【正文】 論 1 第一章 緒論 視頻監(jiān)控系統(tǒng)行業(yè)背景 隨著人 們對(duì)安全要求的不斷提高和嵌入式微處理器 、多媒體壓縮技術(shù)以及無(wú)線傳 輸技術(shù)的迅猛發(fā)展，無(wú)線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到了快熟的發(fā)展與應(yīng)用。 網(wǎng) 絡(luò) 視 頻監(jiān) 控?cái)?shù) 字 視頻 監(jiān) 控高 清模 擬 視頻 監(jiān) 控智 能模 擬 攝 像 機(jī)+ 錄 像 機(jī)（ 磁 帶 式 ）模 擬 攝 像機(jī) + D V R模 擬 攝 像 機(jī)+ D V S + 存 儲(chǔ)網(wǎng) 絡(luò) 攝 像機(jī) + 存 儲(chǔ)模 擬 攝 像 機(jī)+ D V R （ 網(wǎng) 絡(luò) ）1 9 9 92 0 0 52 0 1 0 圖 監(jiān)控應(yīng)用的變遷 一． 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng) 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用專用 的同軸線纜傳輸模擬的視頻信號(hào)，它 的系統(tǒng)硬件組成主要部分是 攝像機(jī)、線纜、錄像機(jī)和監(jiān)視器等 設(shè)備。由于模擬信號(hào)在同軸電纜傳輸?shù)姆秶邢?，?dǎo)致系統(tǒng)通常只適合 應(yīng)用在范圍較小的監(jiān)控區(qū)域 ； (2) 系統(tǒng)的擴(kuò)展 能力差 。 所以，要滿足 對(duì)視頻監(jiān)控更高的要求，監(jiān)控?cái)?shù)字化是必由之路。這種基于微 處理器的 多媒體主控平臺(tái)系統(tǒng)被稱為數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 三 .網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng) 90年代末期 ，隨著計(jì)算機(jī)處理能力 提高 、 多媒體編解碼技術(shù) 發(fā)展 、 網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲(chǔ)容量的 迅速提升 、 以及各種 視頻 處理技術(shù)的 發(fā)展 ， 以 嵌入式技術(shù) 為 主要平臺(tái) ，以網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)為 依托 ，以智能圖像分析為特色的 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng) 正快速的登上視頻監(jiān)控的舞臺(tái) ， 引發(fā)了視頻監(jiān)控行業(yè)的技術(shù)革命， 贏得了 學(xué)術(shù)界、 用戶 的高度重視。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控還可以完美的和其它類(lèi)型的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，便于系統(tǒng)的兼容與擴(kuò)展。在 中 國(guó)， 伴隨著 技術(shù) 日漸成熟 和成本 降低，以及在 ―平安城市 ‖工程、世博會(huì) 、 奧運(yùn)會(huì)等 重大項(xiàng)目和事件的 推動(dòng)下，視頻監(jiān)控 市場(chǎng)得以快熟的發(fā)展和結(jié)構(gòu)調(diào)整 ， 使得 基于網(wǎng)絡(luò)的 數(shù)字監(jiān)控逐步成為 市場(chǎng)主導(dǎo) ， 而 傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控市場(chǎng)逐步萎縮 。 在 傳輸 方面， 無(wú)線視頻監(jiān)控具有高移動(dòng)性、架設(shè)靈活、管理方便和綜合成本低的優(yōu)點(diǎn)。 在 流媒體傳輸方面， RTP協(xié)議是應(yīng)用非常廣泛的流媒體實(shí)時(shí)傳輸 協(xié)議 ，針對(duì)流媒體傳輸?shù)倪B續(xù)性、實(shí)時(shí)性和占用帶寬較大的特性 ， RTP協(xié)議 經(jīng)常 配合使用 UDP不可靠傳輸協(xié)議來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。 論文最終完成了無(wú)線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻采集、編碼、發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)與實(shí) 現(xiàn)。 第二章是 模塊的 總體設(shè)計(jì)。 第四章是 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 部分。具體 實(shí)現(xiàn) 過(guò)程是： 構(gòu)建 H264編碼器，主要工作包括完成 xDM封裝， Codec Server生成 、 Codec Engine引擎配置等 ；最后在應(yīng)用層遠(yuǎn)程 調(diào)用編碼器 的 VISA API接口實(shí)現(xiàn)視頻 編碼； （ 3）視頻發(fā)送子模塊：實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的無(wú)線發(fā)送。 第六章 對(duì)論文進(jìn)行總結(jié)及下一步 研究方向。 模塊 相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù) 研究 Davinci 技術(shù) 達(dá)芬奇技術(shù)由達(dá)芬奇處理器、達(dá)芬奇軟件 、達(dá)芬奇開(kāi)發(fā)工具和達(dá)芬奇技術(shù)支持組件等優(yōu)化構(gòu)成 ， 其結(jié)構(gòu)如圖 所示 [6][7]。 它為 Linux 中視頻設(shè)備訪問(wèn)提供了通用接口，在 Linux 系統(tǒng)中， V4L2 驅(qū)動(dòng)的 Video 設(shè)備節(jié)點(diǎn)路徑通常 /dev/video/中的 videoX。 