【正文】 IP終端，機(jī)器視覺(jué)，家庭網(wǎng)絡(luò)，個(gè)人數(shù)字助理ADSP21xx無(wú)線通信，防火墻加速器，工作站安全模塊，工業(yè)控制設(shè)備，視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)控制，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，測(cè)試/測(cè)量系統(tǒng)，機(jī)器人控制MotorolaDSP56800 DSP56800E運(yùn)動(dòng)控制，智能儀器,自動(dòng)控制,溫度控制,醫(yī)藥設(shè)備,運(yùn)輸中的燃料管理系統(tǒng),傳感器，交通信號(hào)控制,引擎管理，音頻解碼器MSC8100網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，IP電話，視頻安全服務(wù)器，視頻監(jiān)控，圖像處理，軍工產(chǎn)品，手提電話 TMS320DM642 DM642體系結(jié)構(gòu) TMS320DM642是Tl公司推出的TMS320C64X系列芯片中的一款高性能數(shù)字多媒體處理DSP芯片，基于C64X內(nèi)核，具有擴(kuò)展的高級(jí)甚長(zhǎng)指令字（VelociTI）體系結(jié)構(gòu)，具有64個(gè)32位通用寄存器，8個(gè)獨(dú)立計(jì)算功能單元（2個(gè)乘法器，6個(gè)算術(shù)邏輯單元）可以并行運(yùn)行，因此多條指令可同時(shí)執(zhí)行。一、捕獲模式的技術(shù)性能捕獲速率80MHz；兩路數(shù)字視頻輸入，格式為YUV422，有8bit或者10bit精度；一路Y/C16或20bit數(shù)字視頻輸入，格式為YUV422，支持SMPTE260M，SMPTE274M，SMPTE296M，YUV422到Y(jié)UV420變換，以及在8bit YUV422模式下的亞采樣。 塊效應(yīng)程度（B）在視頻處理中通常對(duì)宏塊分別進(jìn)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。分成的層數(shù)，每一層的名字、功能，都可以不一樣，但是每一層的目的都是為上層提供一定的服務(wù)，屏蔽低層的細(xì)節(jié)。鏈路層的功能是把接收到的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)（也稱IP數(shù)據(jù)報(bào)）通過(guò)該層的物理接口發(fā)送到傳輸介質(zhì)上，或從物理網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)幀，抽出IP數(shù)據(jù)報(bào)并交給IP層。無(wú)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(gè)分組帶有完整的目標(biāo)主機(jī)地址，收到分組的節(jié)點(diǎn)（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)送到接近目標(biāo)端的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，最終把分組送達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。 傳輸控制協(xié)議TCP TCP報(bào)文段（常稱為段）與UDP數(shù)據(jù)報(bào)一樣也是封裝在IP中進(jìn)行傳輸?shù)?，只是IP報(bào)文的數(shù)據(jù)區(qū)為TCP報(bào)文段。RTP被定義為在一對(duì)一或一對(duì)多的傳輸情況下工作，其目的是提供時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步。數(shù)據(jù)源包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)在剪輯中數(shù)據(jù)。我們把每一幀的數(shù)據(jù)都拆分成包，如圖37中的Buf[0]。同時(shí)簡(jiǎn)要概括了當(dāng)今比較流行的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議和實(shí)時(shí)流協(xié)議。首先控制系統(tǒng)對(duì)采集模塊發(fā)送指令以獲取實(shí)時(shí)的視頻數(shù)據(jù)流，然后通過(guò)對(duì)編/解碼器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)流的處理，最后將數(shù)據(jù)流傳送給網(wǎng)絡(luò)模塊，通過(guò)控制系統(tǒng)的調(diào)配進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。最小系統(tǒng)電路如圖46所示[35]。圖49 圖像傳感器與DM642接口 Sensor Interface to the DM642TVP5150的GPCL引腳用作VP口的CAPEN，來(lái)控制視頻數(shù)據(jù)流的采集。對(duì)地址數(shù)據(jù)復(fù)用信號(hào)來(lái)說(shuō)，在總線傳輸操作周期中，1個(gè)PCI總線周期由1個(gè)地址段和緊隨其后的1個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)段組成，其中AD[031]是地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線，可為PCI接口電路提供地址和數(shù)據(jù)信號(hào)；復(fù)用引腳PCBE[03]為PCI接口電路提供總線命令信號(hào)和字節(jié)允許信號(hào)。這32MB的SDRAM空間用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。