【正文】 所有的 TCP、 UDP、 ICMP 及 IGMP 數(shù)據(jù)都以 IP 數(shù)據(jù)報格式傳輸?shù)?，如圖 34[18]。 TCP/IP 協(xié)議分為四層結(jié)構(gòu)，這四層結(jié)構(gòu)中有兩個重要的邊界：一個是將操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序分開的邊界，另一個是將高層互聯(lián)網(wǎng)地址與低層物理網(wǎng)卡地址分開的邊界，如圖 33 所示。 傳輸層提供 應(yīng)用程序之間的通信，也叫端到端 （ End to End） 的通信。 O S I 參 考 模 型層 描 述T C P / I P 層描 述O S I 層號應(yīng) 用 層表 示 層會 話 層傳 輸 層網(wǎng) 絡(luò) 層數(shù) 據(jù) 鏈 路 層物 理 層7654321鏈 路 層網(wǎng) 路 層傳 輸 層應(yīng) 用 層 圖 32 OSI 參考模型和 TCP/IP 參 考模型比較 Reference Model of TCP/IP and Its Comparison with that of OSI 20 鏈路層在 TCP/IP 協(xié)議棧的最低層，也稱為數(shù)據(jù)鏈路層或網(wǎng)絡(luò)接口層，通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和計算機中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡。 這為具體實現(xiàn)協(xié)議留下很大的余地。應(yīng)用層包含大量人們普遍需要的協(xié)議，并 19 且具有文 件傳輸功能 [16]。網(wǎng)絡(luò)層檢查網(wǎng)絡(luò)拓撲，以決定傳輸報文的最佳路由 。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議按功能組織成一系列“層”，每一層建筑在它的下層之上。本章最后研究了通用的 視頻評估標準及相應(yīng)的原理和算法，這對 系統(tǒng)的整體運行評估起到了決定性的作用。然后針對 TMS320DM642 處理器 CPU 體系結(jié)構(gòu)與特點，重點介紹了 DM642 在運算能力和多媒體處理方面的出色性能。 帶寬利用率 （ UT） 實時傳輸?shù)囊曨l應(yīng)當盡可能的利用可用帶寬，以獲得最佳的視頻質(zhì)量，因此帶寬利用率也可以用來評價視頻的實時傳輸 [14]。39。 2255( ) 1 0 lo g()P SN R M i D M i? (23) 和失真度一樣， 幀的視頻對象的 PSNR 可以取各相應(yīng)宏塊 PSNR 的均值，考慮到不同視頻對象重要性不同，幀的 PSNR 也可以取各視頻對象 PSNR 值的加權(quán)平均。 1()()Nj ijjD VOD fi N??? ? (22) 16 式中： α j 是視頻對象的權(quán)值； N 是幀內(nèi)視頻對象的數(shù)目 。,1( ) ( )256ij i jij MMD M i M A D M i ? ??? ? (21) 式 (21)是對宏塊 Mi 失真度的定義，式中 Mij 和 Mij39。原理如圖 23 所示 [9]。 一、 捕獲模式的技術(shù)性能 捕獲速率 80MHz； 兩路數(shù)字視頻輸入，格式為 YUV422，有 8bit 或者 10bit 精度 ； 3 、 一路 Y/C16 或 20bit 數(shù) 字視頻輸入，格式為 YUV422 ，支持SMPTE260M， SMPTE274M， SMPTE296M， 等標準 YUV422 到 YUV420 變換，以及在 8bit YUV422 模式下的亞采樣 。這些視頻端口設(shè)備提供了與一般視頻編解碼設(shè)備交互的界面，設(shè)備支持多種視頻標準和方案 （ 比如 CCIR60 、 、SMPTE125M、 SMPTE260M、 SMPTE274M、 SMPTE296M） 。 CPU 只對 Ll 的數(shù)據(jù)進行訪問，程序代碼和數(shù)據(jù)必須經(jīng)過外部存儲器到 14 L2， L2 到 Ll 的逐級搬移能被 CPU 訪問。第二級 L2（ 256K 字節(jié) ） 是一個統(tǒng)一的程序 /數(shù)據(jù)空間，可以整體作為 SRAM 映射到存儲空間，也可以整體作為第 二級 Cache，或是二者按比例的一種組合來使用。 ADI Blackfin 生物系統(tǒng)，消費類音頻設(shè)備，游戲 /學習輔助工具，便攜式測試儀器，網(wǎng)絡(luò)終端；醫(yī)用儀器，視頻會議，遠程監(jiān)控設(shè)備，機頂盒，汽車保險裝置，工業(yè)控制， VoIP 終端，機器視覺，家庭網(wǎng)絡(luò)，個人數(shù)字助理 ADSP21xx 無線通信，防火墻加速器，工作站安全模塊，工業(yè)控制設(shè)備，視覺網(wǎng)絡(luò)控制，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，測試 /測量系統(tǒng)，機器人控制 Motorola DSP56800 DSP56800E 運動控制，智能儀器 ,自動控制 ,溫度控制 ,醫(yī)藥設(shè)備 ,運輸中的燃料管理系統(tǒng) , 傳感器，交通信號控制 , 引擎管理，音頻解碼器 MSC8100 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備， IP 電話，視頻安全服務(wù)器，視頻監(jiān)控，圖像處理，軍工產(chǎn)品，手提電話 TMS320DM642 DM642 體系結(jié)構(gòu) TMS320DM642 是 Tl公司推出的 TMS320C64X 系列芯片中的一 款高性能數(shù)字多媒體處理 DSP 芯片，基于 C64X 內(nèi)核，具有擴展的高級甚長指令字 （ VelociTI） 體系結(jié)構(gòu)，具有 64 個 32 位通用寄存器， 8 個獨立計算功能單元 （ 2 個乘法器， 6 個算術(shù)邏輯單元 ） 可以并行運行，因此多條指令可同時執(zhí)行。 