【正文】 V S ) 視頻 服 務(wù) 器接 入i n t e r n e t 圖 視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能框圖 本課題 完成的功能 是無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)中 PU端的 DVS（數(shù)字視頻服務(wù) 器）功能實現(xiàn)的主要部分， 主要實現(xiàn) 多路實時 視頻采集、視頻編碼、視頻發(fā)送 。 （ 2） 視頻編碼模塊： DSP上 實現(xiàn) ，通過 Codec Engine機制遠程調(diào)用編碼器， 實現(xiàn) 視頻數(shù)據(jù) 實時編碼 ； （ 3） 視頻發(fā)送模塊：采用 基于 UDP協(xié)議的 RTP實時傳輸協(xié)議 封裝 視頻數(shù)據(jù)，并 利用 MF210無線模塊實現(xiàn)視頻的 WCDMA無線傳 輸 。 多線程可以提高程序運行效率和系統(tǒng)的相應(yīng) 速度，但同時也引起了多個線程對共享數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問問題，如果不處理好線程間的同步，則可能造成共享數(shù)據(jù)的不一致性。 DaVinci 硬件開發(fā)環(huán)境 在嵌入式軟件開發(fā)中，軟件開發(fā)和嵌入式硬件結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系，可以 說硬件結(jié)構(gòu)在一定程度上決定了軟件構(gòu)架。它采用 的 32 位 ARM 指令集實現(xiàn)處理器最高的性能和靈活性，為了提高 代碼密度，處理器也支持 16 位的 Thumb 指令集。 TVP5158 是 4 路高清 NTSC/PAL 視頻 譯碼 器，它可將所有通用基帶模擬視頻解碼成數(shù)字視頻輸出 ，其視頻輸出端口支持 2種數(shù)字視頻格式： 8 位的 ITUR 4:2:2 格式和 16 位的 YCrCb 4:2:2 格式，可滿足標(biāo)清或高清視頻輸出。下面分別對 DaVinci 軟件框架中的 xDM 算法標(biāo)準(zhǔn)及 Codec Engine 進行介紹。 這些接口如 圖 所示 ，其中 x 為接口版本。 應(yīng)用程序接口與 Codec Engine 及 xDM 算法的結(jié)構(gòu)如圖 所示： V I D E N C 1 _ c r e a t e ( ) V I D E N C 1 _ c o n t r o l ( ) V I D E N C 1 _ p r o c e s s ( ) V I D E N C 1 _ d e l e t e。 （ 3） 算法開發(fā)周期短 由于 TI 公司提供了統(tǒng)一的 API 和雙核之間通信機制， 在嵌入式編程中，開發(fā)人員 避免了 利用 C 或匯編語言和底層硬件打交道， 降低了開發(fā)難度，縮短了算法開發(fā)周期。 DaVinci 軟件開發(fā)環(huán)境 DaVinci 平臺 在設(shè)計上具有兩大 技術(shù)優(yōu)勢 ： 一是 硬件上的優(yōu)勢，該平臺基于ARM+DSP 的雙核 處理 器 架構(gòu)，它使得 DaVinci 平臺既具有 ARM 的強大 管理控制功能，又有 DSP 所具備的 算法處理能力；另外一個 優(yōu)勢就 軟件方面， DaVinci軟件框 架由應(yīng)用層、信號處理層和 I/O 層三部分組成。同時豐富的外圍接口可以實現(xiàn)視頻的采 集、發(fā)送等 功能 。 DM6467 芯片主要組成部分是 一個 DSP 子系統(tǒng)、 一個 ARM 子系統(tǒng) 、兩個可編程的高清視頻協(xié)處理器 VICP0 和 VICP視頻預(yù)處理模塊 ： 包括一個視頻 轉(zhuǎn)換引擎和 兩個視頻輸入 /輸出端口 VPIF 接口 ，以及其它 外設(shè) 接口 。 重慶郵電大學(xué)碩士論文 第三章 搭建嵌入式開發(fā)環(huán)境平臺 14 第三章 搭建嵌入式開發(fā)環(huán)境平臺 嵌入式環(huán)境平臺搭建是嵌入式軟 件開發(fā)過程中最基礎(chǔ)、但也是非常 重要的工作，嵌入式開發(fā)環(huán)境平臺環(huán)境質(zhì)量決定了項目的開發(fā)的時間以及項目開發(fā)質(zhì)量 。這樣算法程序員和控制程序員可以獨立的完成各自的分工工作 ， 很大程度上 降低用戶的開發(fā)難度和開發(fā)周期。 （ 3）在視頻發(fā)送方面： 實現(xiàn)視頻的 無線 實時 傳輸 。 中心服務(wù)平臺從功能上分為流媒體服務(wù)器和信令管理服務(wù)器 ，它是系統(tǒng)中心管理服務(wù)器。 后續(xù)還有 R8 的 HSOPA 和 FDDLTE 等后續(xù)演進技術(shù) ，可以看出WCDMA 在不斷地快速發(fā)展。 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 9 ?口令認(rèn)證協(xié)議（ Password Authentication Protocol， PAP）和質(zhì)詢握手認(rèn)證協(xié)議（ ChallengeHandshake Authentication Protocol， CHAP）：為 PPP 連接提供用戶認(rèn)證功能，可以確保 PPP 連接的安全性。 