【正文】 用不用的協(xié)議實(shí)現(xiàn)視頻的傳輸，在程序的架構(gòu)上也是我們常說的CS（客戶服務(wù)器）模式，每個(gè)發(fā)送的過程相互獨(dú)立，根據(jù)帶寬做最大化的發(fā)送，已達(dá)到客戶端監(jiān)控的最好視頻效果。緩沖區(qū)是循環(huán)使用的，假如發(fā)送過慢，有可能數(shù)據(jù)還沒有發(fā)送完，就被新的視頻覆蓋。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。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。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)。TCP協(xié)議提供的是可靠的運(yùn)輸層。第一，建立連接。 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)通信線路組成的，如圖35所示[22]。另外，這種方式實(shí)現(xiàn)起來也比較簡單，適合于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，因此被很多網(wǎng)絡(luò)廠商所使用。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]。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。這為具體實(shí)現(xiàn)協(xié)議留下很大的余地。網(wǎng)絡(luò)層檢查網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，以決定傳輸報(bào)文的最佳路由。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。 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評(píng)價(jià)視頻的實(shí)時(shí)傳輸[14]。 (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。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。 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）。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。表21 典型DSP芯片產(chǎn)品Table 21 Typical Products of DSPChip生產(chǎn)廠家主要產(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。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。為此DSP芯片采用專用的硬件乘法器，使得乘法運(yùn)算能夠在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。第二，多級(jí)的流水線操作。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。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)。本文第1章是緒論部分，即引言。第三，對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)。 本課題主要研究內(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。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。很多國內(nèi)廠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。該種系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為：在監(jiān)控現(xiàn)場，有攝像頭、檢測和報(bào)警設(shè)備等，通過各自的傳輸線路連接到監(jiān)控終端。視頻監(jiān)控技術(shù)在中國的發(fā)展已有10年的歷史了。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)。+++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。 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。emGateway運(yùn)行在計(jì)算機(jī)中，應(yīng)用系統(tǒng)要通過emGateway與Intemet聯(lián)接。嵌入式Internet技術(shù)的出現(xiàn)歷史雖然不是很長，但是發(fā)展速度卻非常的快。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。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?？删幊藾SP能給生產(chǎn)廠商提供較大的靈活性。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。因此只要遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)擁有相應(yīng)的訪問權(quán)限，即可實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。 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。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(diǎn)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Internet傳輸?shù)男畔?，將有大部分來自小型嵌入式系統(tǒng)。Webchip是獨(dú)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Internet遠(yuǎn)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(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)格和解決不同廠商設(shè)備之間的相互操作問題。在相同的重建圖像質(zhì)量下，%左右的碼率。實(shí)際上，MPEG4對(duì)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(shí)現(xiàn)方式，系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、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(yuǎn)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(shí)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(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，能夠完成包括JPEG、MPEGMPEG，日后僅需通過編程改變軟件即可達(dá)到升級(jí)的目的，避免硬件資源的改動(dòng)和重復(fù)設(shè)計(jì)。同時(shí)，對(duì)基于TCP/IP實(shí)現(xiàn)視頻流傳輸?shù)乃惴ㄒ沧隽嗽敱M的研究，即根據(jù)遠(yuǎn)端請求，在不同的傳輸任務(wù)中使用不同的傳輸方式以達(dá)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(jī)產(chǎn)品。本章對(duì)電路設(shè)計(jì)中關(guān)鍵部分進(jìn)行了介紹和分析，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的帶寬估計(jì)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(jí)流水線，其后幾代依次增加為3級(jí)、4級(jí)、6級(jí)，在TMS320C6000中深度達(dá)到了8級(jí)，這就意味著可以同時(shí)并行8條指令。