視頻編碼技術(shù) 隨著 近年 來(lái)嵌入式流媒體技術(shù)快速 發(fā)展， 這使得 視頻會(huì)議，視頻監(jiān)控，可視電話，以及視頻直播等 得到了長(zhǎng)足的發(fā)展 。 標(biāo)準(zhǔn)是由 ITUT 和 ISO/IEC聯(lián)合開(kāi)發(fā)的， 它 定位于覆蓋整個(gè)視頻應(yīng)用領(lǐng)域，包括：傳輸 DVD 和 數(shù)碼相機(jī) 的 高清晰度的視頻 應(yīng)用、傳輸 電視廣播標(biāo) 的 準(zhǔn)清晰度和高清晰度 視頻 的應(yīng)用、 傳輸Inter 上的視頻流 的 應(yīng)用 以及傳輸 低碼率的無(wú)線 視頻 應(yīng)用等。 NAL 層主要目 標(biāo)是根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)情況，對(duì) VCL 層的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包與發(fā)送。 具有很強(qiáng)的抗誤碼特性，可適應(yīng)丟包率 高、干擾嚴(yán)重的無(wú)線信道中的視頻傳輸 [10][ 11]。RTP 數(shù)據(jù)通常配合 UDP 協(xié)議使用， 利用 UDP 的多路復(fù)用及校驗(yàn)和服務(wù)共同完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸功能， UDP 建立在 IP 協(xié)議基礎(chǔ)上， 為用戶提供了一種而向不可靠的、無(wú) 連接的 數(shù) 據(jù)傳輸服務(wù)，適合傳輸對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 在 20 世紀(jì) 80 年代末，串行線互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (Serial Line Inter Protocol， SLIP)因傳輸性能問(wèn)題阻礙了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，于是人們 開(kāi)發(fā)了 PPP 協(xié)議來(lái)解決遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)連接的問(wèn)題 [12]。數(shù)據(jù)包的最大長(zhǎng)度由具體網(wǎng)絡(luò)的 MTU 決定。 PPP 連接的建立主要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段， 第一階段 ： LCP 連接協(xié)商 階段，主要完成對(duì) 基本的通訊方式進(jìn)行選擇 ， 第二階段 ： CHAP 密碼認(rèn)證階段， 主要完成客戶端的權(quán)限認(rèn)證，第三階段： NCP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)商階段，主要完成對(duì)上層網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的配置。 目前 WCDMA 有 Release 9 Release Release Release 6 Release 7 等版本。 目前， 國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)主要有三種制式的 3G 標(biāo)準(zhǔn)，主要有聯(lián)通的 WCDMA、移動(dòng)的TDSCDMA 以及電信的 CDMA20xx。系統(tǒng)從功能角度上可劃分為三個(gè)模塊：監(jiān)控前端（ PU）、中心服務(wù)平臺(tái)、監(jiān)控客戶端（ CU）。其中媒體服務(wù)器主要功能是采用流式協(xié)議將 DVS發(fā)過(guò)來(lái)的視頻信息轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控客戶端，信令服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信令流的控制，主要負(fù)責(zé)客戶端控制信令的收發(fā)和解析； CU端是系統(tǒng)的客戶應(yīng)用端，主要完成音視頻信息以及警告信息對(duì)監(jiān)控用戶的呈現(xiàn)，根據(jù)用戶權(quán)限的不同，高權(quán)限用戶還可以通過(guò) CU實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備管理、用戶管理等。 本課題的主要內(nèi)容就是 ，針對(duì)無(wú)線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)視頻龐大的數(shù)據(jù)量大、對(duì)實(shí)時(shí)性的高要求和目重慶郵電大學(xué)碩士論文 第二章 視頻采集編碼發(fā)送模塊設(shè)計(jì) 11 前的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載能力之間的矛盾， 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用在無(wú)線傳輸環(huán)境下 、基于 DaVinci技術(shù)的遠(yuǎn)程視頻 監(jiān)控 系統(tǒng)的多 路實(shí)時(shí)視頻采集、編碼、 發(fā)送方案。 性能指標(biāo) 各種功能的具體性能指標(biāo)如下： （ 1）視頻采集模塊 ： 基于 TVP5158芯片， 采用 V4L2采集驅(qū)動(dòng)接口完成視頻采集 。 其 硬件 框圖如圖 所示。 模塊 總體 架構(gòu) 的 設(shè)計(jì) 為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，整個(gè)系統(tǒng)軟件主要設(shè)計(jì)為四個(gè) POSIX 線程，分別是主線程（ ），采集線程（ ），視頻線程（ ），和發(fā)送線程（ ） [13]。 