【正文】 系統(tǒng)一次設置完成 DMA 控制器的源數(shù)據(jù)地址、目的地址、數(shù)據(jù)長度信息， DMA 控制器會自動發(fā)送源緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)填充 FIFO，直到發(fā)送完成設定的數(shù)據(jù)長度才向系統(tǒng)申請中斷。 在 UDA1341TS 驅(qū)動程序中配置 I2S 寄存器為標準數(shù)據(jù)幀來配合 PXA255 中的 I2S 編碼器通信，即數(shù)據(jù)的第一個有效位 (MSB)發(fā)生在 LRCLK 跳變以后的第二個 SCLK 時鐘。 21 圖 4. 8 工 2S 總線上標準數(shù)據(jù)幀格式 UDA 1341 TS 驅(qū)動程 序采用 Linux 上的音頻編程接口 OSS ( Open Sound System ) o 在音頻驅(qū)動初始化的過程中，使用 register sound dsp()函數(shù)將音頻設備注冊為設備文件 /dev/dsp o int register soundes dsp(struct file operations *fops,int dev) 參數(shù) fops 指定了設備驅(qū)動程序的操作方法， dev 是設備的編號，如果是一 1，則系統(tǒng)會自動分配一個未使用的音頻設備編號。 DSP 設備驅(qū)動包括的方法主要有open, write,read, release, ioctl, poll。音頻設備驅(qū)動設計時首先實現(xiàn)的是 open 方法，主要的任務是負責 DMA 緩沖區(qū)的初始化。初始化四個默認的全局變量 : audio rate音頻采樣頻率 audio channels— 音頻通道數(shù)量 audio 一 fragsiz 一音頻緩沖區(qū)片大小 audio 一 nbfrag 一音頻緩沖區(qū)片數(shù)量 其中，后面 2 個是與音頻 DMA 緩沖區(qū)相關(guān)的，在初始化 DMA 時要用到。 Open 方法首先判斷設備的打開方式 (讀取，寫入，讀 /寫 )，再根據(jù)設備的打開模式 初始化 PXA255 I2S 總線的工作模式 (發(fā)送、接收和收發(fā) )，并清空所需要的 DMA 緩沖區(qū)。 DSP 設備 open 以后，通過 audio setupse buf()創(chuàng)建 DMA 緩沖區(qū)。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計如下 : typedef struct{ int size。//緩沖區(qū)大小 char * start。//指向緩沖區(qū)起始處 dma addr_t dma addr。//緩沖區(qū)物理地址 struct semaphore sem。//信號量 int master。//操作 buf 的 線程 } audioes buf t。 燈 pedef struct{ audio 一 buf t *buffers。//指向 audio 緩沖區(qū)的指針 audio 一 buf t *buf。//當前用于 read/write 的緩沖區(qū) 22 u int buf idx。//指針編號 u int fragsize。//緩沖區(qū)大小 u int nbfrags。//緩沖區(qū)總數(shù) dmach t dma ch。//DMA 通道 (12 為音頻通道 ) } audio stream_t。 函數(shù) audio setup buf 根據(jù)事先設置的 DMA 緩沖區(qū)片和緩沖區(qū)片的大小開辟音頻緩沖區(qū)所需要的空間。音頻緩沖區(qū)可以被描述成下面的結(jié)構(gòu) : 圖 4. 