【正文】 這兩種芯片內(nèi)部都沒(méi)有現(xiàn)代 DSP芯片必須擁有的單周期乘法器。 除 TI 公司的 TMS320 系列外，其它具有代表性并應(yīng)用較廣泛的產(chǎn)品主要有 ADI 的 ADSP21xx 和 Blackfin 系列， Motorola 公司的DSP56000、 DSP96000， ATamp。 第一，可編程 DSP 將是主導(dǎo)產(chǎn)品。 第二，定點(diǎn) DSP 成為主流。縮小 DSP 芯片的尺寸、追求更高的運(yùn)算速度和進(jìn)一步降低功耗始終是 DSP 的 技術(shù)發(fā)展方向。脈沖陣列和數(shù)據(jù)流陣列也將成為并行處理器的主要體系結(jié)構(gòu)。 DSP 的許多新應(yīng)用需要更加強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理能力，借助 PLD（可編程邏輯電路）和 FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）來(lái)扮演像 DSP 加法器或協(xié)處理器一樣的角色，可以滿足日益提高的信號(hào)處理 3 需求。 嵌入式 Inter 技術(shù)的發(fā)展概況 如今 Inter 技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)交換共享和數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕绞胶洼d體，而 嵌入式系統(tǒng)也開(kāi)始與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口相接合組成嵌入式網(wǎng)絡(luò)終端 。 借助嵌入式 Inter 技術(shù)，可以將數(shù)量眾多的嵌入式終端設(shè)備接入廣域范圍的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將 Inter 的應(yīng)用從傳統(tǒng)的桌面 PC 機(jī)延伸到生產(chǎn)、控制現(xiàn)場(chǎng)的 8 位、 16 位、 32 位單片機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于 Inter 的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)報(bào)警、上傳 /下載數(shù)據(jù)文件、自動(dòng)發(fā)送 Email 等功能，從而大大擴(kuò)展 Inter 的應(yīng)用范圍。將來(lái) 通過(guò) Inter 傳輸?shù)男畔?，將?大部分 來(lái)自小型嵌入式系統(tǒng)。EMIT 由 emNet 和 emGateway 兩部分組成， emNet 協(xié)議運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)MCU 內(nèi)部，使得集成 emMicro 的嵌入式系統(tǒng)能夠和嵌入式網(wǎng)關(guān) emGateway 進(jìn) 4 行通信。 Webchip 是獨(dú)立的專用網(wǎng)絡(luò)接口芯片，嵌入式系統(tǒng)的 MCU 通過(guò)它與網(wǎng)關(guān) 連接 即可接收并 執(zhí)行經(jīng)由 Inter 遠(yuǎn)程傳來(lái)的命令或?qū)?shù)據(jù)交給 Webchip 發(fā)送出去。處理機(jī)加 TCP/IP 協(xié)議的方式最 為靈活，能按用戶需求實(shí)現(xiàn)很多復(fù)雜的功能，更 不需要 PC 機(jī)作網(wǎng)關(guān)，這種方式已經(jīng)成為現(xiàn)如今嵌入式 Inter 的主流解 決方案。 隨著數(shù)字視頻技術(shù)的發(fā)展，使得數(shù)字圖像 編碼 在各個(gè)方面得到廣泛的應(yīng)用，但各種 編碼 方法只有標(biāo)準(zhǔn)化后才能降低編解碼硬件的價(jià)格和解決不同 廠商設(shè)備之間的相互操作問(wèn)題。 H263 建議的是 低碼率圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上是 .H261 的改進(jìn)和擴(kuò)充，支持碼率小于 64Kbis/s 的應(yīng)用。這些措施使得 算法具有很高的編碼效率，在相同的重建圖像質(zhì)量下，能夠比 節(jié)約 50%左右的碼率。 MPEG2 不是 MPEGl的簡(jiǎn)單升級(jí)，MPEG2 在系統(tǒng)和傳送方面作了更加詳細(xì)的規(guī)定和進(jìn)一步的完善。實(shí)際上， MPEG4 對(duì) 64Kbis/s 以下、 64Kbis/s 至 384Kbis/s 和 384Kbis/s 至4Mbis/s 三種比特率范圍作了明確的最佳化處理 。 我國(guó)視頻監(jiān)控技術(shù) 的發(fā)展概況 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控是指遠(yuǎn)端的監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)通信系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng) 系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，其目的在于突破地域和環(huán)境上的限制，實(shí)現(xiàn)集中和高層監(jiān)控，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資源和社會(huì)資源的優(yōu)化配置。這是圖像監(jiān)控系統(tǒng)的早期實(shí)現(xiàn)方式，系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、監(jiān)視器、視頻線纜、控制線纜等組成，采用模擬方式傳輸，因此傳輸距離較短，主要應(yīng)用于小范圍監(jiān)控的場(chǎng)合?