【導(dǎo)讀】現(xiàn)視頻會(huì)議、可視電話和視頻監(jiān)控等應(yīng)用已經(jīng)成為可能。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，需。要對(duì)原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼壓縮后傳輸。而現(xiàn)有的嵌入式音視頻設(shè)備，由于處理器。另外，傳統(tǒng)的有線視頻傳輸系統(tǒng)在特定的環(huán)境下存在著布線困難等問題，不。因此，有必要開發(fā)編解碼效率較高、組網(wǎng)靈活。本論文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套嵌入式無線視頻傳輸系統(tǒng)。點(diǎn)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了無線視頻傳輸系統(tǒng)的主要任務(wù)。通過上述軟硬件的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了三種節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)功能，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)無。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)視頻采集無線傳輸功能。

　　

【正文】 低功耗、高性價(jià)比的 RISC（ reduced instruction set puter）通用微處理器。它適用于手持、移 動(dòng)等終端設(shè)備。它 為 和 3G 通信服務(wù)提供了優(yōu)化的硬件性能 ， 采用64/32bit 的內(nèi)部總線架構(gòu)，融合了 AXI、 AHB、 APB 總線。它還有很多強(qiáng)大的硬件加速器，包括運(yùn)動(dòng)視頻處理、音頻處理、 2D 加速、顯示處理和縮放。一個(gè)集成的 MFC[13]（ MultiFormat video Codec） 支持 MPEG4/，此硬件編解碼器支持實(shí)時(shí) 視頻會(huì)議以及 NTSC 和 PAL 制式的 TV 輸出。此外它還內(nèi)置了一 21 個(gè)采用最先進(jìn)技術(shù)的 3D 加速器，支持 OpenGL ，能實(shí)現(xiàn) 4M triangles/s 的 3D 加速。 S3C6410 包括優(yōu)化的外部存儲(chǔ)器接口，能滿足在高端通信服務(wù)中的數(shù)據(jù)帶寬要求。外部存儲(chǔ)器接口分為 DRAM 和 Flash/ROM/DRAM 兩路端口。 DRAM 端口可以通過配置支持 Mobile SDRAM、 SDRAM 、 Mobile DDR、 DDR。而 Flash/ROM/DRAM 端口支持 NANDFlash、 NORFlash、 OneNAND、 ROM、 CF 等類型的外部存儲(chǔ)器以及DRAM 端口所支持的 全部 存儲(chǔ)器。 為降低整個(gè)系統(tǒng)的成本和提升系統(tǒng)總體功能， S3C6410 包括了很多 硬件 功能外設(shè) 。 包括 Camera 接口 、 TFT 24bit 真彩色 LCD 控制器、系統(tǒng)管理單元、 4 通道的 UART、4 通道定時(shí)器 、 32 通道的 DMA、 通用 I/O 接口 、 I2C 總線， I2S 總線 、 USB Host、 高速 USB OTG、 高速 MMC 卡接口 、 SD Host 以及內(nèi)部的 PLL 時(shí)鐘發(fā)生器。 S3C6410 的內(nèi)部功能框圖如圖 42 所示： 圖 42 S3C6410 內(nèi)部功能框圖 22 圖像采集模塊設(shè)計(jì) 圖像采集模塊 在 采集節(jié)點(diǎn) 中使用，它負(fù)責(zé)圖像的采集，并將圖像數(shù)據(jù)交給主控模塊實(shí)現(xiàn) 編碼 ，最終由此節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)模塊負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)的發(fā)送。圖像采集模塊所采集到的圖像質(zhì)量影響接收方最終得到的圖像的質(zhì)量。 圖像采集模塊使用 S3C6410引出的 CMOS 攝像頭接口與主控模塊進(jìn)行交互。 視頻采集模塊采用友善之臂公司提供的 CAM130 攝像頭模塊，該模塊由一個(gè) 130萬像素的 CMOS 圖像傳感器 OV9650 及其接口電路、電源電路組成。 該模塊體積小巧、成像清晰，適用于手持設(shè)備，攝像監(jiān)控等應(yīng)用 ， CAM130 模塊的原理圖如圖 43 所示。其中 OV9650 CMOS 攝像頭模塊 可以采集到 YUV、 RGB565 等多種格式的視頻或圖像，并 支持 SXGA、 VGA、 QVGA、 QCIF 等多種視頻和圖像格式的轉(zhuǎn)換，最高轉(zhuǎn)換速率分別達(dá)到 15fps、 30fps、 60fps 和 120fps。