【正文】 .........................................................................................................37 AODV 相關(guān)模塊掛載 .................................................................................................................................38 系統(tǒng)應(yīng)用層軟件實現(xiàn) ..................................................................................................... 38 采集節(jié)點應(yīng)用層軟件實現(xiàn) ...................................................................................................................38 接收節(jié)點應(yīng)用層軟件實現(xiàn) ...................................................................................................................40 系統(tǒng)驗證 .............................................................................................................................. 43 AdHoc 網(wǎng)絡(luò)驗證 .........................................................................................................................................45 視頻傳輸性能驗證 ....................................................................................................................................47 本章小節(jié) .............................................................................................................................. 48 第六章 總結(jié)與展望 .............................................................................................................................................. 49 致謝 ......................................................................................................................................................................... 50 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................................................ 51 附錄 ......................................................................................................................................................................... 52 1 第一章 前言 項目背景和意義 視覺是人類最高級的感覺器官， 所以圖像在人類感知中扮演著最重要的角色，這是毫無疑問的 [1]。 視頻是以有序單幀圖像為元素的重要信息載體，在通信領(lǐng)域的地位越來越重要。 另外， 考慮到視頻質(zhì)量和視頻傳輸時延方面的需求，視頻編解碼技術(shù) 應(yīng)該具有高壓縮比、編解碼快速以及較強的容錯能力。 研究開發(fā)現(xiàn)狀分析 視頻傳輸系統(tǒng) [3]在視頻監(jiān)控、流媒體傳輸 等領(lǐng)域有著相當(dāng)多的應(yīng)用。 視頻編解碼算法的研究現(xiàn)狀 視覺是人類最高級的感覺器官，是人類獲取信息最為重要的途徑，作為最為重要的信息載體之一，視頻圖像在人們的日常生活中無處不在，如網(wǎng)頁、電影、視頻監(jiān)控、電子游戲、記錄性圖像 等。由 ISO/IEC 運動圖像專家組（ MPEG）制定的活動圖像編碼 標(biāo)準(zhǔn) MPEG MPEG2 和MPEG4； ISO/IEC 和 ITUT 組成的聯(lián)合視頻組（ JVT）制定的 標(biāo)準(zhǔn)。 它還 提高了視頻傳輸質(zhì)量可控性，并 具有較強的差錯處理能力，適用范圍更廣。 1999 年后 進行了多次完善和更新，相繼發(fā)布了 、 、 以及 等標(biāo)準(zhǔn)。