；?PC 機(jī)的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)生得益于數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)的日益成熟和微型計(jì)算機(jī) PC 的普及化。 第三階段， 基于嵌入式 Web 服務(wù)器的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng) 。 談的最多的就是 網(wǎng)絡(luò)帶寬、圖像質(zhì)量、 傳輸 延時(shí)、軟件系統(tǒng)的兼容性和 產(chǎn)品 價(jià)格等問(wèn)題， 在 這些問(wèn)題 中 有些已經(jīng)得到改進(jìn)，但 很多 都還沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的突破。如索尼 公司 最近在 08 年 推出 的 SONY SNCCS50P?？梢岳猛ㄓ玫?Web 瀏覽器瀏覽影視畫(huà)面。一些實(shí)力雄厚 并且掌握了核心技術(shù)的民族企業(yè)，在高端市場(chǎng)上牢牢地把持著自己的品牌地位，如華為、中興等。 目前，中國(guó)國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和視頻服務(wù)器 的生產(chǎn)廠商 非常多，除了一些已經(jīng)走出國(guó)門的大廠商外，一些非主打視頻監(jiān)控的 電子制造廠商也進(jìn)入了該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，如愛(ài)國(guó)者，天視通電子，趨勢(shì)電子，?？低?，天創(chuàng)恒達(dá)等均已打入市場(chǎng)，并取得了非常滿意的成績(jī)。第三， DM642 具備強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，能夠完成包括 JPEG、 MPEGMPEG 、 等圖像編碼處理 ，日后僅需通過(guò)編程改變軟件即可達(dá)到升級(jí)的目的，避免硬件資源的改動(dòng)和重復(fù)設(shè)計(jì)。掌握各芯片的 結(jié)構(gòu)和工作原理。同時(shí)，對(duì)基于 TCP/IP 實(shí)現(xiàn)視頻流傳輸?shù)乃惴ㄒ沧隽嗽敱M的研究，即 根據(jù)遠(yuǎn)端請(qǐng)求， 在不同的傳輸任務(wù)中使用不同的傳輸方式以達(dá)到流媒 體高效傳輸?shù)哪康?。論文共分為五章。由此本章提出了將DSP 技術(shù) 與 TCP/IP 協(xié)議結(jié)合起來(lái)的一種新型 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品 。 本文的第 3 章主要分析了 TCP/IP 協(xié)議及其各層的核心協(xié)議。本章對(duì)電路設(shè)計(jì)中關(guān)鍵部分進(jìn)行了介紹和分析， 針對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的帶寬估計(jì)和碼率分析做了理論上的深入分析 。 第 3 章傳輸算法的實(shí)現(xiàn)、第 4 章和第 5 章是系統(tǒng)的主要部分 ，也是本文的工作重點(diǎn)。 哈佛結(jié)構(gòu)是不用于傳統(tǒng)的馮這種改進(jìn)被成為改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。不同的產(chǎn)品流水線的深度也各不相同，例如，第一代 TMS320 處理器 采用 2 級(jí)流水線，其后幾代依次增加為 3 級(jí)、 4 級(jí)、 6級(jí)，在 TMS320C6000 中深度達(dá)到了 8 級(jí)，這就意味著可以同時(shí)并行 8 條指令。在數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算中，無(wú)論是濾波器還是DFT、 FFT 運(yùn)算，都存在大量的乘法運(yùn)算，乘法運(yùn)算的速度是數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)中的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。 DSP 芯片的一個(gè)重要特點(diǎn)是有一套專門為數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)。 哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的 DSP 指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使 DSP 芯片的指令周期在200ns 以下。 典型 DSP 芯片 比較 TI、 ADI 和 Motorola 公司的 DSP 芯片是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的主流芯片。由于 ADI 公司的開(kāi)發(fā)套件較貴，而且芯片開(kāi)發(fā)工具包相對(duì)復(fù)雜，因此本系統(tǒng)選用了 TI 公司的 TMS320DM642 芯片。 包括 C54x 和 C55x 定點(diǎn)DSP。 DM642 芯片結(jié)構(gòu)如圖 22[7]。容量較大的兩級(jí)緩存和 EDMA 通道是 DM642 高性能的體現(xiàn)之一，若能合理使用和管理，將能大幅度提高程序的運(yùn)行性能。由于內(nèi)部存儲(chǔ)器的工作頻率與 DSP 內(nèi)部時(shí)鐘同頻，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于片外存儲(chǔ)器的工作頻率，這就解決了 DSP 外部時(shí)鐘頻率小于內(nèi)部時(shí)鐘頻率的問(wèn)題。每一個(gè)視頻端口有兩個(gè)通道 ：A 和 B，另有一個(gè) 5120 字節(jié)的 FIFO 顯示緩存可以分給兩個(gè)通道使用。 