包括 C62x 和 C64x 定點 DSP 以及 C67x 浮點 DSP。 本系統(tǒng)要求圖像處理速度達到每 秒 20 幀以上，即要求實時圖像處理系統(tǒng)必須在 50ms 內(nèi)完成對一幀圖像的運算處理，圖像采集模塊的輸出為為 320240 像素?？焖俚闹噶钪芷谑沟?DSP 芯片能夠?qū)崿F(xiàn)許多高端應(yīng)用。例如， MAC 指令是連乘加指令，可以在單周期內(nèi)同時完成乘法和加法運算； RPTS 和 RPTB 指令是硬件判斷循環(huán)邊界條件，可以避免破壞流水 線。如在 TMS320C3x 系列 DSP 芯片中，有一個硬件乘法器，在 TMS320C6000 系列中則有兩個硬件乘法器。 如圖21 所示 [5]。 DSP 芯片的指令系統(tǒng)廣泛采用流水線操作，一個任務(wù)被分解為若干個子任務(wù)，各個任務(wù)可以在執(zhí)行時相互重疊，每條指令處于流水線上的不同階段。與兩個存儲器相對應(yīng)的是系統(tǒng)中 設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍 。 10 第 2章 DSP 原理 及視頻評估算法 DSP 芯片特點及 應(yīng)用 DSP 芯片的特點 為了實現(xiàn)高速的數(shù)字信號處理運算， DSP 芯片一般都采用特殊的軟硬件結(jié)構(gòu)，主要特點為以下幾個方面。包含兩個部分，首先是系統(tǒng)各功能模塊驅(qū)動程序的開發(fā)以及相應(yīng)模塊間通信的控制；其次是帶有網(wǎng)絡(luò)通信功能的客戶端軟件的開發(fā)設(shè)計。最后提出 了 一種不使用第三方流媒體協(xié)議而同樣達到流媒體傳輸?shù)乃惴▽崿F(xiàn)。 DM642 具有完全的可編程性，能夠兼容多種多媒體視頻標準，非常適合網(wǎng)絡(luò)攝像機系統(tǒng)的研發(fā)。本章對 DSP 技術(shù)的發(fā)展、嵌入式Inter 技術(shù)的發(fā)展、圖像編碼技術(shù)的發(fā)展以及視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展做了簡要的概括和分析。 第六，提高并完善系統(tǒng)的性能，優(yōu)化程序使軟硬件更好的結(jié)合，使有限的DSP 芯片資源最大限度的發(fā)揮其作用。在 DSP 的集成開發(fā)環(huán)境CCS 下，使用 DSP/BIOS 組件等工具進行程序設(shè)計 ，完成設(shè)備的初始化，使視頻模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊能夠在程序的驅(qū)動下正確的工作 。 整個設(shè)計過程主要有 以下幾個方面的工作： 第一，掌握 DSP 開發(fā)板的工作原理、硬件結(jié)構(gòu)和 CCS 開發(fā)環(huán)境，參考開發(fā)板的設(shè)計搭建出本系統(tǒng)的總體架構(gòu)。該方案主要有三大優(yōu)點：第一，系統(tǒng)只需一顆 DM642 芯片，加上簡單的外圍電路，即可完成圖像數(shù)據(jù)采集、編碼處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?。如安訊士等，非常注重產(chǎn)品的社會功用，對 產(chǎn)品的環(huán)保要求很高，要求給顧客提供的是高品質(zhì)，低耗能的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品一般均采用了 MPEG 編碼壓縮方式，以及支持多種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，產(chǎn)品性能普遍 較好。圖像壓縮采用 MPEG4 和 編碼 方式，可以變更任意區(qū)域的壓縮率。如何在網(wǎng)絡(luò)延遲和圖像質(zhì)量之間尋求一個平衡點，成為國內(nèi)該領(lǐng)域發(fā)展需要解決的一個重大課題。系統(tǒng)將視頻壓縮和 Web 功能集成到一個體積很小的設(shè)備內(nèi)，成本低、速度快，大大提高了圖像質(zhì)量和監(jiān)控效率，可以直接聯(lián)入以太網(wǎng)，布控區(qū)域廣，環(huán)境適應(yīng)性強，性能穩(wěn)定可靠，無需專人管理，而且系 統(tǒng)擴展能力強，可組成非常復雜的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。終端可以是一臺 PC 機，也可以是專用工業(yè)機箱組成的多媒體監(jiān)控終端。 但其功能單一、易受干擾、 成本較高、 無法升級、系統(tǒng)的擴展能力差，無法形成有效的報警聯(lián)動。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了 以下 三個重要的階段 [4]。當然， MPEG4 標準也支持碼率高達 ，甚至碼率高達 量的類和級 。 