DSP芯片的一個(gè)重要特點(diǎn)是有一套專門為數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)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(diǎn)DSP。容量較大的兩級(jí)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(yùn)行性能。每一個(gè)視頻端口有兩個(gè)通道：A和B，另有一個(gè)5120字節(jié)的FIFO顯示緩存可以分給兩個(gè)通道使用。失真度的定義可以用絕對(duì)誤差總和（SAD）、絕對(duì)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]。 峰值信噪比（PSNR）宏塊峰值信噪比定義如式(23)所示[12]。 本章小結(jié)本章介紹了數(shù)字信號(hào)處理器的特點(diǎn)，分析了DSP的性能比較，闡述了本系統(tǒng)選擇DM642的依據(jù)。圖31 OSI七層模型及其功能 Function of OSI SevenLayer Model協(xié)議分層大大簡化了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的復(fù)雜性，這實(shí)際也是自頂向下、逐步細(xì)化的程序設(shè)計(jì)方法的很好的應(yīng)用。表示層關(guān)注于所傳輸?shù)男畔⒌恼Z法和意義。如圖32所示[17]。要注意有些應(yīng)用層協(xié)議是基于TCP協(xié)議的（如FTP和HTTP等），有些應(yīng)用層協(xié)議是基于UDP協(xié)議的（如SNMP等）。這種方式看似簡單，易于實(shí)現(xiàn)，但其最大的缺點(diǎn)是如果不能保證虛電路中沿途經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)都能可靠地發(fā)送數(shù)據(jù)，就可能使網(wǎng)絡(luò)崩潰。如果在IP數(shù)據(jù)包的傳輸過程中，某個(gè)網(wǎng)關(guān)因?yàn)槟撤N原因無法轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包就會(huì)被丟棄。 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP UDP協(xié)議在工作時(shí)是建立在IP協(xié)議之上的，UDP從進(jìn)程的緩沖區(qū)接收進(jìn)程每一次產(chǎn)生的輸出，對(duì)每次輸出都生成一個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)，然后把生成的UDP數(shù)據(jù)報(bào)直接封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中進(jìn)行傳輸，因此在傳輸層使用UDP協(xié)議時(shí)，發(fā)送端不需要發(fā)送緩沖區(qū)。第二，關(guān)閉連接。 TCP與UDP的比較 下面對(duì)這兩個(gè)協(xié)議進(jìn)行一下比較，見表31[26]。RTCP（Realtime Transport Control Protocol）和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。RTSP是應(yīng)用級(jí)協(xié)議，控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的發(fā)送。在RTSP連接期間，RTSP用戶可打開或關(guān)閉多個(gè)對(duì)服務(wù)器的可靠傳輸連接以發(fā)出RTSP請求。加入P幀丟失，改P幀后面的P幀即使正確的傳輸?shù)娇蛻舳?，也無法正確解碼顯示[31]。 實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)考慮到具體的傳輸，當(dāng)讀任務(wù)讀到一包數(shù)據(jù)后，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)服務(wù)器的數(shù)據(jù)通道可以用三種不同的方式發(fā)送數(shù)據(jù)：TCP傳輸、UDP傳輸、多播傳輸。本章詳盡介紹了TCP/IP協(xié)議的結(jié)構(gòu)體系和其主要協(xié)議，其中重點(diǎn)闡述了核心的IP協(xié)議與TCP、UDP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。輸入任務(wù)從底層驅(qū)動(dòng)程序獲得圖像幀，經(jīng)過采樣、濾波、A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，一方面起到了壓縮數(shù)據(jù)的作用，另一方面則為下一步圖像編碼提供了兼容的采樣格式。圖44 網(wǎng)絡(luò)傳輸子模塊 Network Transmission SubModule控制子系統(tǒng)的主要工作是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)發(fā)送控制指令、接收各部分?jǐn)?shù)據(jù)信息及應(yīng)答信息、進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理等。圖45 硬件原理框圖 Hardware Principle DiagramDSP的最小系統(tǒng)包括DM64SDRAM和FLASH。FLASH選用了單片容量為8Mb的芯片。圖47 PLL電源 PLL Power 存儲(chǔ)器時(shí)鐘 系統(tǒng)外部存儲(chǔ)器的最高頻率為133MHz，而DM642片內(nèi)可為EMIF提供100M的時(shí)鐘，為了提高系統(tǒng)存儲(chǔ)速度，采用外部輸入133M時(shí)鐘的方案。表42 外部時(shí)鐘參數(shù)表Table 42 the Parameter Table of External ClockS1S0MULTIPLYOUTPUT004X100MHz0Open015X125MHzOpen0OpenOpen2X50MHzOpen1106X150MHz1Open3X75MHz118X200MHz 視頻輸入解碼模塊視頻采集模塊采用TVP5150PBS，它是一款高性能視頻解碼器，可將NTSC、PAL視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字色差信號(hào)（YUV4:2:2），支持兩個(gè)復(fù)合視頻或一個(gè)S端子輸入，輸出格式為ITUR 。考慮到以后需要擴(kuò)展云臺(tái)控制，所以必須用到McBsP，可以減少外部粘合邏輯，使電路簡單，減少成本。本模塊中的信號(hào)按照功能可以分為系統(tǒng)信號(hào)、地址數(shù)據(jù)復(fù)用信號(hào)和接口控制信號(hào)等。DSP的EMIF通過EDMA將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻SP的內(nèi)存中，EMIF支持同步FIFO，為了能夠使PCI總線實(shí)時(shí)讀出視頻壓縮數(shù)據(jù)流，并及時(shí)地傳送給主機(jī)，本系統(tǒng)采用了中斷機(jī)制。表43 EMIFA四個(gè)片選空間使用安排Table 43 Arrangement of EMIFA’s Four Chip Selection Spaces片選空間地址空間空間大小用途CE00x800000000x81FFFFFF32MBSDRAMCE10x900000000x903FFFFF4MBFLASHCE20xA00000000xA00003FF1KBCPLD同步寄存器CE3沒有使用——本系統(tǒng)選擇的SDRAM為4M32bit（1M324banks），總線最高時(shí)鐘為166MHz。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。關(guān)斷時(shí)Vc 應(yīng)晚于Vd斷電，但在Vd先上電的情況下，應(yīng)保證Vd不大于Vc 2V，而且整個(gè)上電過程應(yīng)在25ms內(nèi)完成。 第一，電源供電順序。如圖413所示。MDIO模塊通過雙總線。它提供100BASETX和100BASET以太網(wǎng)的直接連接接口，有與接入媒質(zhì)無關(guān)的（Media Independent Interface MII）接口，可以與DM642的EMAC控制模塊連接。 (43) (44)…… (45)調(diào)整后的算法可以更快的跟蹤當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)可用帶寬的變化，從而提高帶寬的利用率