【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 協(xié)商階段，主要完成對(duì)基本的通訊方式進(jìn)行選擇，第二階段：CHAP密碼認(rèn)證階段，主要完成客戶端的權(quán)限認(rèn)證，第三階段：NCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)商階段，主要完成對(duì)上層網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的配置。經(jīng)過(guò)以上三個(gè)階段，一條PPP通信鏈路便建立起來(lái)了。3. WCDMA技術(shù)WCDMA是一種由3GPP具體制定的，基于GSM核心網(wǎng)，是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。WCDMA是一個(gè)ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)標(biāo)準(zhǔn)，它是從CDMA（碼分多址）演變來(lái)的，在官方上被認(rèn)為是IMT2000的直接擴(kuò)展。目前WCDMA有Release 9Release Release Release 6 Release 7等版本。其中R99/R4可以提供384kbps上行最高傳輸速度和下行2Mbps最高速度，在隨后的R5（HSDPA）和R6（HSUPA）分別強(qiáng)化了R99/R4版本的下行與上行最大速度，R5與R6合稱為WCDMA的HSPA版本。在R7版本中下行最大速度又被提升到 21Mbps/28Mbps/42Mbps，甚至56Mbps/84Mbps。后續(xù)還有R8的HSOPA和FDDLTE等后續(xù)演進(jìn)技術(shù)，可以看出WCDMA在不斷地快速發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)主要有三種制式的3G標(biāo)準(zhǔn)，主要有聯(lián)通的WCDMA、移動(dòng)的TDSCDMA以及電信的CDMA2000。與另外兩種3G標(biāo)準(zhǔn)相比，WCDMA具有網(wǎng)絡(luò)建設(shè)最為廣泛、技術(shù)成熟度高、漫游地域最廣、終端設(shè)備支持最多和擁有用戶最多的優(yōu)勢(shì)，所以本文選擇WCDMA制式作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)中無(wú)線傳輸所用的制式標(biāo)準(zhǔn)。本課題—基于嵌入式Linux視頻采集編碼發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，根源于科技型中小型企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目《基于TDSCDMA的遠(yuǎn)程無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)》。在項(xiàng)目中，為了方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分工和開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)中采用模塊化的思想指導(dǎo)設(shè)計(jì)無(wú)線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)從功能角度上可劃分為三個(gè)模塊：監(jiān)控前端（PU）、中心服務(wù)平臺(tái)、監(jiān)控客戶端（CU）。PU端可劃分為三個(gè)部分：視頻服務(wù)器外設(shè)設(shè)備（攝像頭、云臺(tái)、各類傳感器等）、DVS（數(shù)字視頻服務(wù)器）和無(wú)線接入設(shè)備。PU端是系統(tǒng)的信息采集和處理端，實(shí)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(chǔ)，具有視頻數(shù)據(jù)和控制信令的雙向傳送功能。中心服務(wù)平臺(tái)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。其中媒體服務(wù)器主要功能是采用流式協(xié)議將DVS發(fā)過(guò)來(lái)的視頻信息轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控客戶端，信令服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信令流的控制，主要負(fù)責(zé)客戶端控制信令的收發(fā)和解析； CU端是系統(tǒng)的客戶應(yīng)用端，主要完成音視頻信息以及警告信息對(duì)監(jiān)控用戶的呈現(xiàn)，根據(jù)用戶權(quán)限的不同，高權(quán)限用戶還可以通過(guò)CU實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備管理、用戶管理等。：本課題完成的功能是無(wú)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(shí)現(xiàn)的主要部分，主要實(shí)現(xiàn)多路實(shí)時(shí)視頻采集、視頻編碼、視頻發(fā)送。 模塊的需求分析功能需求本模塊基于無(wú)線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該模塊完成的內(nèi)容是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中DVS（數(shù)字視頻服務(wù)器）功能重要的一部分。在本模塊中，視頻傳輸信道為聯(lián)通經(jīng)營(yíng)的WCDMA的3G制式，信道實(shí)際帶寬窄、誤碼率高。本課題的主要內(nèi)容就是，針對(duì)無(wú)線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)視頻龐大的數(shù)據(jù)量大、對(duì)實(shí)時(shí)性的高要求和目前的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載能力之間的矛盾，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用在無(wú)線傳輸環(huán)境下、基于DaVinci技術(shù)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的多路實(shí)時(shí)視頻采集、編碼、發(fā)送方案。