如果反過(guò)來(lái)，周邊 I/O 得到供電而 CPU 內(nèi)核沒(méi)有加電，那么芯片緩沖/驅(qū)動(dòng)部分的晶體管將在一個(gè)未知狀態(tài)下工作，這是非常危險(xiǎn)的?？刂拼鎯?chǔ)器的優(yōu)先權(quán)用來(lái)平衡EMAC設(shè)備同DM642外圍設(shè)備對(duì)存儲(chǔ)器的操作。在設(shè)計(jì)以太網(wǎng)模塊時(shí)，LXT97IA是DM642和以太網(wǎng)RJ45接口之間的橋梁，連接如圖414所示。 (47)視頻編碼中對(duì)碼率的控制主要通過(guò)選擇不同的量化參數(shù)Q來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此必須在量化參數(shù)和失真度，量化參數(shù)與編碼碼率之間建立聯(lián)系，即如式(48)所示。因?yàn)镋MAC和MDIO的中斷都合并到控制模塊中去了，所以應(yīng)用程序只響應(yīng)控制模塊的中斷。設(shè)計(jì)者務(wù)須太多關(guān)注EMAC協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，提高了開(kāi)發(fā)效率。但是雙電壓的供電模式是增加了硬件電路設(shè)計(jì)的難度，并且 DM642 對(duì)電源的要求也很高，整個(gè)系統(tǒng)需要高高精度的供電，以保證系統(tǒng)正常工作。EMIFA工作時(shí)鐘可以選擇為由內(nèi)部CPU時(shí)鐘進(jìn)行4分頻或6分頻產(chǎn)生，或選擇ECLKIN引腳輸入的時(shí)鐘信號(hào)。對(duì)視頻編解碼芯片的參數(shù)配置、命令下達(dá)和參數(shù)讀取都通過(guò)IIC總線來(lái)完成。對(duì)于 25M 信號(hào)的輸入能提供50M到200M的時(shí)鐘。SDRAM選用2塊4M32bit，采用133MHz工作頻率。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的最大化，此模塊預(yù)先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，依照協(xié)議利用軟件編程，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行壓縮。 本章小結(jié)本章介紹了網(wǎng)絡(luò)的分層概念、OSI分層結(jié)構(gòu)和TCP/IP協(xié)議的分析。在視頻的模數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生三種視頻幀：I幀（關(guān)鍵幀，完全靜止畫(huà)面幀），P幀（預(yù)測(cè)幀，時(shí)間預(yù)測(cè)幀），B幀（預(yù)測(cè)幀，雙向時(shí)間預(yù)測(cè)幀）。HTTP與RTSP相比，HTTP傳送HTML，而RTP傳送的是多媒體數(shù)據(jù)。接收方對(duì)收到的所有數(shù)據(jù)要進(jìn)行確認(rèn)，TCP的確認(rèn)是對(duì)收到的字節(jié)流進(jìn)行累計(jì)確認(rèn)。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(diǎn)到點(diǎn)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(jí)的通信方式，完成應(yīng)用程序之間的通信。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(wú)連接的（Connectionless）[19,20]。因此TCP/IP成為了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)。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(yuǎn)程計(jì)算需求的不斷增加，人們開(kāi)發(fā)出多種廣域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以滿足不同計(jì)算方式下遠(yuǎn)程連接的需求。由于式(21)中沒(méi)有考慮新到傳輸中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)以及解碼器彌補(bǔ)差錯(cuò)的各種措施，因此根據(jù)改失真度不能獲取全局的最優(yōu)編碼，如果將式(21)中的Mij39。這些視頻端口設(shè)備提供了與一般視頻編解碼設(shè)備交互的界面，設(shè)備支持多種視頻標(biāo)準(zhǔn)和方案（比如CCIR60SMPTE125M、SMPTE260M、SMPTE274M、SMPTE296M）。包括C62x和C64x定點(diǎn)DSP以及C67x浮點(diǎn)DSP。如在TMS320C3x系列DSP芯片中，有一個(gè)硬件乘法器，在TMS320C6000系列中則有兩個(gè)硬件乘法器。 53 第2章 DSP原理及視頻評(píng)估算法 DSP芯片特點(diǎn)及應(yīng)用 DSP芯片的特點(diǎn)為了實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算，DSP芯片一般都采用特殊的軟硬件結(jié)構(gòu)，主要特點(diǎn)為以下幾個(gè)方面。本章對(duì)DSP技術(shù)的發(fā)展、嵌入式Internet技術(shù)的發(fā)展、圖像編碼技術(shù)的發(fā)展以及視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展做了簡(jiǎn)要的概括和分析。該方案主要有三大優(yōu)點(diǎn)：第一，系統(tǒng)只需一顆DM642芯片，加上簡(jiǎn)單的外圍電路，即可完成圖像數(shù)據(jù)采集、編碼處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?。