【正文】 模型。對(duì)于每一個(gè)視頻壓縮后需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的監(jiān)控端，必須考慮最小的延遲，根據(jù)壓縮后視頻的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，P幀的丟失對(duì)監(jiān)控端的解碼顯示效果影響很大。此外，可使用無(wú)連接傳輸協(xié)議，如UDP。盡管連續(xù)媒體流與控制流交叉是可能的，通常它本身并不發(fā)送連續(xù)流。RTSP提供了一個(gè)可擴(kuò)展框架，使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如音頻與視頻，的受控、點(diǎn)播成為可能。RTSP在體系結(jié)構(gòu)上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成數(shù)據(jù)傳輸。在RTP會(huì)話(huà)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TCPUDP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Internet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(xiàn)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(chǎng)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)。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)報(bào)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(gè)重要的邊界：一個(gè)是將操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序分開(kāi)的邊界，另一個(gè)是將高層互聯(lián)網(wǎng)地址與低層物理網(wǎng)卡地址分開(kāi)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。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鏈路層在TCP/IP協(xié)議棧的最低層，也稱(chēng)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(dòng)程序和計(jì)算機(jī)中對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡。這為具體實(shí)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，并且具有文件傳輸功能[16]。網(wǎng)絡(luò)層檢查網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌詻Q定傳輸報(bào)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(píng)估標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的原理和算法，這對(duì)系統(tǒng)的整體運(yùn)行評(píng)估起到了決定性的作用。然后針對(duì)TMS320DM642處理器CPU體系結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了DM642在運(yùn)算能力和多媒體處理方面的出色性能。 帶寬利用率（UT）實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊曨l應(yīng)當(dāng)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(lái)評(píng)價(jià)視頻的實(shí)時(shí)傳輸[14]。 (23)和失真度一樣，幀的視頻對(duì)象的PSNR可以取各相應(yīng)宏塊PSNR的均值，考慮到不同視頻對(duì)象重要性不同，幀的PSNR也可以取各視頻對(duì)象PSNR值的加權(quán)平均。 (22)式中：αj是視頻對(duì)象的權(quán)值；N是幀內(nèi)視頻對(duì)象的數(shù)目。 (21)式(21)是對(duì)宏塊Mi失真度的定義，式中Mij和Mij39。其中EMAC控制PHY與DM642之間的數(shù)據(jù)包的交換，MDIO控制PHY的配置與狀態(tài)的檢測(cè)。下面是這兩種模式的主要技術(shù)性能[8]。 DM642圖像視頻接口 DM642擁有三個(gè)可配置的視頻端口設(shè)備（VP0、VPVP2）。DM642芯片外設(shè)包括三個(gè)可以配置的視頻口，一個(gè)多通道音頻串行端口（McASP），兩個(gè)多通道串口（McBSP），64bit的外部存儲(chǔ)單元接口EMIF，66MHz32bit，10/100Mbps以太網(wǎng)接口（EMAC）及通用I/O端口（GPIO）等外圍接口。圖22 DM642芯片結(jié)構(gòu) Chip Structure of DM642DM642采用兩級(jí)緩存結(jié)構(gòu)，第一級(jí)包括相互獨(dú)立的L1P（16K字節(jié)）和L1D（16K字節(jié)），只能作為高速緩存使用。TMS320C200016/32主要針對(duì)控制應(yīng)用。表21 典型DSP芯片產(chǎn)品Table 21 Typical Products of DSPChip生產(chǎn)廠(chǎng)家主要產(chǎn)品系列定點(diǎn)位數(shù)主要應(yīng)用TITMS320C600032面向高端應(yīng)用，最適合寬帶網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字影像應(yīng)用。各公司主要芯片產(chǎn)品如表21所示[6]。TMS320系列處理器的指令周期已經(jīng)從第一代的200ns降低至現(xiàn)在的5ns以下。加法、減法、比較、移位、最大/最小值、絕對(duì)值運(yùn)算以及延遲操作等都可以由一系列特殊指令實(shí)現(xiàn)，極大的提高了性能和效率。