在本系統(tǒng)中 ， 采集到的是 RGB565 格式的圖像。 圖 43 CAM130模塊原理圖 23 網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)模塊主要包括 采集節(jié)點(diǎn) 、中繼節(jié)點(diǎn)和 接收節(jié)點(diǎn) 的發(fā)送模塊、轉(zhuǎn)發(fā)模塊和接收模塊 。 采集節(jié)點(diǎn) 和 接收節(jié)點(diǎn) 中的 發(fā)送模塊和接收模塊 受主控模塊控制，完成視頻數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收 ； 中繼節(jié)點(diǎn) 的 轉(zhuǎn)發(fā)模塊 完成視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。 網(wǎng)絡(luò) 模塊使用 USB 接口來與主控模塊進(jìn)行交互，主控模塊通過 USB Host 來連接 網(wǎng)絡(luò) 模塊。 網(wǎng)絡(luò) 模塊采用 EDUP EPN8508GS USB 無線網(wǎng)卡。該網(wǎng)卡采用 REALTEK 8188cus芯片，支持 n/g/b 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，支持在 的直接序列擴(kuò)頻（ DSSS）技術(shù)，傳輸速率可達(dá)到 150Mbps。該網(wǎng)卡支持 ，支持Windows Windows Vista、 Windows XP、 Windows 20 Linux 和 Mac OS 等操作系統(tǒng)，支持 WEP、 WPA、 WPA2 無線網(wǎng)路安全機(jī)制，并支持 QoS 和 WMM 功能以為本項(xiàng)目提供穩(wěn)定聲音與影像傳輸?shù)姆?wù)。 顯示模塊設(shè)計(jì) 顯示模塊主要用于 采集節(jié)點(diǎn) 和 接 收節(jié)點(diǎn) 。它受主控模塊控制來顯示 采集節(jié)點(diǎn) 采集到的或 接收節(jié)點(diǎn) 接收到的圖像數(shù)據(jù)。顯示模塊通過 S3C6410 提供的 24 位 RGB 接口實(shí)現(xiàn)與主控模塊的 連接。 本項(xiàng)目采用了 NEC 公司生產(chǎn)的 N43 ” LCD 液晶屏，分辨率達(dá)到 480*272，帶一線精準(zhǔn)觸摸， 支持 16 位的 RGB。 軟件模塊設(shè)計(jì) 采集節(jié)點(diǎn) 主要有視頻采集 模塊、視頻數(shù)據(jù)壓縮模塊、 視頻數(shù)據(jù)發(fā)送模塊 和路由模塊四 個(gè)應(yīng)用層軟件 模塊；中繼節(jié)點(diǎn)主要有應(yīng)用層路由模塊； 接收節(jié)點(diǎn) 主要包括視頻數(shù)據(jù)接收模塊、視頻數(shù)據(jù)解碼模塊、 視頻顯示模塊 以及路由模塊四個(gè)應(yīng)用層軟件模塊。三 個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有相似的底層軟件模塊 和完全相同的路由模塊。 下面本 節(jié)將 逐一介紹這 八個(gè)軟件模塊的設(shè)計(jì)。 24 底層軟件模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)底層軟件設(shè)計(jì)主要包括四部分： Bootloader 移植，操作系統(tǒng)移植，設(shè)備驅(qū)動(dòng)移植和根文件系統(tǒng)移植。本項(xiàng)目中采用的 Bootloader 是三星公司為 6410 系統(tǒng)提供并由友善之臂公司改進(jìn)的的 Uboot；操作系統(tǒng)采用 ARM Linux 操作系統(tǒng)；設(shè)備驅(qū)動(dòng)包括 視頻采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)、 USB Host 驅(qū)動(dòng)、無線傳輸模塊驅(qū)動(dòng)、 LCD 設(shè)備驅(qū)動(dòng)、 MFC 硬編解碼器驅(qū)動(dòng)等等。 根文件系統(tǒng)采用的是 ubifs 文件系統(tǒng) 。 1. Bootloader 移植 Bootloader 的作用相當(dāng)于 PC 中的 BIOS。通過 Bootloader， 可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，最終為操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備正確的運(yùn)行環(huán)境。 本項(xiàng)目使用的 Bootloader 是 Uboot。 Uboot 是（ Universal Boot Loader）是遵循GPL（ General Public License）條款的開放源代碼項(xiàng)目。它從 FADSROM、 8xxROM、PPCBOOT 逐步發(fā)展演變而來。其源代碼目錄、編譯形式等與 Linux 內(nèi)核很相似。 