【正文】 系 統(tǒng) 邊 界地 址 邊 界下 層 使 用 物 理 地 址上 層 使 用 I P 地 址操 作 系 統(tǒng) 內(nèi) 核 實 現(xiàn)應(yīng) 用 軟 件 實 現(xiàn) 圖 33 TCP/IP 協(xié)議的兩個邊界 Two Boundaries of TCP/IP Protocol 操作系統(tǒng)邊界的上面是應(yīng)用層，應(yīng)用層處理的是用戶應(yīng)用程序 （ 用戶進程 ） 的細(xì)節(jié)問題，提供面向用戶的服務(wù)。 無連接的方式并不 在源端和目標(biāo)端之間建立一條邏輯通路，而送到網(wǎng)絡(luò)中的每個分組帶有完整的目標(biāo)主機地址，收到分組的節(jié)點 （ 主要是路由器 ） 根據(jù)目標(biāo)地址和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況 （ 如通信量等 ） ，選擇一條合適的線路把分組發(fā)送到 22 接近目標(biāo)端的下一個節(jié)點，通過多個節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)，最終把分組送達目標(biāo)節(jié)點。因此，一個有效的錯誤檢查與報告機制對 TCP/IP 協(xié)議是非常重要的。 傳輸控制協(xié)議 TCP TCP 報文段 （ 常稱為段 ） 與 UDP 數(shù)據(jù)報一樣也是封裝在 IP 中進行傳輸?shù)模皇?IP 報文的數(shù)據(jù)區(qū)為 TCP 報文段。關(guān)閉連接時，由于在每個傳輸方向既要發(fā)送一個關(guān)閉連接的報文段，又要接收對方的確認(rèn)報文段，因此關(guān)閉一個連接要經(jīng)過 4 次握手。 RTP被定義為在一對一或一對多的傳輸情況下工作，其目的是 提供時間信息和實現(xiàn)流同步。 RTCP 包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信息動態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。通常 RTP 算法并不作為一個獨立的網(wǎng)絡(luò)層來實現(xiàn)，而是作為應(yīng)用程序代碼的一部分。接收方對收到的所有數(shù)據(jù)要進行確認(rèn)， TCP 的確認(rèn)是對收到的字節(jié)流進行累計確認(rèn)。 TCP 使用 “ 三次握手 ” （ 3way Handshake） 法來建 立一條連 接。 主 機 1 路 由 器 路 由 器 主 機 2網(wǎng) 絡(luò) 1 網(wǎng) 絡(luò) 2端 到 端點 到 點點 到 點 點 到 點 圖 35 傳輸層端到端通信 PorttoPort Communication in Transport Layer 端到端通信是建立在點到點通信基礎(chǔ)之上的，它是比網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層通信更高一級的通信方式，完成應(yīng)用程序 之間的通信。 Inter 使用的就是這種無連接的方式，由 IP 協(xié)議來實現(xiàn)。 應(yīng) 用 程 序 應(yīng) 用 程 序 應(yīng) 用 程 序 應(yīng) 用 程 序T C P U D PI P硬 件接 口A R P R A R P媒 體應(yīng) 用 層傳 輸 層網(wǎng) 絡(luò) 層鏈 路 層I C M P I G M P物 理 傳輸 介 質(zhì) 圖 34 IP 協(xié)議在 TCP/IP 協(xié)議族的地位 Position of IP Protocol in TCP/IP Protocol Family 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)存在兩種方式，即 面向連接的 （ Connectoriented） 和無連接的（ Connectionless） [19,20]。在TCP/IP 協(xié)議族中傳輸層包含兩個不同的傳輸協(xié)議：一個是 TCP（ 傳輸控制協(xié)議 ） ；另一個是 UDP（ 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 ） 。因此 TCP/IP成為了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的市場標(biāo)準(zhǔn)。傳輸層的基本功能是從會話層接受數(shù)據(jù)，并且 在必要的時候把它分成較小的單元，傳遞給網(wǎng)絡(luò)層 。 