【正文】 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)。1 , , , 1 , , 1 ,( ) ( )x y x y x y x y x yV M M M M??? ? ? ? (24) 39。 15 D M 6 4 2EMACMDIO物 理 層網(wǎng) 絡(luò)器 件P H YM T C L KM T X D ( 3 0 )M T X E NM C O LM C R SM R C L KM R X D ( 3 0 )M R X D VM R X E RM D C L KM D I O 圖 23 PHY 設(shè)備的連接 Equipment Connection of PHY 實(shí)時(shí)傳輸視頻的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 失真度（ D） 通過(guò)將重建的視頻信號(hào)與源信號(hào)進(jìn)行比較，可求得失真度。 DM642 具有 64 個(gè)獨(dú)立通道的 EDMA（ 擴(kuò)展的直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) ） 控制器，負(fù)責(zé)片內(nèi) L2 與其他外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，工作頻率還將繼續(xù)提高，指令周期將進(jìn)一步縮短。流水線操作與哈佛結(jié)構(gòu)相配合，減少了指令執(zhí)行時(shí)間，增加了處理器的吞吐量。 本文的第 4 章重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)各硬件模塊的設(shè)計(jì)。 第四， 詳細(xì)分析了實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)脑u(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，以及如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量傳輸?shù)乃惴ㄑ芯亢蛻?yīng)用 內(nèi)容 ，包括碼率分配和帶寬估計(jì)。 在國(guó)內(nèi)， ADSL 寬帶， GPON/EPOG 光纖寬帶在中國(guó)很多城市順利開(kāi)通，架構(gòu)起以 IP 為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控提供了安全可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。這種監(jiān)控系統(tǒng)功能較強(qiáng)，但穩(wěn)定性和安全性不夠好、施工布線工作量大，同時(shí)需要專業(yè)的軟件，開(kāi) 發(fā)周期長(zhǎng)、難度大，不利于日后升級(jí)和維護(hù)。它是一個(gè)適用于低傳輸速率應(yīng)用的方案。因此說(shuō)，數(shù)字壓縮編碼技術(shù)是使數(shù)字信號(hào)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵技術(shù)之一。這些 服務(wù)器將與我們能想到的各種物理信息、生物信息相鏈接，并通過(guò) Inter 自動(dòng)、實(shí)時(shí)、方便、簡(jiǎn)單地提供給需要這些信息的對(duì)象。高速、高性能的 DSP 器件將以 RISC（精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)和單片機(jī)并行計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)為主導(dǎo)，以完成并行處理系統(tǒng)操作。 TI 公司已經(jīng)成為世界上最大的 DSP 供應(yīng)商，占有很大的市場(chǎng)份額。 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 ....................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。這兩種芯片內(nèi)部都沒(méi)有現(xiàn)代 DSP芯片必須擁有的單周期乘法器。縮小 DSP 芯片的尺寸、追求更高的運(yùn)算速度和進(jìn)一步降低功耗始終是 DSP 的 技術(shù)發(fā)展方向。 借助嵌入式 Inter 技術(shù)，可以將數(shù)量眾多的嵌入式終端設(shè)備接入廣域范圍的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將 Inter 的應(yīng)用從傳統(tǒng)的桌面 PC 機(jī)延伸到生產(chǎn)、控制現(xiàn)場(chǎng)的 8 位、 16 位、 32 位單片機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于 Inter 的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)報(bào)警、上傳 /下載數(shù)據(jù)文件、自動(dòng)發(fā)送 Email 等功能，從而大大擴(kuò)展 Inter 的應(yīng)用范圍。處理機(jī)加 TCP/IP 協(xié)議的方式最 為靈活，能按用戶需求實(shí)現(xiàn)很多復(fù)雜的功能，更 不需要 PC 機(jī)作網(wǎng)關(guān)，這種方式已經(jīng)成為現(xiàn)如今嵌入式 Inter 的主流解 決方案。 MPEG2 不是 MPEGl的簡(jiǎn)單升級(jí)，MPEG2 在系統(tǒng)和傳送方面作了更加詳細(xì)的規(guī)定和進(jìn)一步的完善?；?PC 機(jī)的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)生得益于數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)的日益成熟和微型計(jì)算機(jī) PC 的普及化?？梢岳猛ㄓ玫?Web 瀏覽器瀏覽影視畫(huà)面。掌握各芯片的 結(jié)構(gòu)和工作原理。 本文的第 3 章主要分析了 TCP/IP 協(xié)議及其各層的核心協(xié)議。這種改進(jìn)被成為改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。 哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的 DSP 指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使 DSP 芯片的指令周期在200ns 以下。 DM642 芯片結(jié)構(gòu)如圖 22[7]。 DM642 以太網(wǎng)外設(shè) 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的網(wǎng)絡(luò)接口由 EMAC（ 10/100 Mb/s Ether MAC）與 MDIO（ Management Data Input/Output）兩部分組成，并 主要用來(lái)支持物理層的網(wǎng)絡(luò)器件（ PHY）與 DM642 的連接。為了定義塊效應(yīng)程度 B，首先定義邊界差 值 V1 和 V2，如式 (24)和式 (25) [13]。 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)。在 RTP 會(huì)話期間，各參與者周期性地傳送 RTCP 包。 