它具有如下優(yōu) 點(diǎn)：開放源代碼；支持多重嵌入式操作系統(tǒng)，包括 Linux；支持多個(gè)處理器系列，包括 x86， ARM；具有較高的穩(wěn)定性和可靠性；高度靈活的功能設(shè)置；豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)源代碼；豐富的開發(fā)調(diào)試文檔與強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。 UBoot 提供兩種操作模式 ， 啟動(dòng)加載模式和下載模式，并具有強(qiáng)大的功能：支持NFS 掛載、 RAMDISK 形式的根文件系統(tǒng)；支持 NFS 掛載或從 Flash 中引導(dǎo)操作系統(tǒng)內(nèi)核；強(qiáng)大的操作系統(tǒng)接口功能，可靈活設(shè)置、傳遞多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)給操作系統(tǒng)，適合系統(tǒng)在不同開發(fā)階段的調(diào)試要求；強(qiáng)大的 Linux 支持；支持目標(biāo)板環(huán)境參數(shù) 多種存儲(chǔ)方式，如 Flash、 EEPROM； CRC32 校驗(yàn) Flash 中的內(nèi)核、 RAMDISK 鏡像文件；串口、SDRAM、 Flash、 LCD、 EEPROM、以太網(wǎng)等等驅(qū)動(dòng)支持；上電自動(dòng)檢測(cè) SDRAM、 Flash大小， SDRAM 故障、 CPU 型號(hào)等。 首先解壓 Uboot 并進(jìn)入解壓出來的目錄，之后執(zhí)行“ make mini6410_sd_configram256”命令來進(jìn)行配置，這里的配置主要是對(duì)硬件相關(guān)的一些文件根據(jù)具體硬件進(jìn)行修改，修改 .config 文件中的關(guān)于 UBoot 在系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)上的配置以及修改 Makefile 文件 中所要用到的交叉編譯器 (本項(xiàng)目使用的是)等內(nèi)容。之后 執(zhí)行 make 命令生成 鏡像文件，并用三星公司提供的 程序?qū)㈢R像文件燒寫到 SD 卡上，制作成 SD 25 啟動(dòng)卡。將 SD 卡插入卡槽，設(shè)置 節(jié)點(diǎn)板 為 SD 啟動(dòng)模式，通電后可看到 Uboot 在 節(jié)點(diǎn)板 上正常運(yùn)行。 2. 操作系統(tǒng)移植 應(yīng)用于嵌入式平臺(tái)的操作系統(tǒng)很多，考慮到本項(xiàng)目的實(shí)際需求，選擇了 ARM Linux操作系統(tǒng)。 Linux 操作系統(tǒng)源代碼公開并 遵循 GPL 協(xié)議，其內(nèi) 核 [14]采用模塊化設(shè)計(jì)，精悍可靠，易于剪裁，適用于嵌入式系統(tǒng)。正是由于 Linux 的眾多優(yōu)點(diǎn)， ARM Linux 得到了廣泛的應(yīng)用。 ARM Linux 操作系統(tǒng)是以內(nèi)核補(bǔ)丁的形式提供而不發(fā)布完整的內(nèi)核。在標(biāo)準(zhǔn)的 Linux 內(nèi)核基礎(chǔ)上，以補(bǔ)丁的形式增加 Linux 內(nèi)核對(duì) ARM 處理器的支持。ARM Linux 內(nèi)核 主要由進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接口和進(jìn)程間通信等五個(gè)子系統(tǒng)組成。其源代碼分布如圖 44 所示： 圖 44 Linux 源代碼分布圖 其中， /arch 子目錄包含了所有特定硬件結(jié)構(gòu)的內(nèi)核代碼，如 arm、 i386 等； /drivers 子目錄包含了內(nèi)核中所有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，如 usb、 video 等； /include 子目錄 包含了建立內(nèi)核所需的大部分庫文件； /init 子目錄包含了內(nèi)核的初始化代碼；/kernel 子目錄包含了主內(nèi)核代碼； /ipc 子目錄包含了進(jìn)程間通信代碼； /mm 子目錄包含了所有的內(nèi)存管理代碼； /fs 子目錄包含了所有的文件系統(tǒng)代碼，如 jffs ext3等； / 子目錄包含了網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的代碼。 本項(xiàng)目使用的是 Linux 版本內(nèi)核，使用“ make menuconfig”配置所需要的設(shè)備 驅(qū)動(dòng)程序和進(jìn)行內(nèi)核功能的剪裁。之后使用“ make zImage”命令生成內(nèi)核的鏡 26 像文件 zImage。在安裝好傳輸文件 所使用的 USB 驅(qū)動(dòng)后，通過 DNW 程序和 Uboot的協(xié)同使用將內(nèi)核鏡像燒寫至 節(jié)點(diǎn)板 的 Flash 上。 3. 