MPEG4 也是由 ISO/IEC 下的“動態(tài)圖象專家組”制定的圖像壓縮編碼標準，于 1999 年初正式成為國際標準。 MPEG2 是 MPEG 組織于 1994 年推出壓縮標準，以實現(xiàn)視 /音頻服務(wù)與應(yīng)用互操作的可能性。 是 ITUT 的 VCEG（視頻編碼專家組）和 ISO/IEC 的 MPEG 的聯(lián)合視頻組開發(fā)的一個新的數(shù)字視頻編碼標準，它既是 ITUT 的 ，又是ISO/IEC 的 MPEG4 的第 10 部分。 MPEG 系列標準是由 ISO/IEC 制定的，主要應(yīng)用于視頻存儲 （ DVD） 、廣播電視、因特網(wǎng)或流媒體等，廣泛使用的有 MPEG MPEG MPEG4 等編碼標準。數(shù)字壓縮技術(shù)很好地解決了上述困難，壓縮后信號所占用的頻帶大大低于原模擬信號的頻帶。 第三，在處理機中加入 TCP/IP 協(xié)議方式 的支持。這種方式對嵌入式系統(tǒng)的 MCU 要求較高，同時需要 PC 機做網(wǎng)關(guān)，目前已很少應(yīng)用。目前，基于 Inter 的嵌入式系統(tǒng)己成為人們研究的熱點。不少專家對此做出預(yù)測 ： 21 世紀將是嵌入式 Inter 的時代，將會產(chǎn)生比PC 機時代成百上千倍的 服務(wù)器和超級嵌入式服務(wù)器。嵌入式網(wǎng)絡(luò)終端相比于 PC，具有更高的安全性、可靠性，擁有更強大的數(shù)據(jù)運算能力，及更專業(yè)化的處理進程，同時也具有 PC 機的兼容性和擴展性。在許多嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，既需要在數(shù)據(jù)處理方面具有強大功能的DSP，也需要在智能控制方面技高一籌的 MCU。為了解決存儲器速度與 CPU 內(nèi)核速度不匹配的問題，高性能的 CPU 普遍采用 Cache（ 高速緩存 ） 機制，新的 DSP 芯片也開始采用這種結(jié)構(gòu)。 第四，通過并行和存儲器構(gòu)架的變化提升 DSP 芯片的性能。因此，定點的可編程 DSP 器件仍是市場上的主流產(chǎn)品。生產(chǎn)廠商可在同一個 DSP 平臺上開發(fā)出各種不同型號的系列產(chǎn)品，以滿足不同用戶的需求。 現(xiàn)如今 隨著 DSP 應(yīng)用的不斷擴展 和深入， DSP 器件 的發(fā)展 兼顧 了 3P 的因素，即性能 （ Performance） 、功耗 （ Power Consumption） 和價格 （ Price） 。 如今， TI 公司的 TMS320 系列產(chǎn)品已經(jīng)成為目前最有影響的 DSP 芯片，包括了定點、浮點和多處理器 3 個類型的產(chǎn)品，每個類型又有不同性能和 價格的具體系列可供用戶選擇。隨著集成電路制造工藝的不斷提高，二十世紀 70 年代末出現(xiàn)了專門的可編程數(shù)字信號處理器。 本系統(tǒng)以 TI 公司的 DM642 為核心，并設(shè)計出 將視頻采集、視頻編碼處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ芗捎谝惑w的網(wǎng)絡(luò)攝像機。 傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)攝像機是將攝像頭采集到的視頻信號送入與攝像頭連接的 PC 中，通過 PC 機安裝的相應(yīng)軟件將數(shù)據(jù)進行編碼、壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸。 I 目 錄 摘要 ................................................................................................................................ I Abstract ........................................................................................................................ II 第 1 章 緒論 ................................................................................................................. 1 課題背景 ............................................................................................................ 1 網(wǎng)絡(luò)攝像機技術(shù)發(fā)展概況 ................................................................................ 1 DSP 技術(shù)的發(fā)展概況 .................................................................................. 1 嵌入式 Inter 技術(shù)的發(fā)展概況 .............................................................. 3 數(shù)字圖像編碼技術(shù)的發(fā)展概況 .....................