如何在網(wǎng)絡(luò)延遲和圖像質(zhì)量之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域發(fā)展需要解決的一個(gè)重大課題。經(jīng)過(guò)數(shù)年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下三個(gè)重要的階段[4]。（視頻編碼專家組）和ISO/IEC的MPEG的聯(lián)合視頻組開(kāi)發(fā)的一個(gè)新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，又是ISO/IEC的MPEG4的第10部分。這種方式對(duì)嵌入式系統(tǒng)的MCU要求較高，同時(shí)需要PC機(jī)做網(wǎng)關(guān)，目前已很少應(yīng)用。在許多嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，既需要在數(shù)據(jù)處理方面具有強(qiáng)大功能的DSP，也需要在智能控制方面技高一籌的MCU。生產(chǎn)廠商可在同一個(gè)DSP平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出各種不同型號(hào)的系列產(chǎn)品，以滿足不同用戶的需求。本系統(tǒng)以TI公司的DM642為核心，并設(shè)計(jì)出將視頻采集、視頻編碼處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ芗捎谝惑w的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。通過(guò)這一系統(tǒng)，可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)非本地的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)控，節(jié)省了大量人力物力。同時(shí)，可編程DSP為廣大用戶提供了便捷的升級(jí)途徑。這種DSP與MCU相結(jié)合的系統(tǒng)既具有DSP器件在數(shù)據(jù)處理方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，又具有應(yīng)用目標(biāo)所需要的技術(shù)特性。第二，使用專用芯片，如Webchip。在技術(shù)上，如統(tǒng)一的VLC符號(hào)編碼，高精度、多模式的位移估計(jì)，基于4x4塊的整數(shù)變換、分層的編碼語(yǔ)法等。第一階段，傳統(tǒng)模擬圖像監(jiān)視系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品概況在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)中，國(guó)外的起步較早，市場(chǎng)上較為成熟的嵌入式Web網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的產(chǎn)品也很多。第二，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)需要嵌入式操作系統(tǒng)，而TI公司為其DSP產(chǎn)品設(shè)計(jì)了一套較好的小型嵌入式操作系統(tǒng)DSP/BIOS，省去了不必要的操作系統(tǒng)移植的過(guò)程。通過(guò)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)展及成果的討論，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品在圖像質(zhì)量和傳輸速率之間無(wú)法平衡的一個(gè)不足。第一，改進(jìn)的哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)。圖21 多級(jí)的流水線 Multiple Pipelines第四，特殊的DSP指令。TMS320C500016/32最適合個(gè)人與便攜式上網(wǎng)以及無(wú)線通信應(yīng)用。這三個(gè)視頻端口是可配置的并且支持圖像捕獲或圖像顯示模式。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(jì)算量，但是編碼結(jié)果會(huì)更加優(yōu)化。為了更好劃分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 提出了開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型，如圖31所示[15]。TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)分為四層，這四層由高到低分別是：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層。面向連接的方式要求在通信的源端和目標(biāo)端之間建立一條邏輯通路，一般稱為虛電路（Virtual Circuit），源端和目標(biāo)端之間通信時(shí)的所有信息都通過(guò)該通路傳輸。端到端通信由傳輸層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。發(fā)送TCP報(bào)文段時(shí)，頭部的“確認(rèn)號(hào)”就指出該端希望接收的下一個(gè)字節(jié)的序號(hào)，其含義是在此之前的所有數(shù)據(jù)都已經(jīng)正確收到，請(qǐng)發(fā)送從確認(rèn)號(hào)開(kāi)始的數(shù)據(jù)。HTTP請(qǐng)求由客戶機(jī)發(fā)出，服務(wù)器作出響應(yīng)；使用RTSP時(shí)，客戶機(jī)和服務(wù)器都可以發(fā)出請(qǐng)求，即RTSP可以是雙向的[29]。