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的配置 設(shè)備的驅(qū)動(dòng)配置基本是在 Linux 內(nèi)核配置中完成的。 對(duì)于 CAM130 攝像頭模塊驅(qū)動(dòng)、 USB Host 驅(qū)動(dòng)、無線傳輸模塊驅(qū)動(dòng)、 LCD 設(shè)備驅(qū)動(dòng)、 MFC 硬編解碼器驅(qū)動(dòng)等外部驅(qū)動(dòng)程序，需要將源代碼放到 Linux 內(nèi)核相應(yīng)目錄下并修改相關(guān)的配置文件使他們能夠被編譯進(jìn)內(nèi)核。 在配置內(nèi)核時(shí) 還需要 對(duì) V4L2 進(jìn)行檢查和選擇。 4. 根文件系統(tǒng)的移植 文件系統(tǒng)是文件管理系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，是操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存儲(chǔ)文件信 息的軟件機(jī)構(gòu)。它主要由三部分組成：與文件管理相關(guān)的軟件、被管理的文件和實(shí)施文件管理所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。從系統(tǒng)角度看，文件系統(tǒng)對(duì)文件存儲(chǔ)器空間進(jìn)行組織和分配，并負(fù)責(zé)文件的存儲(chǔ)和存入文件的保護(hù)和檢索。從用戶的角度說，文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成建立、讀取、修改、存儲(chǔ)、刪除等文件操作。 UNIX 文件系統(tǒng)種類具有類似的通用結(jié)構(gòu)。其核心概念是超級(jí)塊（ super block），i 節(jié)點(diǎn)（ inode），數(shù)據(jù)塊（ data block），目錄塊（ directory block）和間接塊（ indirection block）。超級(jí)塊保存文件系 統(tǒng)的總體信息； i 節(jié)點(diǎn)保存除了文件名以外一個(gè)文件的信息以及指向文件數(shù)據(jù)塊的指針（文件名單獨(dú)保存主要是考慮到按文件名檢索的效率）；目錄塊中保存文件名及其對(duì)應(yīng)文件的 i 節(jié)點(diǎn)數(shù)目； 而間接塊在 i 節(jié)點(diǎn)因文件數(shù)據(jù)量過大導(dǎo)致數(shù)據(jù)塊指針不夠用時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，以擴(kuò)充數(shù)據(jù)塊指針空間；數(shù)據(jù)塊用來保存文件的有效數(shù)據(jù)。 嵌入式文件系統(tǒng)種類很多，其中比較常用有 yaffs（ Yet Another Flash Filing System）、 yaffs ubifs（ Unsorted Block Image File System）以及 ext3（ The Third Extended File System） 等。 本項(xiàng)目采用 ubifs 作為根文件系統(tǒng)。 IBM、 Nokia 的工程師 Thomsa Gleixner， Artem Bityutskiy 等人于 2020 年發(fā)起，致力于開發(fā)性能卓越、擴(kuò)展性高的 Flash 專用文件系統(tǒng)，最終誕生了 ubifs。 首先正確配置并安裝 busybox 和 mktools 工具，之后執(zhí)行“ mkubimagemlc2 rootfs_qtopia_qt4 ”將 rootfs_qtopia_qt4 目錄 壓制為 ubifs 格式 27 的鏡像文件 。在安裝好傳輸文件所使用的 USB驅(qū)動(dòng)后，通過 DNW程序和 Uboot 的協(xié)同使用將文件系統(tǒng)鏡像鏡像燒寫到 節(jié)點(diǎn)板 的 Flash 上。 視頻采集模塊設(shè)計(jì) Linux 操作系統(tǒng)下，所有的設(shè)備都可以用文件節(jié)點(diǎn)的方式表示。 采集節(jié)點(diǎn) 的攝像頭在 Linux 中對(duì)應(yīng)設(shè)備文件 “ /dev/video0”。對(duì)這個(gè)設(shè)備文件進(jìn)行操作即可完成對(duì)CAM130 攝像頭的操作。完成一次圖像采集的 流程如下： （ 1） 打開攝像頭設(shè)備 （ 2） 獲取 攝像頭 設(shè)備屬性 （ 3） 設(shè)置采集圖像的格式 （ 4） 初始化內(nèi)核 空間圖像數(shù)據(jù)緩存 （ 5） 分配 用戶空間圖像數(shù)據(jù) 內(nèi)存 （ 6） 獲取圖像數(shù)據(jù)至用戶空間內(nèi)存 （ 7） 釋放用戶空間內(nèi)存，關(guān)閉設(shè)備 文件描述符是無符號(hào)整數(shù)表示的句柄，用來標(biāo)識(shí)打開的設(shè)備。使用 open 打開攝像頭設(shè)備文件后，攝像頭對(duì)應(yīng)了一個(gè)特定的文件描述符。 在獲取攝像頭設(shè)備屬性、設(shè)置圖像格式和初始