由于 TCP 是一個(gè)全雙工協(xié)議，因此在通信過(guò)程中兩臺(tái)主機(jī)都可以獨(dú)立地發(fā)送數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)發(fā)送的任何一方可以提出關(guān)閉連接的請(qǐng)求。但這時(shí)數(shù)據(jù)包的發(fā)送站無(wú)法得知傳輸出錯(cuò)，也不知道錯(cuò)的具體原因。 TCP/IP 協(xié)議分為四層結(jié)構(gòu)，這四層結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)重要的邊界：一個(gè)是將操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序分開(kāi)的邊界，另一個(gè)是將高層互聯(lián)網(wǎng)地址與低層物理網(wǎng)卡地址分開(kāi)的邊界，如圖 33 所示。應(yīng)用層包含大量人們普遍需要的協(xié)議，并 19 且具有文 件傳輸功能 [16]。然后針對(duì) TMS320DM642 處理器 CPU 體系結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了 DM642 在運(yùn)算能力和多媒體處理方面的出色性能。 1()()Nj ijjD VOD fi N??? ? (22) 16 式中： α j 是視頻對(duì)象的權(quán)值； N 是幀內(nèi)視頻對(duì)象的數(shù)目 。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 CCIR60 、 、SMPTE125M、 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。 10 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Inter 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]。 是 ITUT 的 VCEG（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)，它既是 ITUT 的 ，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)。因此只要遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)擁有相應(yīng)的訪問(wèn)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。可編程 DSP 能給生產(chǎn)廠商提供較大的靈活性。 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。 emGateway 運(yùn)行在計(jì)算機(jī)中， 應(yīng)用系統(tǒng)要通過(guò) emGateway 與 Intemet聯(lián)接。但實(shí)質(zhì)上 以及后來(lái)的 +和 ++己 5 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。 視頻監(jiān)控技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展已有 10 年的歷史 6 了。很多國(guó)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。 本課題主要研究?jī)?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。 本文第 1 章是緒論部分，即引言。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。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。 12 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 TI TMS320C6000 32 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。 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、 VP VP2） 。由于在視頻監(jiān)控中，前景有時(shí)比背景圖像重要，因此可以采用式 (22)定義幀的失真度 [11]。 17 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)。表示層關(guān)注于所傳輸?shù)男畔⒌恼Z(yǔ)法和意義 。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 ） 。如果在 IP 數(shù)據(jù)包的傳輸過(guò)程中，某個(gè)網(wǎng)關(guān)因?yàn)槟撤N原因無(wú)法轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)包，數(shù) 據(jù)包就會(huì)被丟棄。 第二，關(guān)閉連接。 RTCP（ Realtime Transport Control Protocol） 和RTP 一起提供流量控制和擁塞 控制服務(wù)。 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(jiàn)表 31[26]。 23 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)。這種方式看似簡(jiǎn)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(guò)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。 如圖 32 所示 [17]。 表 示 層會(huì) 話 層傳 輸 層網(wǎng) 絡(luò) 層數(shù) 據(jù) 鏈 路 層物 理 層應(yīng) 用 層比 特 流 傳 輸物 理 層 控 制地 址 和 最 佳 路 由端 到 端 連 接協(xié) 調(diào) 連 接數(shù) 據(jù) 描 述協(xié) 議 傳 輸 圖 31 OSI 七層模型及其功能 Function of OSI SevenLayer Model 協(xié)議分層大大簡(jiǎn)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。 39。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(cè)。 13 增強(qiáng)型DMA控制器64通道EDMAE M I F A 6 4P C I 6 6 取 H P I 3 2取H P I 1 6 + E M A C2 0 b i t V P 2o r 2 1 0 b i t V P 2P L LT I M E R 1T I M E R 2T I M E R 3L2 Cache/存取器 256K字取SRAM2 0 b i t V P 0o r2 1 0 b i t V P 01 0 b i t V P 0 a n dM c B S P 0 o r M c A S P2 0 b i t V P 1o r2 1 0 b i t V P 11 0 b i t V P 1 a n dM c B S P 1 o r M c A S PL 1 P 取 取 C a c h e 1 6 KL 1 D 取 取 C a c h e 1 6 KG P I OC 6 4 x D S P C o r e取取取取T M S 3 2 0 D M 6 4 2 D S P取 取取 取 取 取取 取 取 取