需要實(shí)現(xiàn)的功能包括：（1）在視頻采集方面：實(shí)現(xiàn)視頻的采集，且可以支持對(duì)視頻多種屬性的控制，如視頻分辨率、制式、亮度色度等。（2）在視頻編碼方面：實(shí)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)。（3）在視頻發(fā)送方面：實(shí)現(xiàn)視頻的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸。 性能指標(biāo)各種功能的具體性能指標(biāo)如下：（1）視頻采集模塊：基于TVP5158芯片，采用V4L2采集驅(qū)動(dòng)接口完成視頻采集。（2）視頻編碼模塊：，通過(guò)Codec Engine機(jī)制遠(yuǎn)程調(diào)用編碼器，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)編碼；（3）視頻發(fā)送模塊：采用基于UDP協(xié)議的RTP實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議封裝視頻數(shù)據(jù)，并利用MF210無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)視頻的WCDMA無(wú)線傳輸。 模塊硬件平臺(tái)的選擇在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇很大程度上決定了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)難度的難易以及開(kāi)發(fā)周期的長(zhǎng)短。，本模塊中應(yīng)用的DVS（數(shù)字視頻服務(wù)器）采用合眾達(dá)公司專為數(shù)字視頻處理推出的基于DaVinci技術(shù)的SEEDDVS6467嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它是以TI公司的TMS320DM6467（簡(jiǎn)稱DM6467）作為核心處理器，在其外圍集成了2片譯碼器TVP5158。 SEEDDVS6467系統(tǒng)硬件功能框圖本課題中ARM端控制采集譯碼器TVP5158完成視頻采集，最后利用RTP協(xié)議封裝視頻數(shù)據(jù)，并通過(guò)MF210無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的WCDMA傳輸。在編碼過(guò)程中，ARM和DSP之間的交互是通過(guò)Codec Engine機(jī)制完成，這樣DSP處理器端程序員只需關(guān)注如何開(kāi)發(fā)DSP算法，ARM處理器端程序員只需負(fù)責(zé)編寫(xiě)控制程序，雙方不需要關(guān)心算法和控制程序間如何實(shí)現(xiàn)通信的。這樣算法程序員和控制程序員可以獨(dú)立的完成各自的分工工作，很大程度上降低用戶的開(kāi)發(fā)難度和開(kāi)發(fā)周期。 模塊總體架構(gòu)的設(shè)計(jì)為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，整個(gè)系統(tǒng)軟件主要設(shè)計(jì)為四個(gè)POSIX線程，分別是主線程（），采集線程（），視頻線程（），和發(fā)送線程（）[13]。多線程可以提高程序運(yùn)行效率和系統(tǒng)的相應(yīng)速度，但同時(shí)也引起了多個(gè)線程對(duì)共享數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問(wèn)問(wèn)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。在本設(shè)計(jì)中，采用條件變量與共享全局變量的方式作為線程間的同步與資源共享機(jī)制。具體交互過(guò)程為：系統(tǒng)啟動(dòng)后，主線程首先創(chuàng)建并初始化采集線程、視頻線程和發(fā)送線程，然后將控制權(quán)交給SIP信令控制線程（），SIP信令控制線程負(fù)責(zé)循環(huán)監(jiān)聽(tīng)客戶端的指令。采集線程從采集設(shè)備中獲取原始數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫(xiě)入線程共享的buffer中，然后觸發(fā)視頻線程，視頻線程收到原始數(shù)據(jù)buffer后，先將多路行交叉模式輸出的復(fù)合視頻數(shù)據(jù)解復(fù)用，并對(duì)解復(fù)用后的單路視頻標(biāo)記通道ID，然后把空buffer返回給采集線程，再按照通道ID分別進(jìn)行編碼處理，將編碼后的數(shù)據(jù)buffer送給發(fā)送線程，發(fā)送線程受SIP信令控制線程條件阻塞，當(dāng)客戶端有請(qǐng)求時(shí)，就觸發(fā)發(fā)送線程進(jìn)行數(shù)據(jù)流的發(fā)送。 系統(tǒng)線程交互示意圖 本章小結(jié)本章研究了與課題相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與協(xié)議，分析了視頻監(jiān)控的系統(tǒng)的總體架構(gòu)以及課題模塊在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的功能，最后根據(jù)功能分析設(shè)計(jì)模塊的總體架構(gòu)，為課題研究確定了方向。重慶郵電大學(xué)碩士論文 第三章 搭建嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境平臺(tái)第三章 搭建嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境平臺(tái)嵌入式環(huán)境平臺(tái)搭建是嵌入式軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中最基礎(chǔ)、但也是非常重要的工作，嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境平臺(tái)環(huán)境質(zhì)量決定了項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)的時(shí)間以及項(xiàng)目開(kāi)發(fā)質(zhì)量。