9 音頻緩沖區(qū)結(jié)構(gòu) 在 Linux應用程序中，通過對 DSP設備文件節(jié)點的寫入 (write 和讀取 (read ) , 可以實現(xiàn)聲音的播放和錄音。如將 wave 文件復制給 DSP 設備，就可以聽到聲音， wave 文件是一種非壓縮的音頻數(shù)據(jù)格式，它有一個標準的文件頭，它一記錄了音頻的采樣格式，通道數(shù)等信息，但使相對于后面的音頻數(shù)據(jù)，這個頭很小，通過 cp 命令播放時作為開頭的一點點噪聲忽略了。所以，當報警被觸發(fā)時，調(diào)用命令 cp /dev/sound/dsp,可實現(xiàn)聲音的回放。 圖像數(shù)據(jù)壓縮模塊軟件設計 由視頻采集模塊獲取的圖像數(shù)據(jù)需要在無線網(wǎng)絡上傳輸，為了提高傳輸效率從而提高視頻圖像質(zhì)量，則需要將原始的視頻圖像進 行壓縮編碼。 MPEG4 壓縮理論與實現(xiàn) 4. 3. 2. 1 視頻壓縮技術(shù) 視頻壓縮是實現(xiàn)數(shù)字網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)。視頻壓縮的目的是對數(shù)字視頻進行編碼，在保持視頻質(zhì)量的同時占用盡可能少的空間。視頻編解碼技術(shù)理論依據(jù)為信息理論的數(shù)學原理。由于視頻圖像數(shù)據(jù)有極強的相關(guān)性，即大量的冗余信息，包括空域冗余信息和時域冗余信息。壓縮技術(shù)就是將數(shù)據(jù)中的冗余信息去掉，而壓縮處理后的視頻質(zhì)量的高低是決定多媒體服務質(zhì)量好壞的主要因素。 在學術(shù)和應用領(lǐng)域許多人都在致力于視頻壓縮技術(shù)的研究，并且制訂了眾多 23 標準，如 :ITUT 的 , , ISO/IEC 的 MPEG 系列標準。這些標準覆蓋了很大的視頻速率范圍和應用領(lǐng)域，支持不同速率、不同的圖像質(zhì)量要求等條件的視頻業(yè)務。由于本監(jiān)控系統(tǒng)是通過無線網(wǎng)絡進行視頻傳輸，而無線信道又具有易錯、時變和帶寬有限的特點，因此選擇合適的視頻壓縮標準對系統(tǒng)的開發(fā)至關(guān)重要。 無線信道對視頻信號的要求 無線通信技術(shù)擺脫了有線的束縛，成為追求自由通信的重要手段。數(shù)字視頻信號通過無線信道有效傳輸成為實現(xiàn)未來通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。視頻業(yè)務的數(shù)據(jù)量大、對誤比特率要求高，無線信道 又具有易錯、時變和帶寬有限的特點，因此信道的誤比特率要比有線壞境大得多，且隨著基站和終端位置、方向的改變而變化很大。因而，無線視頻系統(tǒng)在實際應用中面臨著許多問題。 無線通信中視頻系統(tǒng)應至少滿足三個要求 : (1)對視頻信號要有很高的壓縮比。無線信道的帶寬資源是一種稀有資源，而原始數(shù)字視頻信號又具有海量數(shù)據(jù)的特點，因此極低比特率視頻壓縮編碼方法是需要首先解決的問題。 (2)對信道抗誤碼能力高。為了克服遠近效應等問題，以獲得無線信道的高系統(tǒng)容量，需要低的信噪比，但這可能導致更高的誤比特率。視頻信號又對誤比特率有更 嚴格的要求。 (3)低功率消耗。由于無線視頻系統(tǒng)往往是便攜式的嵌入式系統(tǒng)，一般由電池供電，其供能系統(tǒng)的容量受到較大限制，因而減少功率消耗是能限系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。 