【正文】 速度最快的 MPEG4 Codec a 對(duì)于一個(gè)第二代的 MPEG4 視頻編碼內(nèi)核來(lái)說(shuō) ， XviD 的各種算法設(shè)計(jì)都有代表性的先進(jìn)意義。量化就是在編碼時(shí)通過(guò)對(duì)時(shí)間或空間上相鄰的畫面單元進(jìn)行同化、模糊細(xì)節(jié)的程度，是對(duì)畫面質(zhì)量最基本的控制因素。而對(duì)于不包含太多運(yùn)動(dòng)信息的靜態(tài)畫面，則消減分配預(yù)算。因此，根據(jù)畫面鏡頭切換和運(yùn)動(dòng)幅度來(lái)變換關(guān)鍵幀的位置，有利于畫面質(zhì)量的提高。 /lXviD 初始化參數(shù) xvid enc create t xvid enc create。 mpeg4_ start()主要完成 XviD 的編碼器的初始化工作。由于在視頻壓縮中不是每一幀都記錄著全部的畫面信息，事實(shí)上只有關(guān)鍵幀一記錄著完整的畫面信息，而后續(xù)的 P 幀 ((PFrame)僅僅 是紀(jì)錄下與之前一幀的差值。 (3)運(yùn)動(dòng)偵測(cè) C Motion Seach )和曲線平衡分配 (Curve )。除了最原始單重估定碼流壓縮 (Ipass CBR)之外， XviD 提供了包括 :單重質(zhì)量模式動(dòng)態(tài)碼流壓縮、單重量化 (Quantization)模式動(dòng)態(tài)碼流壓縮、和包括外部控制和內(nèi)部控制的兩種雙重 (2pass)動(dòng)態(tài)碼流壓縮模式。 2020 年 2 月，黑客破解了 MS MPEG4 V3，并以此開發(fā)了一個(gè)新視頻編碼解碼平臺(tái)，這就是大名鼎鼎的 DivX。尤其對(duì)十無(wú)線電傳播，由于電磁波傳播是擴(kuò)散的，地理環(huán)境復(fù)雜多變，且用戶位置處于移動(dòng)中，不可預(yù)測(cè)，其信息傳輸更為不穩(wěn)定。抗誤碼工具包括再同步，數(shù)據(jù)恢復(fù)和誤差隱藏，且這些工具在 MPEG4 均得到了進(jìn)一步優(yōu)化。碼率控制在視頻編碼器中 起著非常重要的作用，一方面它調(diào)整編碼比特流滿足某種給定的帶寬條件 。 (1)分層編碼將整個(gè)視頻流分為 可逐級(jí)嵌入的若干層，不同復(fù)雜度的解碼器可根據(jù)自身能力，從同一數(shù)據(jù)流中抽出不同層進(jìn)行解碼，得到不同質(zhì)量、不同分辨率的視頻信號(hào)。 從前面的討論可以看出傳統(tǒng)的視頻編碼方法不太適合無(wú)線傳輸其根本原因是因?yàn)闊o(wú)線信道帶寬的可變性及不穩(wěn)定性。 .PVOP(Predicted VOP)，它采用上一個(gè) IVOP 或上一個(gè) PVOP 來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)。為此， MPEG4 提供了一個(gè)包含各種工具和算法的工具箱，給出各種任意形狀可視對(duì)象的高效表達(dá)式，可用于各種圖像和視頻的高效壓縮 [[z2]0 MPEG4 最重要的特點(diǎn)在于，它不同于傳統(tǒng)的圖像 /視頻編碼方法，第一次提出了基于對(duì)象的視頻編碼的概念和方法。視頻信號(hào)又對(duì)誤比特率有更 嚴(yán)格的要求。 無(wú)線通信中視頻系統(tǒng)應(yīng)至少滿足三個(gè)要求 : (1)對(duì)視頻信號(hào)要有很高的壓縮比。 無(wú)線信道對(duì)視頻信號(hào)的要求 無(wú)線通信技術(shù)擺脫了有線的束縛，成為追求自由通信的重要手段。壓縮技術(shù)就是將數(shù)據(jù)中的冗余信息去掉，而壓縮處理后的視頻質(zhì)量的高低是決定多媒體服務(wù)質(zhì)量好壞的主要因素。 MPEG4 壓縮理論與實(shí)現(xiàn) 4. 3. 2. 1 視頻壓縮技術(shù) 視頻壓縮是實(shí)現(xiàn)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)。音頻緩沖區(qū)可以被描述成下面的結(jié)構(gòu) : 圖 4. 9 音頻緩沖區(qū)結(jié)構(gòu) 在 Linux應(yīng)用程序中，通過(guò)對(duì) DSP設(shè)備文件節(jié)點(diǎn)的寫入 (write 和讀取 (read ) , 可以實(shí)現(xiàn)聲音的播放和錄音。//緩沖區(qū)大小 u int nbfrags。 燈 pedef struct{ audio 一 buf t *buffers。//指向緩沖區(qū)起始處 dma addr_t dma addr。 Open 方法首先判斷設(shè)備的打開方式 (讀取，寫入，讀 /寫 )，再根據(jù)設(shè)備的打開模式 初始化 PXA255 I2S 總線的工作模式 (發(fā)送、接收和收發(fā) )，并清空所需要的 DMA 緩沖區(qū)。 