協(xié)議的 設(shè)計目的主要是用來通過撥號或?qū)＞€方式建立點對點連接發(fā)送數(shù)據(jù)，使其成為各種主機、網(wǎng)橋和路由器之間簡單連接的一種共通的解決方案。 標(biāo)準(zhǔn)還引進了面向 IP 包的編碼機制，有利于網(wǎng)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 8 絡(luò)中的分組傳輸，支持網(wǎng)絡(luò)中視頻的流媒體傳輸。 標(biāo)準(zhǔn) [9]正是在這種 大的 背景下誕生。 V4L2 視頻采集 驅(qū)動接口 V4L2 是 Linux 平臺 下 視頻采集設(shè)備驅(qū)動程序 開發(fā) 的一套規(guī)范 。 結(jié)合整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行測試，通過實測圖像來評定系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的完成情況。 首先分析了 DaVinci硬件以及 軟件開發(fā)環(huán)境，并根據(jù)開發(fā)需完成嵌入式開發(fā)環(huán)境搭建，主要工作包括 嵌入式 Linux服務(wù)器搭建、開發(fā)工作站配置、嵌入式 Linux內(nèi)核移植等。 課題方案 中 ARM微處理器通過V4L2編碼驅(qū)動接口控制 TVP5158 芯片 實現(xiàn)視頻的多路復(fù)合 采集，經(jīng)過解復(fù)用之后， 把采集的視頻數(shù)據(jù)進行 實時 壓縮編碼，在應(yīng)用層利用 RTP實時傳輸協(xié)議封裝視頻數(shù)據(jù) ， 最后通過 MF210 無線發(fā)射模塊把視頻數(shù)據(jù) 發(fā)送到 WCDMA網(wǎng)絡(luò)中 。在嵌入式方面， DaVinci技術(shù)融合了 ARM與 DSP技術(shù)，這樣使 得達芬奇處理器既具備 ARM良好的控制功能， 又有 DSP強大的計算能力，能夠 滿足 更多應(yīng)用場合的 需求 。只要是網(wǎng)絡(luò)可達的地方，無論是以有線還是無重慶郵電大學(xué)碩士論文 第一章 緒論 3 線的方式，只要有需要就可以輕松地實現(xiàn)視頻監(jiān)控和 視頻數(shù)據(jù)的存儲。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)利用 微處理器的對數(shù)據(jù)的高速處理能力進行視頻的采集和編碼等處理，利用彩色視頻技術(shù)在高分辨率的顯示器 上實現(xiàn)多畫面的清晰顯示，大大提高了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量。模擬監(jiān)控系統(tǒng)的主要缺陷是： (1) 系統(tǒng)監(jiān)控區(qū)域有限。 64 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間的科研工作 61 不足和展望 34 視頻編碼模塊的實現(xiàn) 15 DaVinci 軟件開發(fā)環(huán)境 14 DaVinci 硬件開發(fā)環(huán)境 11 模塊總體架構(gòu)的設(shè)計 7 視頻傳輸協(xié)議與技術(shù) 分別 在視頻采集 子 模塊中 ， 設(shè)計 與 實現(xiàn)基于 V4L2采 集 驅(qū)動 規(guī)范 的 多路 視頻 的 復(fù)合 采集；在視頻編碼 子 模塊中， 設(shè)計與 實現(xiàn)基于 Codec Engine機制的 編碼 ， 主要工作包括 。本人授權(quán) 重慶郵電大學(xué) 可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。 學(xué)位論文作者簽名： 簽字日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解 重慶郵電大學(xué) 有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。 在 以上 基礎(chǔ)上 ， 完成視頻采集、視頻編碼、視頻發(fā)送三個 子模塊 具體的設(shè)計與實現(xiàn)。 4 本章小結(jié) 21 Linux 服務(wù)器搭建 48 視頻傳輸模塊實現(xiàn) 53 第五章 系統(tǒng)測試 60 第六章 總結(jié)與展望 61 致謝 但是，由于視頻信息流的在系統(tǒng)中依然是以模擬信號傳輸，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的的系統(tǒng)構(gòu)架難以發(fā)生 巨大 的變革，同時模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種單向、單功能形式的信息采集傳輸網(wǎng)絡(luò) ，因此雖然系統(tǒng)的整體技術(shù)已發(fā)展到很成熟的技術(shù)水平，但是由于以上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的局限 ，模擬監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)到達一個瓶頸階段，難以滿足日益提重慶郵電大學(xué)碩士論文 第一章 緒論 2 升的視頻監(jiān)控需求。 