DM642 以太網(wǎng)外設(shè) 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的網(wǎng)絡(luò)接口由 EMAC（ 10/100 Mb/s Ether MAC）與 MDIO（ Management Data Input/Output）兩部分組成，并 主要用來(lái)支持物理層的網(wǎng)絡(luò)器件（ PHY）與 DM642 的連接。失真度的定義可以用絕對(duì)誤差總和（ SAD）、絕對(duì)誤差均值（ MAD）、均方誤差（ MSE） 等來(lái)定義，較常用的 MAD，定義見(jiàn)式 (21) [10]。幀或者視頻對(duì)象的失真度可以取各相應(yīng)宏塊失真度的平均值。用解碼器的重建數(shù)值 Mij’’代替，采用這種全局失真度雖然增加了計(jì)算量，但是編碼結(jié)果會(huì)更加優(yōu)化。為了定義塊效應(yīng)程度 B，首先定義邊界差 值 V1 和 V2，如式 (24)和式 (25) [13]。39。 001 ( )()tTTtt M AXRtU dtT R t??? ? (26) 式中 RMAX(t)是 t 時(shí)刻網(wǎng)絡(luò) 最大可 用帶寬； R(t)是 t 時(shí)刻 視頻傳輸碼率。 DM642 接近于一個(gè)多媒體嵌入式系統(tǒng)的單芯片硬件平臺(tái)，并且具有完全的可編程 性，能夠兼容多種多媒體音視頻標(biāo)準(zhǔn)，非常適合網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)。 為了更好劃分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 提出 了開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型，如圖 31 所示 [15]。 物理層涉及到通信在信道上傳輸?shù)脑急忍亓?，它?shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)所需要的機(jī)械、電氣、功能性及過(guò)程等手段。會(huì)話層允許不同機(jī)器上的用戶建立會(huì)話關(guān)系， 協(xié)調(diào)不同應(yīng)用程序之間的通信 狀態(tài)。所以如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)在物理層就相同，使用中繼器就可以連起來(lái)；如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)物理層不同，鏈路層相同，使用橋接器可以連起來(lái)；如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)物理層、鏈路層都不同，而網(wǎng)絡(luò)層相同，使 用路由器可以互連；如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完全不同，使用協(xié)議轉(zhuǎn)換器（網(wǎng)關(guān)）可以互連。 TCP/IP 協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)分為四層，這四層由高到低分別是：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層。 網(wǎng)絡(luò)層也稱為互聯(lián)網(wǎng)層，由于該層的主要協(xié)議是 IP 協(xié)議，因而也可簡(jiǎn)稱為 IP 層。 應(yīng)用層向使用網(wǎng)絡(luò)的用戶提供特定的、常用的應(yīng)用程序 服務(wù) ，如遠(yuǎn)程登錄（ Tel） 、文件傳輸 （ FTP） 、超文本傳輸 （ HTTP） 和電子郵件 （ SMTP）等。地址邊界的上層為網(wǎng) 絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層用于對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，連接在一起的所有網(wǎng)絡(luò)為了能互相尋址，要使用統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)地址 （ IP 地址 ） 。 面向連接的 方式 要求在通信的源端和目標(biāo)端之間建立一條邏輯通路，一般稱為虛電路 （ Virtual Circuit） ，源端和目標(biāo)端之間通信時(shí)的所有信息都通過(guò)該通路傳輸 。使用這種方式時(shí)，由源端順序送出的各分組，由于每個(gè)分組在網(wǎng)絡(luò)中可能經(jīng)過(guò)不同的路徑到達(dá)目標(biāo)端，所以先發(fā)出的分組不一定就先到達(dá)目標(biāo)端，另外，也不能保證每個(gè)分組都能可靠地到達(dá)目標(biāo)端。 ICMP 協(xié)議 IP 數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸是通過(guò)網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)完成的。 Inter 控制報(bào)文協(xié)議 ICMP （ Inter Control Message Protocol） 就是用來(lái)探測(cè)并報(bào)告 IP 數(shù)據(jù)包傳輸中產(chǎn)生的各種錯(cuò)誤 [21]。端到端通信 由傳輸層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 TCP 是一個(gè)面向連接的協(xié)議， TCP 協(xié)議的高可靠性是通過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)前先建立連接，結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸時(shí)關(guān)閉連接，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中進(jìn)行超時(shí)重發(fā)、流量控制和數(shù)據(jù)確認(rèn)，對(duì)亂序數(shù)據(jù)進(jìn)行重排以及校驗(yàn)和等機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所謂三次握手，就是指在建立一條連接時(shí)通信雙方要交換三次報(bào)文 。 