具體交互過(guò)程為：系統(tǒng)啟動(dòng)后，主線程首先創(chuàng)建并初始化采集線程、視頻線程和發(fā)送線程，然后將控制權(quán)交給 SIP 信令控制線程（ ）， SIP 信令控制線程負(fù)責(zé)循環(huán)監(jiān)聽(tīng)客戶端的指令。本章主要介紹了 DaVinci硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)（ DM6467） 的軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境 ，并完成了嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建，主要是 Linux 服務(wù)器搭建、工作站配置、嵌入式 Linux 平臺(tái)的初始化。 DM6467 處理器 特點(diǎn) DM6467 處理器是一種基于 DSP 的片上系統(tǒng)（ SoC），充分利用了德州儀器（ TI）的 DaVinciTM（達(dá)芬奇）技術(shù)，集成了 兩 個(gè)高性能的 ARM926EJSTM 內(nèi)核與 TMS320C64x+TM DSP 內(nèi)核，兼有 DSP 和 RISC 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可同時(shí)完成 8路實(shí)時(shí) 編解碼，以滿足下一代嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)媒體編解碼數(shù)字媒體處理需求 。 重慶郵電大學(xué)碩士論文 第三章 搭建嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境平臺(tái) 15 H i g h D e f i n i t i o n V i d e o I m a g i n g C o p r o c e s s o r ( H D V I C P 1 )H i g h D e f i n i t i o n V i d e o I m a g i n g C o p r o c e s s o r ( H D V I C P 0 )交 換 中 心 資 源 （ S C R ）J T A G 接 口電 源 / 休 眠多 重 管 腳時(shí) 鐘發(fā) 生 器A R M 9 2 6 E J S C P U1 6 K BI C a c h e8 K BD C a c h e3 2 K B R A M8 K B R O MC 6 4 x + ? D S P C P U1 2 8 K B L 2 R A M3 2 K B L 1 P g m3 2 K B L 1 D a t aE D M AC R G E NV D C EI 2 CM c A S PS P IU A R T看 門(mén) 狗定 時(shí) 器通 用定 時(shí) 器P W MV i d e oP o r t I / FP C I( 3 3 M H z )U B S 2 . 0P H YV L Y N QE M A C / M D I OH P ID D R 2M e m C t l r( 1 6 b / 3 2 b )A s y n c E M I F / N A N D / S m a r t M e d i aA T AT S I F外 設(shè)串 行 接 口 系 統(tǒng)連 通 性程 序 / 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ)系 統(tǒng) 控 制輸入時(shí)鐘A R M 子 系 統(tǒng)D S P 子 系 統(tǒng)視 頻 圖 像 處 理 器 圖 DM6467 結(jié)構(gòu)圖 ARM 子系統(tǒng)： 采用 基于 RISK 技術(shù)、主頻為 500MHz 的 ARM926EJS?做為內(nèi)核。 DSP 子系 ：采用 TI 公司 MS320C6000 系列 中具有最高的數(shù)據(jù) 處理速度的TMS320C64x+DSP，主頻為 1GHz。 采集譯碼器 TVP5158 功能概述 為了與 DM6467 的高性能數(shù)字信號(hào)處理能力相配合，本設(shè)計(jì)采用 TI 公司的重慶郵電大學(xué)碩士論文 第三章 搭建嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境平臺(tái) 16 TVP5158 芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）。為了 降低 亮度和色度信號(hào)（ Y/C）之間 交叉干擾 ，采用 5 線自 適應(yīng)梳狀 濾波器 進(jìn)行 Y/C 分離，這種分離方式使得 Y/C 完全互補(bǔ)，因此沒(méi)有信號(hào)丟失。 在本文所采用的 DM6467 平臺(tái)下，應(yīng)用層位于 ARM 端的 Linux 系統(tǒng)上，應(yīng)用層的開(kāi)發(fā)者能夠充分根據(jù) 開(kāi)發(fā) 需要，通過(guò) 編寫(xiě)相關(guān)的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程算法的控制調(diào)用；信號(hào)處理層位于 DSP 端，重慶郵電大學(xué)碩士論文 第三章 搭建嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境平臺(tái) 17 主要負(fù)責(zé) 各種音視頻編解碼算法 的處理 及 DSP 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) DSP/BIOS 的運(yùn)行 等；I/O 層是 DaVinci 各種輸入輸出外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序。 要在不修改 TI 公司為 DaVinci 平臺(tái)提供的雙核通信機(jī)制下實(shí)現(xiàn)自己的音視頻算法，就需要使算法遵循 xDM 標(biāo)準(zhǔn)。 xDM 標(biāo)準(zhǔn) 擴(kuò)展了 8 中接口類(lèi)型 ， 以面對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景（例如音視頻編解碼、圖像處理等）。 例如，在實(shí)現(xiàn)音頻算法 時(shí)，若需要將 WMA 算法替換為 MP3 算法，應(yīng)用程序也需要做較大的改變 [16]