為此DSP芯片采用專(zhuān)用的硬件乘法器，使得乘法運(yùn)算能夠在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。同時(shí)，指令并行運(yùn)行的條件在不斷降低，指令的范圍也在不斷擴(kuò)大。第二，多級(jí)的流水線(xiàn)操作。諾依曼結(jié)構(gòu)的并行體系結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相互獨(dú)立編址，獨(dú)立訪(fǎng)問(wèn)。論文最后對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)并提出了改進(jìn)方向。本文的第5章是對(duì)系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)的分析。重點(diǎn)講述了實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)乃惴ǚ治龊头桨笇?shí)現(xiàn)。本文的第2章主要介紹了數(shù)字信號(hào)處理器的結(jié)構(gòu)及原理，以及重點(diǎn)講述了本文將要采用的一款DSP芯片—TMS320DM642。本文第1章是緒論部分，即引言。第五，設(shè)計(jì)帶有網(wǎng)絡(luò)通信功能的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)在客戶(hù)端的呈現(xiàn)。第三，對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。本文所提出的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)系統(tǒng)，是可以脫離PC獨(dú)立工作的。 本課題主要研究?jī)?nèi)容及工作基于以上的分析，本文提出了基于TI公司DM642的嵌入式網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。而與知名企業(yè)不同，部分本地品牌依托自己靈活的應(yīng)變能力以及良好的性?xún)r(jià)比，也在市場(chǎng)上獲得了不錯(cuò)發(fā)展，并占領(lǐng)了不少的市場(chǎng)份額。除了索尼公司的SNCCS50P之外，還有松下KXHCM280、三星SNCL200P/SNCL200WP、安特ANTNWC10/50/100、瑞典AXIS的AXIS22xx系列等。它配備了10/100BASET的LAN端口，采用1/3英寸的CCD鏡頭，分辨率可達(dá)到640480，最高刷新幀率為30fps。很多國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商一味追求某一特性的優(yōu)越而忽視或干脆放棄了其它方面的性能，如有些廠(chǎng)商在設(shè)計(jì)初期，為了能使傳輸延遲降到最低，在視頻編碼壓縮上加大了壓縮比率，盡管傳輸速度和延遲性能得到了很大提高，但監(jiān)控圖像的整體清晰度和圖像質(zhì)量大打折扣。嵌入式Web服務(wù)器的主要原理是，視頻服器內(nèi)嵌入一個(gè)Web服務(wù)器，攝像機(jī)送來(lái)的視頻信號(hào)經(jīng)數(shù)字化后進(jìn)行壓縮編碼，通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)傳到Web服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)上的用戶(hù)可以通過(guò)專(zhuān)用軟件觀(guān)看攝像機(jī)圖像，授權(quán)用戶(hù)還可以控制攝像機(jī)云臺(tái)鏡頭的動(dòng)作或?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行配置。該種系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為：在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，有攝像頭、檢測(cè)和報(bào)警設(shè)備等，通過(guò)各自的傳輸線(xiàn)路連接到監(jiān)控終端。傳統(tǒng)模擬圖像監(jiān)視系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是圖像清晰、不丟幀、延遲小。視頻監(jiān)控技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展已有10年的歷史了。低比特率是MPEG4的一個(gè)主要的目標(biāo)，有關(guān)誤碼的校正，也給予了極大的關(guān)注，這將使MPEG4非常適合于易產(chǎn)生誤碼的環(huán)境中使用，例如個(gè)人手持式傳輸設(shè)備。MPEG2特別適用于廣播級(jí)的數(shù)字電視的編碼和傳送，被認(rèn)定為SDTV和HDTV的編碼標(biāo)準(zhǔn)。增加了差錯(cuò)恢復(fù)能力，能夠很好的適應(yīng)IP和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，是目前最具有發(fā)展前景的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。+++己發(fā)展成支持全碼率的應(yīng)用，這一點(diǎn)從它支持眾多的圖像格式就可以看出，如SubQCIF、QCIF、CIF、4CIF以及16CIF等格式。ITUT與ISO/IEC是制定視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的兩大組織，、主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻通信領(lǐng)域，如可視電話(huà)、會(huì)議電視。 數(shù)字圖像編碼技術(shù)的發(fā)展概況數(shù)字信號(hào)有很多優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)模擬信號(hào)數(shù)字化后其頻帶大大加寬，一路6MHz的普通電視信號(hào)數(shù)字化后，其碼率將高達(dá)167MbPs，對(duì)存儲(chǔ)器容量要求很大，占有的帶寬將達(dá)80MHz左右，這樣將使數(shù)字信號(hào)失去實(shí)用價(jià)值。和EMIT相比不需要PC機(jī)作網(wǎng)關(guān)。