在發(fā)送處理中，B幀的處理和P幀相同（都是預(yù)測(cè)幀，預(yù)測(cè)幀的丟失會(huì)導(dǎo)致氣候的預(yù)測(cè)幀圖像花屏或不準(zhǔn)確），為明晰起見(jiàn)，我們只以P幀代表預(yù)測(cè)幀，那么視頻數(shù)據(jù)壓縮后形成的幀的格式為IPPPPPPIPPPPPP,I幀中間穿插著很多的P幀，在傳輸過(guò)程中，如果I幀丟失，I幀后面的P幀即使正確的傳輸?shù)娇蛻舳耍矡o(wú)法正確解碼顯示。計(jì)算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信需要共同遵守一定的規(guī)則，這些規(guī)則稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。如圖44所示。其中一塊連接在DM642的數(shù)據(jù)線的310bit管腳上，另外一個(gè)SDRAM連接在DM642的數(shù)據(jù)的6332bit管腳上。其倍乘參數(shù)設(shè)置如表42所示。 PCI總線驅(qū)動(dòng)控制模塊PCI總線驅(qū)動(dòng)模塊由1個(gè)SN74CBTl6233型PCI總線橋接電路及其外圍電路組成。在本系統(tǒng)中，EMIFA四個(gè)片選空間的使用安排如表43所示。 加電過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保證內(nèi)核電源先上電，最晚也應(yīng)當(dāng)與 I/O 電源一起加上。DM642的網(wǎng)絡(luò)功能由三個(gè)主要功能模塊組成：EMAC控制模塊、EMAC模塊、MDIO模塊。 DM642與以太網(wǎng)收發(fā)器接口設(shè)計(jì)LXT97IA是快速以太網(wǎng)物理層收發(fā)器芯片（PHY）。 (48)式中Ri、Di和Qi分別是第i個(gè)視頻對(duì)象的編碼碼率、失真度和量化參數(shù)；aab1和b2是模型參數(shù)；Hi是除了紋理信息之外的其他信息（如運(yùn)動(dòng)信息、形狀信息和系。它高度集成的設(shè)計(jì)減少了對(duì)外圍器件的需求，內(nèi)置了物理層編碼子層（PCS）、物理層媒質(zhì)接入子層（PMD）、發(fā)送/接收濾波器等。圖413 EMAC模塊框圖 EMAC Module DigrameEMAC控制模塊是DM642內(nèi)核與EMAC模塊和MDIO模塊之間的接口，EMAC控制模塊包含能有效使用DSP存儲(chǔ)器必需的組件，其控制網(wǎng)絡(luò)模塊的復(fù)位、中斷和存儲(chǔ)器接口的優(yōu)先權(quán)。講究供電次序的原因在于：如果僅CPU內(nèi)核獲得供電，周邊I/O沒(méi)有供電，對(duì)芯片不會(huì)產(chǎn)生損害，只是沒(méi)有輸入/輸出能力而已。使用兩片SDRAM構(gòu)成64位的總線寬度，總?cè)萘繛?2MB。系統(tǒng)信號(hào)包括CLK和RST，為系統(tǒng)提供時(shí)鐘和復(fù)位。能與TVP5150的視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行無(wú)縫連接，通過(guò)EDMA把VP口的數(shù)據(jù)存在SDRAM中，連接關(guān)系如圖49所示。數(shù)據(jù)寬度為8bit，映射在DM642的CE1地址空間，起始地址為 0x90000000，由于EMIF總線可尋址空間為 1Mb，另外用了三個(gè)GPIO作為FLASH的頁(yè)選，把FLASH分為8頁(yè)，每頁(yè)1Mb。控制子系統(tǒng)包括三個(gè)部分：對(duì)視頻采集的控制、對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的控制、對(duì)編/解碼器的控制。具有不可靠、無(wú)連接特性的IP協(xié)議和面向連接、可靠的TCP協(xié)議構(gòu)成了TCP/IP協(xié)議的主體。考慮到效率，數(shù)據(jù)在編碼時(shí)放進(jìn)一個(gè)公共的緩沖區(qū)，對(duì)于每一個(gè)發(fā)送的連接，都從改緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，這就形成一個(gè)生產(chǎn)者—多個(gè)消費(fèi)者的模型。RTSP提供了一個(gè)可擴(kuò)展框架，使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如音頻與視頻，的受控、點(diǎn)播成為可能。表31 TCP和UDP的比較Table 31 Comparison between TCP and UDP比較項(xiàng)目TCPUDP建立連接與關(guān)閉有無(wú)數(shù)據(jù)傳輸效率低高對(duì)數(shù)據(jù)的確認(rèn)有無(wú)流量控制有（滑動(dòng)窗口）無(wú)丟失分組的重發(fā)有無(wú)（由高層應(yīng)用程序負(fù)責(zé)）協(xié)議復(fù)雜性復(fù)雜簡(jiǎn)單發(fā)送端緩沖有無(wú)分組排序有無(wú)重發(fā)分組的檢測(cè)有無(wú)校驗(yàn)和有有（且算法相同）在低層被分片的情況可能性?。ㄒ?yàn)樵诮⑦B接時(shí)，雙方通知各自的MSS，每個(gè)TCP報(bào)文段的長(zhǎng)度不超過(guò)MSS）可能性大（因?yàn)閼?yīng)用程序每次輸出都產(chǎn)生一個(gè)UDP報(bào)文，當(dāng)一次有大量數(shù)據(jù)要輸出時(shí)，常在低層被分開(kāi)）廣播與多播不支持（因?yàn)樗⒁粚?duì)一的連接）支持使用場(chǎng)合可靠性要求高，有大量數(shù)據(jù)要連續(xù)傳輸，該協(xié)議在互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用較多對(duì)可靠性要求一般，但要求高效傳輸數(shù)據(jù)，或應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸量小的場(chǎng)合 基于TCP/IP應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議簡(jiǎn)介