18 第 3章 數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò)傳輸原理 OSI 參考 模型 結(jié)構(gòu) 隨著遠程計算 需求 的不斷 增加，人們 開發(fā)出多種廣域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議， 以 滿足不同計算方式下遠程連接 的需求 。傳輸時間 T 內(nèi)的帶寬利用率定義見 式 (26) 。 塊效應(yīng)程度（ B） 在視頻處理中通常對宏塊分別進行編碼，因此在宏塊與宏塊之間可能出現(xiàn)明顯的邊界效應(yīng)，從而影響視頻質(zhì)量。分別是源圖像中的數(shù)值和在編碼器重建后的圖像數(shù)值。 二、 顯示模式的技術(shù)性能 顯示速率 110MHz； 一路連續(xù)視頻輸出，輸出格式為 YUV422 8bit 或 10bit 精度 ； 一路連續(xù) Y/C 16 或 20bit 數(shù)字視頻輸出，格式為 YUV422； YUV420 到 YUV422 變換，在 8bitYUV422 模式下，輸出 2 倍插值 ； 5.、 能產(chǎn)生行同步、場同步和消隱信號 。 L2 存儲單元和外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換由功能強大的增強型 DMA 控制器控制，因此在 CPU 處理片內(nèi)的數(shù)據(jù)時可以通過 EDMA 把片外的數(shù)據(jù)倒入片 內(nèi)，達到同步工作以提高效率?？晒ぷ髟?600MHz 時鐘速率，每個指令周期可并行運行 8 條32 位指令，因此可達到 4800MIPS 的峰值計算速度。為達到該處理速度，綜合考慮以上各因素，采用價格較便宜、功耗較低的定點 DSP 芯片即可。 第五，快速的指令周期。 第三，專用的硬件乘法器。為了進一步提高運行速度和靈活性，人們在基本的哈佛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上做了改進 ，一是允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲器中，并被算術(shù)運算指令直接使用，增強了芯片的靈活性；二是指令存儲器在高速緩沖器 Cache 中，當(dāng)執(zhí)行此指令時，不需要再從存儲器中讀取指令，節(jié)約了一個指令周期的時間。對主要的網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊部分代碼做了碼率分析優(yōu)化，使得數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中得到最大效率的傳輸。最后介紹了如今比較流行的一種視頻評估標(biāo)準(zhǔn)及其原理。 本文結(jié)構(gòu) 本文將對網(wǎng)絡(luò)攝像機視頻采集模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計做詳細(xì)的闡述。 第二，根據(jù)系統(tǒng)在速度等方面的要求，考慮到各個器件之間 的兼容性，對硬件進行合適的選擇和搭配，構(gòu)建出系統(tǒng)的硬件平臺。另外 大批的國內(nèi)廠商 根據(jù)自身實力及市場情況， 采取 了 OEM 的形式，其中亞安公司就是憑借 公司靈活的反映機制，極具競爭力的性價比，以及良好的售后服務(wù)贏得了市場，獲得了很大的發(fā)展。 SNCCS50P 無須通 過個人電腦便可以直接接入網(wǎng)絡(luò)。 盡管 視頻監(jiān)控技術(shù)在中國的 發(fā)展迅速，但 隨著社會化科技的進步和人們對產(chǎn)品功能的更高需求使得視頻監(jiān)控技術(shù)仍 有諸多瓶頸尚待“實質(zhì)性”突破。 第二階段， 基于 PC 機的多媒體監(jiān)控系統(tǒng) 。與 MPEG1 和 MPEG2 相比， MPEG4 更加注重多媒體系統(tǒng)的交互性和靈活性，它利用強大的工具開發(fā)出了全新的多媒體編碼概念，使之適用于互操作性和更大范圍內(nèi)的應(yīng)用，己成 為 目前 廣泛使用的壓縮系統(tǒng) [3]。 MPEG2 標(biāo)準(zhǔn)是針對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視和高清晰度電視在各種應(yīng)用下的壓縮方案和系統(tǒng)層的 詳細(xì)規(guī)定，編碼碼率從每秒 3 兆比特到 100 兆比特，標(biāo)準(zhǔn)的正式規(guī)范在 ISO/IEC13818 中。