emGateway運(yùn)行在計(jì)算機(jī)中，應(yīng)用系統(tǒng)要通過(guò)emGateway與Intemet聯(lián)接。因此，嵌入式Internet將有很好的發(fā)展前景和廣闊的市場(chǎng)，未來(lái)的Internet將由嵌入式Internet占主導(dǎo)地位。嵌入式Internet技術(shù)的出現(xiàn)歷史雖然不是很長(zhǎng)，但是發(fā)展速度卻非常的快。通過(guò)TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)通過(guò)以太網(wǎng)與遠(yuǎn)程PC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。此外，將DSP與MCU融合在一起的雙核平臺(tái)，將成為DSP技術(shù)發(fā)展的一種新潮流。隨著芯片主頻的不斷攀升，存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)速度日益成為系統(tǒng)性能提升的瓶頸。在生產(chǎn)工藝上，采用1μm以下的CMOS制造工藝技術(shù)和砷化鎵集成電路制作技術(shù)，使集成度更高、速度更快、功耗更低，從而使高頻、高速的DSP處理器得到更大的發(fā)展。雖然從理論上講浮點(diǎn)DSP的運(yùn)算精度更高，動(dòng)態(tài)范圍更大，但定點(diǎn)DSP器件的成本較低，對(duì)存儲(chǔ)器的要求也較低，而且耗電較省?？删幊藾SP能給生產(chǎn)廠(chǎng)商提供較大的靈活性。T公司的DSP1DSP32等。1980年，日本NEC公司推出的μPD7720是第一個(gè)具有硬件乘法器的商用DSP芯片。在DSP出現(xiàn)以前，實(shí)時(shí)信號(hào)處理一般是在通用處理器中完成的。因此只要遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)擁有相應(yīng)的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，即可實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 IV 第1章 緒論 課題背景視頻監(jiān)控以其直觀(guān)、方便、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于安防、交通、公安、銀行、水利等各個(gè)領(lǐng)域，幾乎覆蓋各行各業(yè)，視頻監(jiān)控的技術(shù)和手段也在不斷的發(fā)展和提高，尤其是近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展、Internet的普及、多媒體處理手段的提高、視頻壓縮技術(shù)的成熟、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使視頻監(jiān)控技術(shù)正向全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（WebCamera）越來(lái)越受到遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域的關(guān)注。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。本文所討論研究的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是通過(guò)模擬采集的方法，將實(shí)時(shí)的視頻數(shù)據(jù)流采集到系統(tǒng)的緩存中，通過(guò)軟件編程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和壓縮，最后將系統(tǒng)作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)接駁于符合TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中（如Internet）。 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)技術(shù)發(fā)展概況 DSP技術(shù)的發(fā)展概況DSP的發(fā)展歷程大致經(jīng)歷了70年代的理論先行、80年代的產(chǎn)品普及、90年代的突飛猛進(jìn)和現(xiàn)如今的全領(lǐng)域應(yīng)用四個(gè)階段。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?？s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(mén)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(mǎn)足日益提高的信號(hào)處理需求。 嵌入式Internet技術(shù)的發(fā)展概況如今Internet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Internet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Internet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Internet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Internet的應(yīng)用范圍。將來(lái)通過(guò)Internet傳輸?shù)男畔?，將有大部分?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)行通信。Webchip是獨(dú)立的專(zhuān)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Internet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(hù)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Internet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(chǎng)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)，支持碼率小于64Kbis/s的應(yīng)用。在相同的重建圖像