符合 無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)并使用DSSS 直接序列擴頻技術(shù)的廠家的產(chǎn)品全部可以提供 2Mbps 的速率，因此 DSSS 技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。 標(biāo)準(zhǔn)采用了與原始標(biāo)準(zhǔn)相同的核心協(xié)議，工作頻率為 5GHz，使用 52 個正交頻分復(fù)用副載波，最大原始數(shù)據(jù)傳輸速率為 54Mbps，達(dá)到了現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)中等吞吐量 20Mbps 的要求。 2020 年上半年， 成為正式標(biāo)準(zhǔn)，它采用了將多進多出（ MIMO） 和正交頻分復(fù)用（ OFDM）技術(shù)相結(jié)合的 MIMOOFDM 技術(shù)，使得無線傳輸質(zhì)量和傳輸速率均得到較大提升。另外，相同的硬件平臺也可以移植不同的嵌入式操作系統(tǒng)。其缺點是價格昂貴?？捎糜?8 位、16 位以及 32 位單片機或數(shù)字信號處理器（ DSP）。這是它的缺點。 Linux 擁有遍布全球的愛好者 ，龐大的開 發(fā)人員基數(shù)是嵌入式 Linux 的又一個重大優(yōu)勢。嵌入式 Linux 的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛 ，包括 PDA、 ATM、機頂盒、工業(yè)控制、醫(yī)療電子等領(lǐng)域。由于視頻傳輸節(jié)點的工作環(huán)境可能較為復(fù)雜，系統(tǒng)的體積、功耗和穩(wěn)定性方面往往有所要求，所以多為嵌入式系統(tǒng)。 2. 結(jié)合單片機和 DSP 的設(shè)計方案 [10] 此方案結(jié)合了單片機和 DSP 的優(yōu)點，利用單片機實現(xiàn)控制功能， DSP 進行數(shù)據(jù)處理，二者相互配合可以很好地完成較高性能的視頻傳輸系統(tǒng)，但系統(tǒng)的綜合成本較高。它采用 編解碼技術(shù)對視頻數(shù)據(jù)進行處理，采用 S3C6410 處理器實現(xiàn) 的硬編解碼，采用無線自組網(wǎng) 的傳輸方式靈活搭建傳輸網(wǎng)絡(luò)。 （ 4） 實現(xiàn)中繼節(jié)點的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。論文的結(jié)構(gòu)如下： 第一章， 提出 無線視頻傳輸系統(tǒng) 的研究意義，分析 相關(guān)領(lǐng)域的研究和開發(fā)現(xiàn)狀，并闡述了本項目的項目目標(biāo)和范圍。 第 五 章， 介紹 無線 視頻傳輸系統(tǒng)軟硬件的具體實現(xiàn)，并驗證系統(tǒng)的整體性能。 （ 2）中繼節(jié)點實現(xiàn)壓縮數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能。 需求分析 無線視頻傳輸系統(tǒng)的具體需求如表 21。采 8 集節(jié)點和接收節(jié)點分別通過顯示器向用戶反饋每幀壓縮數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。矩形框代表類，直線連接代表類的對象間關(guān)聯(lián)關(guān)系。包括 MFC 硬件模塊、 用戶鍵盤 、 LCD 顯示器、 CMOS 攝像頭和 USB 無線網(wǎng)卡等。 （ 3） All_Tasks 有兩個擴展的抽象類： System_ISR 和 System_Tasks。 它 們是系統(tǒng)的 n 個任務(wù)。無線視頻傳輸系統(tǒng) 采用“ 采集節(jié)點 —— 中繼節(jié)點 —— 接收節(jié)點 ”的結(jié)構(gòu) 設(shè)計方式，組成無線 局域網(wǎng) 。 在此模式下，無線工作站組成網(wǎng)絡(luò)，無需 AP。采用 AdHoc 網(wǎng)絡(luò)，通過視頻數(shù)據(jù)的多跳傳輸，本項目解決了普通無線網(wǎng)絡(luò)無法長距離傳輸?shù)膯栴}。此節(jié)點的 硬件 結(jié)構(gòu) 如圖 33 所示： 圖 33 采集節(jié)點 硬件 結(jié)構(gòu) 圖 中繼節(jié)點硬件 結(jié)構(gòu) 設(shè)計 中繼節(jié)點主要完成的功能有視頻數(shù)據(jù)的接收和視 頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。此節(jié)點的 硬件 結(jié)構(gòu) 圖如圖35 所示： 圖 35 接收節(jié)點 硬件 結(jié)構(gòu) 圖 14 節(jié)點 軟件架構(gòu)設(shè)計 本小節(jié)主要闡述了 無線視頻傳輸系統(tǒng) 各個功能節(jié)點的軟件 架構(gòu)設(shè)計，主要是 采集節(jié)點 、中繼節(jié)點和 接收節(jié)點 。圖 37 顯示了 采集節(jié)點 軟件架構(gòu)。而傳輸控制模塊工作在網(wǎng)絡(luò)層，不涉及到應(yīng)用層的設(shè)計。根據(jù) 接收節(jié)點 所要實現(xiàn)的功能，該節(jié)點的應(yīng)用層軟件主要由視頻 數(shù)據(jù) 接收模塊、視頻數(shù)據(jù)解碼模塊、 視頻 顯示 模塊 以及組建自組織 AdHoc 網(wǎng)絡(luò)所必需的運行 AODV 路由協(xié)議的路由模塊 組成。 