兩個組織也共同制定了一些標(biāo)準(zhǔn)， 標(biāo)準(zhǔn)等同于 MPEG2 的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，而最新的 標(biāo)準(zhǔn)則被納入 MPEG4的第 10 部分 [2]。 這其中又包括 兩種方式：利用 MCU 或者 DSP 的可編程特性，使用 高級語言編程的 方式直接處理TCP/IP 協(xié)議和采用固化了 TCP/IP 協(xié)議的 專用網(wǎng)絡(luò) 硬件芯片，如 Seiko Instruments 公司的 S7600A 等。 典型的嵌入式系統(tǒng)接入有三種方式 [1]： 第一，采用專用嵌入式網(wǎng) 絡(luò)協(xié)議的 EMIT（ 嵌入式 Inter 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）。最重要的是嵌入式網(wǎng)絡(luò)終端可以利用網(wǎng)絡(luò)減少操作的復(fù)雜性并降低使用成本， 同時通過設(shè)置權(quán)限可以使用網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資源，提高計算能力。 第五， DSP 與可編程器件相結(jié)合。 第三，系統(tǒng)級集成 DSP 是潮流。 當(dāng)今的 DSP 技術(shù)已經(jīng)進入了嶄新的 時代。世界上第一個單片DSP 芯片是 1978 年 AMI 公司宣布誕生的 S2811， 1979 年美國 Intel 公司發(fā)布 2 的商用可編程器件 2920 是一個主要里程碑。這種方法不僅成本高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性也非常低，由于普通 PC 并非是專門用于處理視頻數(shù)據(jù)的，因此系統(tǒng)的整體效率會很低。 致謝 ............................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 網(wǎng)絡(luò)攝像機技術(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年代的突飛猛進和現(xiàn)如今的全領(lǐng)域應(yīng)用四個階段。 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。 第二，定點 DSP 成為主流。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)。 嵌入式 Inter 技術(shù)的發(fā)展概況 如今 Inter 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 。將來 通過 Inter 傳輸?shù)男畔?，將?大部分 來自小型嵌入式系統(tǒng)。 Webchip 是獨立的專用網(wǎng)絡(luò)接口芯片，嵌入式系統(tǒng)的 MCU 通過它與網(wǎng)關(guān) 連接 即可接收并 執(zhí)行經(jīng)由 Inter 遠程傳來的命令或?qū)?shù)據(jù)交給 Webchip 發(fā)送出去。 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格和解決不同 廠商設(shè)備之間的相互操作問題。這些措施使得 算法具有很高的編碼效率，在相同的重建圖像質(zhì)量下，能夠比 節(jié)約 50%左右的碼率。實際上， MPEG4 對 64Kbis/s 以下、 64Kbis/s 至 384Kbis/s 和 384Kbis/s 至4Mbis/s 三種比特率范圍作了明確的最佳化處理 。這是圖像監(jiān)控系統(tǒng)的早期實現(xiàn)方式，系統(tǒng)主要由攝像機、監(jiān)視器、視頻線纜、控制線纜等組成，采用模擬方式傳輸，因此傳輸距離較短，主要應(yīng)用于小范圍監(jiān)控的場合。 第三階段， 基于嵌入式 Web 服務(wù)器的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng) 。如索尼 公司 最近在 08 年 推出 的 SONY SNCCS50P。一些實力雄厚 并且掌握了核心技術(shù)的民族企業(yè)，在高端市場上牢牢地把持著自己的品牌地位，如華為、中興等。第三， DM642 具備強大的運算處理能力，能夠完成包括 JPEG、 MPEGMPEG 、 等圖像編碼處理 ，日后僅需通過編程改變軟件即可達到升級的目的，避免硬件資源的改動和重復(fù)設(shè)計。