連接建立和關(guān)閉的過(guò)程如 圖 36 所 示 [25]，該圖是通信雙方正常工作時(shí)的情況。發(fā)送 TCP 報(bào)文段時(shí)，頭部的“確認(rèn)號(hào)”就指出該端希望接收的下一個(gè)字節(jié)的序號(hào)，其含義是在此之前的所有數(shù)據(jù)都已經(jīng)正確收到，請(qǐng)發(fā)送從確認(rèn)號(hào)開(kāi)始的數(shù)據(jù)。 RTP 通常使用 UDP 來(lái)傳送數(shù)據(jù)，但 RTP 也可以在 TCP 或 ATM 等其 25 他協(xié)議之上工作。 實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議 RTCP。 RTP 和 RTCP 配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開(kāi)銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) [27,28]。在 RTP 會(huì)話期間，各參與者周期性地傳送 RTCP 包。 RTP 本身并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機(jī)制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠 RTCP 提供這些服務(wù)。 表 31 TCP 和 UDP 的比較 Table 31 Comparison between TCP and UDP 比較項(xiàng)目 TCP UDP 建立 連接與關(guān)閉 有 無(wú) 數(shù)據(jù)傳輸效率 低 高 對(duì)數(shù)據(jù)的確認(rèn) 有 無(wú) 流量控制 有（滑動(dòng)窗口） 無(wú) 丟失分組的重發(fā) 有 無(wú)（由高層應(yīng)用程序負(fù) 責(zé)） 協(xié)議復(fù)雜性 復(fù)雜 簡(jiǎn)單 發(fā)送端緩沖 有 無(wú) 分組排序 有 無(wú) 重發(fā)分組的檢測(cè) 有 無(wú) 校驗(yàn)和 有 有（且算法相同） 在低層被分片的情況 可能性?。ㄒ?yàn)樵诮⑦B接時(shí)，雙方通知各自的 MSS，每個(gè) TCP報(bào)文段的長(zhǎng)度不超過(guò) MSS） 可能性大（因?yàn)閼?yīng)用程序每次輸出都產(chǎn)生一個(gè)UDP 報(bào)文，當(dāng)一次 有大量數(shù)據(jù)要輸出時(shí)，常在低層被分開(kāi)） 廣播與多播 不支持（因?yàn)樗⒁粚?duì)一的連接） 支持 使用場(chǎng)合 可靠性要求高，有大量數(shù)據(jù)要連續(xù)傳輸，該協(xié)議在互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用較多 對(duì)可靠性要求一般，但要求高效傳輸數(shù)據(jù)，或應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸量小的場(chǎng)合 基于 TCP/IP 應(yīng)用層的 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議 簡(jiǎn)介 實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議 RTP 和實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議 RCTP RTP（ Realtime Transport Protocol）是用于 Inter 上針對(duì)多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。 TCP 協(xié)議提供的是可靠的運(yùn)輸層。 由于 TCP 是一個(gè)全雙工協(xié)議，因此在通信過(guò)程中兩臺(tái)主機(jī)都可以獨(dú)立地發(fā)送數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)發(fā)送的任何一方可以提出關(guān)閉連接的請(qǐng)求。 第一，建立連接。被封裝在 IP 中的UDP 數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥繕?biāo)主機(jī)的 IP 層后，由目標(biāo)主機(jī)的 UDP 層根 據(jù)目標(biāo)端口號(hào)送到接收該數(shù)據(jù)的相應(yīng)進(jìn)程。 傳輸層協(xié)議分析 端到端通信 在互聯(lián)網(wǎng)中，任何兩臺(tái)通信的主機(jī)之間，從源端到目標(biāo)端的信道都是由一段一段的點(diǎn)到點(diǎn)通信線路組成的，如圖 35 所示 [22]。但這時(shí)數(shù)據(jù)包的發(fā)送站無(wú)法得知傳輸出錯(cuò)，也不知道錯(cuò)的具體原因。另外，這種方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較簡(jiǎn)單，適合于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，因此被很多網(wǎng)絡(luò)廠商所使用。由于互聯(lián)網(wǎng)所連網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和多樣性，因而很難保證所有節(jié)點(diǎn)都能可靠地 發(fā)送數(shù)據(jù)。