其中 三 個節(jié)點的主控模塊 以及 采集節(jié)點 和 接收節(jié)點 的 顯示模塊的硬件可以完全相同；而發(fā)送模塊、轉(zhuǎn)發(fā)模塊和 接收模塊 和 可以使用相同的硬件設(shè)備 ， 本文將三者合并為網(wǎng)絡(luò)模塊。 在中繼節(jié)點，控制路由協(xié)議的運行和報文的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。 S3C6410 處理器是三星公司生產(chǎn)的基于 ARM1176JZFS 內(nèi)核的 16/32 位高性能、低功耗、高性價比的 RISC（ reduced instruction set puter）通用微處理器。一個集成的 MFC[13]（ MultiFormat video Codec） 支持 MPEG4/，此硬件編解碼器支持實時 視頻會議以及 NTSC 和 PAL 制式的 TV 輸出。 DRAM 端口可以通過配置支持 Mobile SDRAM、 SDRAM 、 Mobile DDR、 DDR。 S3C6410 的內(nèi)部功能框圖如圖 42 所示： 圖 42 S3C6410 內(nèi)部功能框圖 22 圖像采集模塊設(shè)計 圖像采集模塊 在 采集節(jié)點 中使用，它負(fù)責(zé)圖像的采集，并將圖像數(shù)據(jù)交給主控模塊實現(xiàn) 編碼 ，最終由此節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)模塊負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)的發(fā)送。 該模塊體積小巧、成像清晰，適用于手持設(shè)備，攝像監(jiān)控等應(yīng)用 ， CAM130 模塊的原理圖如圖 43 所示。 采集節(jié)點 和 接收節(jié)點 中的 發(fā)送模塊和接收模塊 受主控模塊控制，完成視頻數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收 ； 中繼節(jié)點 的 轉(zhuǎn)發(fā)模塊 完成視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。該網(wǎng)卡支持 ，支持Windows Windows Vista、 Windows XP、 Windows 20 Linux 和 Mac OS 等操作系統(tǒng)，支持 WEP、 WPA、 WPA2 無線網(wǎng)路安全機制，并支持 QoS 和 WMM 功能以為本項目提供穩(wěn)定聲音與影像傳輸?shù)姆?wù)。 本項目采用了 NEC 公司生產(chǎn)的 N43 ” LCD 液晶屏，分辨率達(dá)到 480*272，帶一線精準(zhǔn)觸摸， 支持 16 位的 RGB。 24 底層軟件模塊設(shè)計 系統(tǒng)底層軟件設(shè)計主要包括四部分： Bootloader 移植，操作系統(tǒng)移植，設(shè)備驅(qū)動移植和根文件系統(tǒng)移植。通過 Bootloader， 可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，最終為操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備正確的運行環(huán)境。其源代碼目錄、編譯形式等與 Linux 內(nèi)核很相似。之后 執(zhí)行 make 命令生成 鏡像文件，并用三星公司提供的 程序?qū)㈢R像文件燒寫到 SD 卡上，制作成 SD 25 啟動卡。正是由于 Linux 的眾多優(yōu)點， ARM Linux 得到了廣泛的應(yīng)用。其源代碼分布如圖 44 所示： 圖 44 Linux 源代碼分布圖 其中， /arch 子目錄包含了所有特定硬件結(jié)構(gòu)的內(nèi)核代碼，如 arm、 i386 等； /drivers 子目錄包含了內(nèi)核中所有的設(shè)備驅(qū)動程序，如 usb、 video 等； /include 子目錄 包含了建立內(nèi)核所需的大部分庫文件； /init 子目錄包含了內(nèi)核的初始化代碼；/kernel 子目錄包含了主內(nèi)核代碼； /ipc 子目錄包含了進程間通信代碼； /mm 子目錄包含了所有的內(nèi)存管理代碼； /fs 子目錄包含了所有的文件系統(tǒng)代碼，如 jffs ext3等； / 子目錄包含了網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的代碼。 3. 設(shè)備驅(qū)動的配置 設(shè)備的驅(qū)動配置基本是在 Linux 內(nèi)核配置中完成的。它主要由三部分組成：與文件管理相關(guān)的軟件、被管理的文件和實施文件管理所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其核心概念是超級塊（ super block），i 節(jié)點（ inode），數(shù)據(jù)塊（ data block），目錄塊（ directory block）和間接塊（ indirection block）。 IBM、 Nokia 的工程師 Thomsa Gleixner， Artem Bityutskiy 等人于 2020 年發(fā)起，致力于開發(fā)性能卓越、擴展性高的 Flash 專用文件系統(tǒng)，最終誕生了 ubifs。 采集節(jié)點 的攝像頭在 Linux 中對應(yīng)設(shè)備文件 “ /dev/video0”。 在獲取攝像頭設(shè)備屬性、設(shè)置圖像格式和初