同時，對基于 TCP/IP 實現(xiàn)視頻流傳輸?shù)乃惴ㄒ沧隽嗽敱M的研究，即 根據(jù)遠端請求， 在不同的傳輸任務(wù)中使用不同的傳輸方式以達到流媒 體高效傳輸?shù)哪康?。由此本章提出了將DSP 技術(shù) 與 TCP/IP 協(xié)議結(jié)合起來的一種新型 網(wǎng)絡(luò)攝像機產(chǎn)品 。本章對電路設(shè)計中關(guān)鍵部分進行了介紹和分析， 針對網(wǎng)絡(luò)攝像機的帶寬估計和碼率分析做了理論上的深入分析 。 哈佛結(jié)構(gòu)是不用于傳統(tǒng)的馮不同的產(chǎn)品流水線的深度也各不相同，例如，第一代 TMS320 處理器 采用 2 級流水線，其后幾代依次增加為 3 級、 4 級、 6級，在 TMS320C6000 中深度達到了 8 級，這就意味著可以同時并行 8 條指令。 DSP 芯片的一個重要特點是有一套專門為數(shù)字信號處理而設(shè)計的指令系統(tǒng)。 典型 DSP 芯片 比較 TI、 ADI 和 Motorola 公司的 DSP 芯片是目前國內(nèi)應(yīng)用的主流芯片。 包括 C54x 和 C55x 定點DSP。容量較大的兩級緩存和 EDMA 通道是 DM642 高性能的體現(xiàn)之一，若能合理使用和管理，將能大幅度提高程序的運行性能。每一個視頻端口有兩個通道 ：A 和 B，另有一個 5120 字節(jié)的 FIFO 顯示緩存可以分給兩個通道使用。失真度的定義可以用絕對誤差總和（ SAD）、絕對誤差均值（ MAD）、均方誤差（ MSE） 等來定義，較常用的 MAD，定義見式 (21) [10]。用解碼器的重建數(shù)值 Mij’’代替，采用這種全局失真度雖然增加了計算量，但是編碼結(jié)果會更加優(yōu)化。39。 DM642 接近于一個多媒體嵌入式系統(tǒng)的單芯片硬件平臺，并且具有完全的可編程 性，能夠兼容多種多媒體音視頻標(biāo)準(zhǔn)，非常適合網(wǎng)絡(luò)攝像機系統(tǒng)的研發(fā)。 物理層涉及到通信在信道上傳輸?shù)脑急忍亓?，它實現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)所需要的機械、電氣、功能性及過程等手段。所以如果兩個網(wǎng)絡(luò)在物理層就相同，使用中繼器就可以連起來；如果兩個網(wǎng)絡(luò)物理層不同，鏈路層相同，使用橋接器可以連起來；如果兩個網(wǎng)絡(luò)物理層、鏈路層都不同，而網(wǎng)絡(luò)層相同，使 用路由器可以互連；如果兩個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完全不同，使用協(xié)議轉(zhuǎn)換器（網(wǎng)關(guān)）可以互連。 網(wǎng)絡(luò)層也稱為互聯(lián)網(wǎng)層，由于該層的主要協(xié)議是 IP 協(xié)議，因而也可簡稱為 IP 層。地址邊界的上層為網(wǎng) 絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層用于對不同的網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)，連接在一起的所有網(wǎng)絡(luò)為了能互相尋址，要使用統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)地址 （ IP 地址 ） 。使用這種方式時，由源端順序送出的各分組，由于每個分組在網(wǎng)絡(luò)中可能經(jīng)過不同的路徑到達目標(biāo)端，所以先發(fā)出的分組不一定就先到達目標(biāo)端，另外，也不能保證每個分組都能可靠地到達目標(biāo)端。 Inter 控制報文協(xié)議 ICMP （ Inter Control Message Protocol） 就是用來探測并報告 IP 數(shù)據(jù)包傳輸中產(chǎn)生的各種錯誤 [21]。 TCP 是一個面向連接的協(xié)議， TCP 協(xié)議的高可靠性是通過發(fā)送數(shù)據(jù)前先建立連接，結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸時關(guān)閉連接，在數(shù)據(jù)傳輸過程中進行超時重發(fā)、流量控制和數(shù)據(jù)確認(rèn)，對亂序數(shù)據(jù)進行重排以及校驗和等機制來實現(xiàn)的。 連接建立和關(guān)閉的過程如 圖 36