本章主要介紹了DaVinci硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)（DM6467）的軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境，并完成了嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建，主要是Linux服務(wù)器搭建、工作站配置、嵌入式Linux平臺(tái)的初始化。 DaVinci硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中，軟件開(kāi)發(fā)和嵌入式硬件結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系，可以說(shuō)硬件結(jié)構(gòu)在一定程度上決定了軟件構(gòu)架。本課題中使用的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)是合眾達(dá)公司針對(duì)數(shù)字視頻處理專門(mén)推出的SEEDDVS6467，他在以TI公司的DM6467為核心處理器的基礎(chǔ)上集成了兩片采集譯碼器TVP5158。這一節(jié)中將會(huì)詳細(xì)介紹DM6467處理器和TVP5158采集譯碼器。 DM6467處理器特點(diǎn)DM6467處理器是一種基于 DSP 的片上系統(tǒng)（SoC），充分利用了德州儀器（TI）的DaVinciTM（達(dá)芬奇）技術(shù)，集成了兩個(gè)高性能的 ARM926EJSTM 內(nèi)核與TMS320C64x+TM DSP 內(nèi)核，兼有DSP和RISC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以滿足下一代嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)媒體編解碼數(shù)字媒體處理需求。DM6467集成了ARM和DSP雙核與一身，兼有高速處理數(shù)據(jù)能力和強(qiáng)大的控制管理能力。DM6467芯片主要組成部分是一個(gè)DSP子系統(tǒng)、一個(gè)ARM子系統(tǒng)、兩個(gè)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(gè)視頻轉(zhuǎn)換引擎和兩個(gè)視頻輸入/輸出端口VPIF接口，以及其它外設(shè)接口。 DM6467結(jié)構(gòu)圖ARM子系統(tǒng)：采用基于RISK技術(shù)、主頻為500MHz的ARM926EJS?做為內(nèi)核。它采用的32位ARM指令集實(shí)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。該內(nèi)核采用流水線運(yùn)行，使得處理器和內(nèi)存系統(tǒng)可以連續(xù)的運(yùn)行。ARM處理器上運(yùn)行Linux系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)DM6467的控制功能，主要負(fù)責(zé)控制以及初始化DSP子系統(tǒng)、視頻端口VPIF0/VPIF高清視頻協(xié)處理器VICP、內(nèi)部存儲(chǔ)器以及外設(shè)TVP5158等。DSP子系：采用TI公司MS320C6000系列中具有最高的數(shù)據(jù)處理速度的TMS320C64x+DSP，主頻為1GHz。處理器基于VLIW超長(zhǎng)指令架構(gòu)，集成了64個(gè)32字長(zhǎng)的通用寄存器和8個(gè)獨(dú)立的功能單元（6個(gè)ALU算術(shù)邏輯單元，兩個(gè)32位的乘法器），處理器上運(yùn)行DSP/BOIS操作系統(tǒng)，主要完成多媒體數(shù)據(jù)（音頻、視頻）的編解碼以及圖像分析等。同時(shí)DM7467集成的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引擎(VDCE)和兩個(gè)高清視頻協(xié)處理器(HDVICP)減輕了DSP核心的數(shù)據(jù)處理的任務(wù)，使得DSP在處理高清視頻的同時(shí)也可以處理普通視頻編碼以及圖像分析算法等。同時(shí)豐富的外圍接口可以實(shí)現(xiàn)視頻的采集、發(fā)送等功能。 采集譯碼器TVP5158功能概述為了與DM6467的高性能數(shù)字信號(hào)處理能力相配合，本設(shè)計(jì)采用TI公司的TVP5158芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。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。 TVP5158功能框圖每個(gè)譯碼通道包含1個(gè)10bit 27MSPS的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，復(fù)合輸入信號(hào)按照2ITUR 。為了降低亮度和色度信號(hào)（Y/C）之間交叉干擾，采用5線自適應(yīng)梳狀濾波器進(jìn)行Y/C分離，這種分離方式使得Y/C完全互補(bǔ)，因此沒(méi)有信號(hào)丟失。4個(gè)譯碼通道可獨(dú)立運(yùn)行，用戶可以通過(guò)I2C主機(jī)接口來(lái)控制各通道的對(duì)比度、亮度、飽和度和色度視頻特征，以得到最好的圖像質(zhì)量。另外，TVP5158可級(jí)聯(lián)，在級(jí)聯(lián)模式下，能同時(shí)支持8通道視頻或16通道音頻的處理，并可以與TI的DAVINCI處理器形成無(wú)縫接口，降低了設(shè)備的成本。 