MPEG4 適用于無線傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù) 本系統(tǒng)采用先進的 MPEG4 標準對視頻圖像進行壓縮編碼， MPEG4 不同于過去的 MPEG2 或 系列標準，其壓縮方法不再局限于某種算法，可以根據(jù)不同的應用進行系統(tǒng)裁剪和選擇。為此， MPEG4 提供了一個包含各種工具和算法的工具箱，給出各種任意形狀可視對象的高效表達式，可用于各種圖像和視頻的高效壓縮 [[z2]0 MPEG4 最重要的特點在于，它不同于傳統(tǒng)的圖像 /視頻編碼方法，第一次提出了基于對象的視頻編碼的概念和方法。為此， MPEG4 引入視頻對象平面(VOP)的概念面向視頻對象進行編碼，在這一概念中，根據(jù)人眼感興趣的一些特性，如形狀、運動、紋理等，將圖像序列中每幀的場景看成是由不同 VOP 所組成的 [[23]。而同一對象連續(xù)的 VOP 稱為視頻對象 (Video Obj ect ) a 為了高效的降低圖像信號的視頻冗余度， MPPG4 使用了基于塊的運動估計和補償技術(shù)。它主要采用了 3 種圖像類型 : .VOP ( Intra VOP)，它是不采用參考圖像的編碼而產(chǎn)生的圖像。 .PVOP(Predicted VOP)，它采用上一個 IVOP 或上一個 PVOP 來進行運動補償預測。 .BVOP(BidirectionallyPredicted VOP)，它同時采用前面和后面的 IVOP 或 24 PVOP 作基準，進行運動補償預測編碼。 為了提高傳輸效率， MPEG4 采用了“子圖形”預測和編碼技術(shù)，它把靜止的背景作為“子圖形”首先發(fā)往接收端，作為第一幀同時存儲于編解碼器內(nèi) [[24]。再將背景前出現(xiàn)的視頻對象分開進 行編碼，形成視頻序列進行傳送，進而實現(xiàn)重建原始的圖像。 從前面的討論可以看出傳統(tǒng)的視頻編碼方法不太適合無線傳輸其根本原因是因為無線信道帶寬的可變性及不穩(wěn)定性。而 MPEG4 標準是目前比較成熟的適于無線信道傳輸?shù)膲嚎s標準，首先， Mpeg4 有很高的壓縮比，對傳輸速率要求較低，在 ^39。 64Kbps 之間。其次，它采用的分層可擴展性編碼技術(shù)和碼率控制技術(shù)來自動適應無線信道帶寬較窄且不停變化的特性，并針對無線信道容易出現(xiàn)的隨機錯誤，為提高信道容錯能力，定義了一系列錯誤恢復工具。 (1)分層編碼將整個視頻流分為 可逐級嵌入的若干層，不同復雜度的解碼器可根據(jù)自身能力，從同一數(shù)據(jù)流中抽出不同層進行解碼，得到不同質(zhì)量、不同分辨率的視頻信號。使同一個數(shù)據(jù)流適應不同特性的解碼器，提高靈活性和有效性。對于傳輸信道來說，分層編碼可應用于不同的網(wǎng)絡帶寬和網(wǎng)絡狀況，在速率起伏很大的 IP ( Inter Protocol )網(wǎng)絡及具有不同傳輸特性的異構(gòu)網(wǎng)絡上有重要的義。 圖 4. 14 MPEG4 分層描述語法結(jié)構(gòu) (2)碼率控制是編碼器基于對網(wǎng)絡可用帶寬的估計決定要發(fā)送到信道上的視頻比特流數(shù)率 }ZS}。碼率控制在視頻編碼器中 起著非常重要的作用，一方面它調(diào)整編碼比特流滿足某種給定的帶寬條件 。另一方面，改善視頻編碼的質(zhì)量。碼率控制策略的好壞是直接影響活動圖像編碼器的輸出碼率穩(wěn)定性和圖像質(zhì)量的重要因素。 ( 3 ) MPEG4 具有修正傳輸過程中產(chǎn)生錯誤的特性，即容錯性?？拐`碼工具包括再同步，數(shù)據(jù)恢復和誤差隱藏，且這些工具在 MPEG4 均得到了進一步優(yōu)化。 由于其良好的容錯機制，使得視頻流在信道傳輸后，解碼的質(zhì)量得到保證。這對于多媒體信息在信道下的傳輸有著重要的意義。由于信息經(jīng)信道傳輸后不可避免的會出現(xiàn)錯誤，且被壓縮后的信息 對錯誤特別敏感，如果不加以處理， 25 在接收端，多媒體的質(zhì)量將嚴重下降而不可用。