適應性，幾乎不受地理環(huán)境限制。 （ 3） 擴展性好： 在用戶組建好一個通訊網(wǎng)絡之后，常常因為系統(tǒng)的需要增加新的設備。如果采用有線的方式，需要重新的布線，施工比較麻煩，而且還有可能破壞原來的通訊線路，但是如果采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式， 只需將新增設備與無線數(shù)傳電臺相連接就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的擴充了，相比之下有更好的擴展性。 (4)設備維護更容易實現(xiàn)： 有線通訊鏈路的維護需沿線路檢查，出現(xiàn)故障時，一般很難及時找出故障點，而采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式只需維護數(shù)傳模塊，出現(xiàn)故障時則能快速找出原因，恢復線路正常運行。 無線視頻傳輸系統(tǒng)的缺點 無線視頻傳輸系統(tǒng)的 缺點也是明顯的。首先 視 頻信號輸入后要經(jīng)過調(diào)制 — 發(fā)射 — 接收 — 解調(diào) — 還原等一系列的電路環(huán)節(jié)，失真自然一重接一重；另外信號在傳輸?shù)倪^程中，容易受到干擾，最終無線傳輸后的還原效果不及有線。然而，有線傳輸則不存 在那些電路環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的問題。 綜上所述，本文采取無線視頻傳輸模式實現(xiàn)本文所設計的無線視頻傳輸系統(tǒng)。 無線視頻傳輸系統(tǒng) 無線視頻傳輸系統(tǒng)總體上可分為三個部分：視頻信號采集部分、視頻處理部分、視頻無線傳輸部分。 ? 視頻信號采集模塊 視頻信號采集系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成： A/D 轉(zhuǎn)換