21 圖 4. 8 工 2S 總線上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式 UDA 1341 TS 驅(qū)動(dòng)程 序采用 Linux 上的音頻編程接口 OSS ( Open Sound System ) o 在音頻驅(qū)動(dòng)初始化的過(guò)程中，使用 register sound dsp()函數(shù)將音頻設(shè)備注冊(cè)為設(shè)備文件 /dev/dsp o int register soundes dsp(struct file operations *fops,int dev) 參數(shù) fops 指定了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的操作方法， dev 是設(shè)備的編號(hào)，如果是一 1，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分配一個(gè)未使用的音頻設(shè)備編號(hào)。采樣精度支持 16, 18, 20 位，采樣頻率最高為 48kHz 由于聲音報(bào)警對(duì)音量要求高，所以，設(shè)計(jì)硬件時(shí)就要使用功放芯片，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使用了 yamaha 公司的 YDA 144 音頻功放芯片來(lái)增加音頻接口的驅(qū)動(dòng)能力。 PXA255 內(nèi)置 I2S 音頻控制器， I2S 是同步串行總線接口，總線上最多只能有一個(gè)主控設(shè)備，由它 產(chǎn)生所有的時(shí)鐘 MCLK, LRCLK, SCLK 信號(hào)。這樣可以通過(guò)設(shè)定閉值來(lái)過(guò)濾一些不用關(guān)心的小目標(biāo)，比如說(shuō)小飛蟲等進(jìn)入監(jiān)控范圍內(nèi)所造成的圖像變化。因此，可以通過(guò)判斷圖像中的白點(diǎn)是否離散確定噪聲點(diǎn)。 圖 4. 5 Sobe 1 算子模板 設(shè)圖像中的象素是 f(i,j )，根據(jù)下列公式進(jìn)行計(jì)算 : 然后根據(jù)一定的閉值來(lái)取舍 s,大于閩值的點(diǎn)設(shè)為 255，小于閡值的點(diǎn)為 0，就得到了底為黑 (0)邊緣為白 (255)的圖像。在利用 V4L采集圖像時(shí)，調(diào)用 v41_ setpalette()函數(shù)，將 vd 設(shè)為 VIDEO 一 PALETTE_ YUV420，即采用 YUV420 的圖像采集格式，好處是色差通道可以比亮度通道用更低的采樣率。算法流程如圖 所示。 由于檢測(cè)算法是在嵌入式平臺(tái)上運(yùn)行，因此算法不能過(guò)于復(fù)雜，所以這里結(jié)合 (1) (3)兩種方法，提出基于邊緣的背景去除算法。通過(guò)邊緣提取技術(shù) (如 Sobel濾波等 )來(lái)獲得目標(biāo)的邊緣圖像。相關(guān)性檢測(cè)技術(shù)是指當(dāng)給定一幅圖像大小為 MxN 的數(shù)字圖像法 f (x,y)，與另一幅圖像相同大小的數(shù)字圖像 w (x, y)比較，求它們之間的相關(guān)性 (。系統(tǒng)能在各種光照條件下工做適應(yīng)日光、燈光強(qiáng)度變化的影響。這部分需要對(duì)監(jiān)控范圍內(nèi)的對(duì)象變化進(jìn)行判斷，因此要滿足如下要求 : (1)實(shí)時(shí)性好。 圖像識(shí)別報(bào)警模塊軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用功能設(shè)計(jì)，本監(jiān)控系統(tǒng)要對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)有異常發(fā)生時(shí)，通過(guò) GPRS 模塊的 Inter 無(wú)線接入，將異常圖像以彩信郵件方式及時(shí)、準(zhǔn)確的發(fā)送到用戶的手機(jī)屏幕上、電子郵箱中或監(jiān)控中心的電腦屏幕上，達(dá)到無(wú)線 17 遠(yuǎn)程監(jiān)控以及智能報(bào)警的目的。 if((vdmap=mmap(0, vd, PROT_READ}PROTes WRITE, MAP SHARED, vdfd, 0))0) return 一 I。 } 在 v41 open()函數(shù)中可以看到，成功開啟設(shè)備文件后，通過(guò)調(diào)用 v41_get capability()和 v41_get}icture()兩個(gè)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的信息以及圖像信息的獲取。 } 這里先定義了常量 DEFAULT DEVICE，作為默認(rèn)的視頻設(shè)備，當(dāng)應(yīng)用程序輸入的 dev 設(shè)備文件參數(shù)不存在時(shí)，就使用“ /dev/video0”這個(gè)默認(rèn)值，設(shè)備文件開啟后，將回傳的文件描述符放到 vdfd 里。 if ((vdfd=open(dev} O RDWR))0) return 一 1。 /*將影像放到 mmap()映射的內(nèi)存 */ int v41grab_ sync(v41_ device *vd)。/*關(guān)閉設(shè)備文件 */ int v41get capability(video 一 evice *vd)。 int framestat[2]。 int height。/*用于設(shè)置 ~ap*/ struct video 一 mbuf mbuf。 V4L 視頻程序設(shè)計(jì)時(shí)必須聲明兩個(gè)頭文件 sys/ 和 linux/,} 然后，遵循 V4L 給出 video device 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義 : typedef struct v41 input] int fd。start 指向欲對(duì)應(yīng)的內(nèi)存起始地址 。 mmap 調(diào)用同樣適用于設(shè)備文件，即可以用 mmap 調(diào)用將設(shè)備文件映射到內(nèi)存中去，對(duì)設(shè)備文件的讀寫就轉(zhuǎn)化為對(duì)內(nèi)存的讀寫。 V4L支持的 ioctl命令大概有二十幾個(gè) [[16]，在應(yīng)用中主要用的是下面幾個(gè)命令 : 14 表 4. 2 V4L 的主要控制命令 mmap 調(diào)用的功能是實(shí)現(xiàn)內(nèi)存映射，即將指定文件或?qū)ο蟮囊徊糠钟成涞絻?nèi)存中去。其主設(shè)備號(hào)是810 在嵌入式平臺(tái)上使用 USB 攝像頭時(shí)，先用 mknod 命令創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備結(jié)點(diǎn)/dev/video0 再用 In命令建立該結(jié)點(diǎn)與 /dev/v41/video0 的連接?，F(xiàn)在己經(jīng)有了 Video for Linux Two 驅(qū)動(dòng)，即V4L2，它解決了 V4L 中存在的一些問題，并提高了硬件性能。但嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)具體應(yīng)用的，所以本系統(tǒng)將 linux下的 zc301 驅(qū)動(dòng)程序通過(guò) menuconfig 配置以及內(nèi)核重編譯將設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以靜 13 態(tài)的方法編譯進(jìn)內(nèi)核，再將帶有 zc301 驅(qū)動(dòng)的內(nèi)核，將其燒寫到開發(fā)板上即可使用。也可以編譯成模塊在運(yùn)行時(shí)加載。本系統(tǒng)選用的是中星微 zc301，用它將攝取的數(shù)字視頻圖像直接通過(guò) USB接口送入開發(fā)板進(jìn)行處理。USB 設(shè)備端驅(qū)動(dòng)是最終與應(yīng)用程序交互的軟件模塊，向應(yīng)用程序屏蔽了硬件實(shí)現(xiàn)了的細(xì)節(jié)，使得應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣來(lái)操作外部設(shè)備，即可以使用和操作文件中相同的、標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用接口函數(shù)來(lái)完成對(duì)硬件設(shè)備的打開、關(guān)閉、讀寫和 I/O 控制操作。 Linux USB 主機(jī)驅(qū)動(dòng)由三部分組成 [[13]。 嵌入式 Linux下的視頻采集模塊軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)運(yùn)行的平臺(tái)是基于 Xscale 的嵌入式 Linux 系統(tǒng)。采用該選項(xiàng)進(jìn)行編譯， FLAT 格式的可執(zhí)行文件大小沒有變化，只是 .gdb 文件變大，這樣在 gdb 和 ddd 環(huán)境中就可以看到源代碼。首先需要在板子上移植 gdbserver，才支持通過(guò)以太網(wǎng)或串口遠(yuǎn)程調(diào)試。