尤其對十無線電傳播，由于電磁波傳播是擴散的，地理環(huán)境復雜多變，且用戶位置處于移動中，不可預測，其信息傳輸更為不穩(wěn)定。可以說， MPEG4 的出現(xiàn)，促進了含有視頻流內(nèi)容的移動式產(chǎn)品的發(fā)展。 4. 3. 2. 4 Xv i D 編碼器 在幾種開放源代碼的 MPEG4 編碼軟件中，選擇 xvidcore 作為本系統(tǒng)中視頻圖像壓縮模塊中的核心算法。 2020 年以前， Microsoft 開發(fā)的用于 Windows Media 的編碼解碼平臺，是當時唯一的 MPEG4編碼器，包括 MS MPEG4 VI, MS MPEG4 V2, MS MPEG4 V3的系列編碼內(nèi)核。 2020 年 2 月，黑客破解了 MS MPEG4 V3，并以此開發(fā)了一個新視頻編碼解碼平臺，這就是大名鼎鼎的 DivX。它利用開源世界的技術(shù)力量迅速發(fā)展起來，卻在最后封閉了源代碼。這個結(jié)果不為開源開發(fā)小組的人所接受，他們在 DivX 的基礎上開發(fā)出了 XviD a XviD 經(jīng)過一年的發(fā)展，性能得到極大的提高，被認為目前世界上速度最快的 MPEG4 Codec a 對于一個第二代的 MPEG4 視頻編碼內(nèi)核來說 ， XviD 的各種算法設計都有代表性的先進意義。其特點主要有 : (1)多種編碼模式。除了最原始單重估定碼流壓縮 (Ipass CBR)之外， XviD 提供了包括 :單重質(zhì)量模式動態(tài)碼流壓縮、單重量化 (Quantization)模式動態(tài)碼流壓縮、和包括外部控制和內(nèi)部控制的兩種雙重 (2pass)動態(tài)碼流壓縮模式。 (2)量化 (Quantization)方式和范圍控制。量化就是在編碼時通過對時間或空間上相鄰的畫面單元進行同化、模糊細節(jié)的程度，是對畫面質(zhì)量最基本的控制因素。XviD 不僅提供了標準的 MPEG 量化方式，還特 地提供了更適合低碼流壓縮的 量化方式。 (3)運動偵測 C Motion Seach )和曲線平衡分配 (Curve )。對畫面逐幀進行運動偵測，以及對全片段的運動偵測結(jié)果進行分析后，重新以曲線平衡分配每一幀的量化幅度，以實現(xiàn)需要高碼流的運動畫面可以分配更多空間、更高的碼流、更低的量化幅度來保持畫面的細節(jié) 。而對于不包含太多運動信息的靜態(tài)畫面，則消減分配預算。 (4)動態(tài)關(guān)鍵幀距。由于在視頻壓縮中不是每一幀都記錄著全部的畫面信息，事實上只有關(guān)鍵幀一記錄著完整的畫面信息，而后續(xù)的 P 幀 ((PFrame)僅僅 是紀錄下與之前一幀的差值。如果關(guān)鍵幀之間的畫面變化很大，則會浪費寶貴的空間在 PFrame 上，而加入把變化很大的那一幀記錄在關(guān)鍵幀里，那么由于后續(xù)的幀不再有更大的變化，就可以節(jié)省 P 幀所需的空間。因此，根據(jù)畫面鏡頭切換和運動幅度來變換關(guān)鍵幀的位置，有利于畫面質(zhì)量的提高。 系統(tǒng)中 Xvid 的程序設計主要分為開始，結(jié)束和壓縮循環(huán)三個部分，分別對應 mpeg4_ start()、 mpeg4_ stop()、 mpeg4 loop()三個函數(shù)。 mpeg4_ start()主要完成 XviD 的編碼器的初始化工作。以下是初始化 XviD的核心代碼 : 26 mpeg4_ start() { xvid_gbl_ init t init}aram。 /lXviD 初始化參數(shù) xvid enc create t xvid enc create。 //XviD 編碼參數(shù) xvides enc_p