DaVinci軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境DaVinci平臺(tái)在設(shè)計(jì)上具有兩大技術(shù)優(yōu)勢(shì)：一是硬件上的優(yōu)勢(shì)，該平臺(tái)基于ARM+DSP的雙核處理器架構(gòu)，它使得DaVinci平臺(tái)既具有ARM的強(qiáng)大管理控制功能，又有DSP所具備的算法處理能力；另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)就軟件方面，DaVinci軟件框架由應(yīng)用層、信號(hào)處理層和I/O層三部分組成。在本文所采用的DM6467平臺(tái)下，應(yīng)用層位于ARM端的Linux系統(tǒng)上，應(yīng)用層的開(kāi)發(fā)者能夠充分根據(jù)開(kāi)發(fā)需要，通過(guò)編寫(xiě)相關(guān)的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程算法的控制調(diào)用；信號(hào)處理層位于DSP端，主要負(fù)責(zé)各種音視頻編解碼算法的處理及DSP實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)DSP/BIOS的運(yùn)行等；I/O層是DaVinci各種輸入輸出外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序。下面分別對(duì)DaVinci軟件框架中的xDM算法標(biāo)準(zhǔn)及Codec Engine進(jìn)行介紹。 xDM算法標(biāo)準(zhǔn)介紹xDM標(biāo)準(zhǔn)（eXpressDSP Digital Media Standard）是TI公司針對(duì)DaVinci技術(shù)而制定的一套DSP算法封裝標(biāo)準(zhǔn)。xDM標(biāo)準(zhǔn)基于TI公司的算法協(xié)同標(biāo)準(zhǔn)xDAIS（eXpressDSP Algorithm Interoperability Standard）[14]，并在xDAIS標(biāo)準(zhǔn)之上擴(kuò)展了視頻、圖像、語(yǔ)音以及音頻四類編解碼接口，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)ARM與DSP雙核間的通信，也添加了一些通信協(xié)議。要在不修改TI公司為DaVinci平臺(tái)提供的雙核通信機(jī)制下實(shí)現(xiàn)自己的音視頻算法，就需要使算法遵循xDM標(biāo)準(zhǔn)。采用xDM標(biāo)準(zhǔn)封裝算法庫(kù)有很多優(yōu)越性[15]：（1）可移植性強(qiáng)由于各個(gè)算法的封裝都采用統(tǒng)一的編程接口，如圖像算法接口、音頻算法接口以及語(yǔ)音算法接口和視頻算法接口，所以開(kāi)發(fā)人員只需通過(guò)簡(jiǎn)單修改配置文件，就可以移植遵循xDM標(biāo)準(zhǔn)的第三方算法到自己的DaVinci平臺(tái)使用，同時(shí)無(wú)需修改應(yīng)用程序框架，避免了重復(fù)開(kāi)發(fā)工作，加快了OEM的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度。（2）算法互操作性強(qiáng)由于不同商家開(kāi)發(fā)的算法經(jīng)過(guò)xDM封裝后可以同時(shí)被上層應(yīng)用軟件使用，使得產(chǎn)品可以在不同的算法之間切換使用，增強(qiáng)了算法的互操作性。（3）算法開(kāi)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(jī)制，在嵌入式編程中，開(kāi)發(fā)人員避免了利用C或匯編語(yǔ)言和底層硬件打交道，降低了開(kāi)發(fā)難度，縮短了算法開(kāi)發(fā)周期。 xDM標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展了8中接口類型，以面對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景（例如音視頻編解碼、圖像處理等）。，其中x為接口版本。 xDM接口類型 Engine概述傳統(tǒng)的多媒體系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方式是應(yīng)用層直接調(diào)用底層編解碼算法接口，從而完成數(shù)據(jù)的相關(guān)處理，： 兩層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖兩層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中由于開(kāi)發(fā)人員直接調(diào)用下層算法庫(kù)接口，所以開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要了解算法內(nèi)存管理等細(xì)節(jié)，開(kāi)發(fā)難度較大，對(duì)開(kāi)發(fā)者要求較高，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)。與此同時(shí)，由于不同的算法之間內(nèi)存管理細(xì)節(jié)等存在的差異較大，應(yīng)用程序是都是根據(jù)特定的算法而設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，所以應(yīng)用程序的通用性差。例如，在實(shí)現(xiàn)音頻算法時(shí)，若需要將WMA算法替換為MP3算法，應(yīng)用程序也需要做較大的改變[16]。而在基于Davinci技術(shù)嵌入式平臺(tái)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)中，TI提供的Codec Engine機(jī)制將多媒體系統(tǒng)開(kāi)發(fā)架構(gòu)由以前的兩層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變?yōu)槿龑樱? 三層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖DaVinci構(gòu)架中在應(yīng)用層和算法庫(kù)之間添加了一個(gè)編解碼器引擎層（Codec Engine），它使得開(kāi)發(fā)人員不再與算