其實(shí)幾種方法相比之下，最有效便捷的方法還是 printf，尤其配合 mount 進(jìn) 11 行應(yīng)用程序的調(diào)試。假如程序運(yùn)行不對(duì)，可方便切換到宿主機(jī)去編輯、編譯，只要不重啟開發(fā)板就不必再作任何操作，因?yàn)?mount 的宿主機(jī)硬盤上的應(yīng)用程序會(huì)自動(dòng)覆蓋更新，再重新執(zhí)行的就是更改后的新版本。 NFS 直接在目標(biāo)板上開發(fā) 將宿主機(jī)和目標(biāo)板通過(guò)串口相連，在宿主 PC 機(jī)上運(yùn)行 mini 作為目標(biāo)板的顯示終端，利用 NFS 在目標(biāo)板端 mount 上宿主機(jī)硬盤，這樣就可直接在目標(biāo)板上調(diào)試宿主機(jī)硬盤中交叉編譯好的應(yīng)用程序。移植的工作要解決一個(gè)函數(shù)庫(kù)的問題。配置 NFS 的目的是讓目標(biāo)板通過(guò)網(wǎng)絡(luò)映像宿主機(jī)硬盤，從而使宿主機(jī)的硬盤成為目標(biāo)板的一個(gè)虛擬硬盤，這時(shí)你宿主機(jī)硬盤上的文件映射為目標(biāo)板上某一目錄中的文件。配置網(wǎng)絡(luò)時(shí)，主機(jī) IP 要與開發(fā)板的 IP 在同一子網(wǎng)內(nèi)。 (3) armlinuxgdb(交叉調(diào)試器 )，可使用多種交叉調(diào)試方式， gdbbdm(背景調(diào)試工具 )， gdbserver(使用以太網(wǎng)絡(luò)調(diào)試 )o ARMLinux 的打印終端通常情況下是串口，內(nèi)核在啟動(dòng)時(shí)所有的信息都打印到串口終端 (使用 printf 函數(shù)打印 )，同時(shí)也可以通過(guò)串口終端與系統(tǒng)交互。 表 3. 2 GNU 工具集 9 其中主要組件包括 : (1) armlinuxgcc: ARM 交叉編譯器，可以以交叉編譯的形式開發(fā)目標(biāo)應(yīng)用程序，即在宿主機(jī)上開發(fā)編譯可在目標(biāo)上運(yùn)行的二進(jìn)制文件。 (4)配置 glibc 編譯生成 glibc 的 C 函數(shù)庫(kù) 。編譯器的生成依賴于相應(yīng)的函數(shù)庫(kù)。嵌入式系統(tǒng)的 軟件開發(fā)采用交叉編譯調(diào)試的方式， 如圖 . 圖 3. 1 基于宿主機(jī)和目標(biāo)板的交又開發(fā)環(huán)境 交叉編譯調(diào)試環(huán)境建立在宿主機(jī)上，開發(fā)時(shí)使用宿主機(jī)上的交叉編譯、匯編及連接工具形成可執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，然后把可執(zhí)行文件下載到目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行。對(duì)于具體的應(yīng)用還需要開發(fā)具體的啟動(dòng)程序、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和上層應(yīng)用程序。 當(dāng)然，嵌入式 Linux 也存在其不足之處。 (4) Linux 符合 IEEE POSIX 編程標(biāo)準(zhǔn)，有非常好的可移植性和穩(wěn)定的性能。它們包括 RTLinux(實(shí)時(shí) Linux ),uClinux(用于非 MMU 設(shè)備的 Linux), Montavista Linux(用于 ARM, MIPS, PPC 的 Linux 分發(fā)版 )、 ARMLinux ( ARM 上的 Linux和其它 Linux 系統(tǒng)。它原本被設(shè)計(jì)為桌面系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于服務(wù)器領(lǐng)域。與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面的特點(diǎn)。一般的嵌入式系統(tǒng)具有以下特征 :系統(tǒng) 內(nèi)核小 。然后設(shè)計(jì)了基于嵌入式 Linux 操作系 統(tǒng)的應(yīng)用軟件框架，并指出了系統(tǒng)具備的特點(diǎn)。 (4)圖像識(shí)別報(bào)警功能采用基于邊緣檢測(cè)的背景去除算法，對(duì)異常情況識(shí)別準(zhǔn)確率高 。同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)具備智能圖像識(shí)別功能，對(duì)定點(diǎn)場(chǎng)景的異常情況進(jìn)行彩信，聲音等形式的報(bào)警。 (4)網(wǎng)