二． 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng) 90年代初，微處理器技術(shù)和彩色視頻技術(shù)的發(fā) 展推動了數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)與發(fā)展。 網(wǎng)絡(luò) 視頻監(jiān)控 即 IP監(jiān)控 ， 網(wǎng)絡(luò) 視頻監(jiān)控 就是 依靠 有線或者無線 IP網(wǎng)絡(luò) 以數(shù)字化的形式實現(xiàn)視頻信息的遠程傳輸。 基于嵌入式無線流媒體技術(shù)是嵌入式技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻編碼技術(shù)和流媒體傳輸技術(shù)的結(jié)合 [5]。 本課題 設(shè)計 源于本人 研究生期間 參與的科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項目《 基于 TDSCDMA的遠程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng) 》。 第三章是搭建系統(tǒng)的開發(fā)平臺。 第五章是對模塊 軟件的性能的測試與驗證。在硬件方面， DaVinci 技術(shù)集成了 ARM 與 DSP 雙核處理器，它在DSP 處理器運行 DSP/BOIS 操作系統(tǒng)，利用其強大的數(shù)據(jù)處理能力和高速的運轉(zhuǎn)速度實現(xiàn)對音視頻的編解碼以及實現(xiàn)圖像的相關(guān)處理；在 ARM 處理器運行MontaVista Linux 操作系統(tǒng)， 利用其良好的控制功能，實現(xiàn)對外圍設(shè)備的控制，如設(shè)備的初始化、遠程調(diào)用 DSP 算法庫等； 在軟件方面， TI 為視頻軟件開發(fā)商提供了標(biāo)準(zhǔn)化編碼器接口，增強了編碼器的移植性，簡化了二次開發(fā)的難度，同時 TI還提供了集成處理器、軟件、工具等支持，簡化了設(shè)計與開發(fā)進程，加速了產(chǎn)品重慶郵電大學(xué)碩士論文 第二章 視頻采集編碼發(fā)送模塊設(shè)計 7 開發(fā)與創(chuàng)新速度。 因此，視頻編碼技術(shù)也得到了更廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。在相同的重構(gòu)圖像質(zhì)量下， 與 和 MPEG4 標(biāo)準(zhǔn)相比，能節(jié)約 50%的碼率。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數(shù)據(jù)包。 ?網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（ NetworkControlProtocol， NCP）：協(xié)商該鏈路上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式與類型，建立、配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。在R7 版本中下行最大速度又被提升到 21Mbps/28Mbps/42Mbps ，甚至56Mbps/84Mbps。 PU端是系統(tǒng)的信息采集和處理端，實現(xiàn)告警信息、內(nèi)容分析數(shù)據(jù)采集處理，以及音視信息的采集、編碼、發(fā)送以及本地存儲，具 有視頻數(shù)據(jù)和控制信令的雙向傳送功能。 （ 2）在視頻編碼方面： 實現(xiàn) 高速編碼 、高壓縮比的編碼 算 法 ，使得系統(tǒng)可以應(yīng)用于帶寬較小的無線網(wǎng)絡(luò) 。在編碼過程中， ARM 和 DSP 之間的 交互是通過 Codec Engine 機制 完成，這樣 DSP 處 理器端程序員只需關(guān)注如何開發(fā)DSP 算法， ARM 處理器端程序員只需負責(zé)編寫控制程序，雙方不需要關(guān)心算法和控制程序間如何實現(xiàn)通信的。 從 采 集 設(shè) 備 獲 取原 始 數(shù) 據(jù) b u f f e r行 交 叉 復(fù) 用 數(shù) 據(jù) b u f f e r行 交 叉 解 復(fù) 用編 碼空 b u f f e r 返 回等 待 發(fā) 送 的編 碼 數(shù) 據(jù) b u f f e r主 循 環(huán) 開 始編 碼 b u f f e r 發(fā) 送獲 取 原 始 數(shù) 據(jù)b u f f e r 采 集 下 一 幀發(fā) 送 b u f f e r 返 回行 交 叉 解 復(fù) 用編 碼空 b u f f e r 返 回編 碼 后 的 數(shù) 據(jù) b u f f e r