【正文】 plicated area,convenient area puter work cabling,distributed control systems area and so on. While the use of such a work device can be expanded by the server,the image can be a different location in the region to transfer to the Inter. Keywords: video transmission。embedded systems。本文采取 ARM處理器與嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)作為系統(tǒng)的硬件平臺和軟件平臺 ， 重點對核心模塊進行了詳細 的設計與實現(xiàn) ， 視頻采集模塊和視頻編解碼模塊主要利用 處理器的 CSI接口和 eMMA 硬件來實現(xiàn) ， 采取硬件 MPEG4 編解碼 ， 無線傳輸模塊利用 USB 無線網(wǎng)卡和基于 UDP 和 RTP 的通信協(xié)議來保證快速有效的視頻數(shù)據(jù)傳輸。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 2 1 緒論 課題背景 無線視頻傳輸涉及到無線電通信技術和無線局域網(wǎng)技術。隨著網(wǎng)絡和多媒體技術的發(fā)展，特別是視頻壓縮技術的發(fā)展，視頻圖像傳輸將成為 IP 網(wǎng)絡的重要業(yè)務。而無線擴頻通訊與有線相比，有其固有的優(yōu)越性：聯(lián)網(wǎng)方便、費用低廉等。 視頻圖像通信主要應用之一是多媒體監(jiān)控和教學，多媒體監(jiān)控是當 今監(jiān)控領域的發(fā)展主流，既可用于工業(yè)過程和交通管制中的監(jiān)測與控制，又可用于安全防衛(wèi)中的監(jiān)視與報警。在技術進步推動信息傳遞日趨無線化的背景下，無線圖像傳輸也就成為圖像監(jiān)控的關鍵任務之一。無線圖像傳輸正成為無線視頻通信，多媒體監(jiān)控、教學的難點和關鍵點，一旦很好解決了無線視頻 圖像傳輸問題，將在視頻通信，多媒體監(jiān)控、教學，工業(yè)控制中得到廣泛應用。本系統(tǒng)以 ARM 處理器為核心，充分利用了 ARM 處理器高性能、低功耗、低成本的優(yōu)點，擴展了平臺的通用接口；并且采用了 WLAN 無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，為無線應用提供了經(jīng)濟、完善的解決方案。隨著計算機技術、數(shù)字視頻技術以及網(wǎng)絡化技術的發(fā)展 ， 視頻傳 輸系統(tǒng)也在不斷發(fā)展。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 3 (1)基于模擬攝像機的本地視頻傳輸系統(tǒng) 基于模擬攝像機的視頻傳輸系統(tǒng)一般是由攝像機、傳輸電纜、監(jiān)視器、視頻矩陣切換器等組成。隨著技術的發(fā)展 ， 出現(xiàn)了視頻矩陣切換器 ， 云臺控制等新技術 ， 可以實現(xiàn)多路信號的切換以及對視頻前端的控制。 (2)基于計算機的數(shù)字視頻傳輸系統(tǒng) 由于計算機技術和數(shù)字視頻壓縮技術的發(fā)展 ， 數(shù)字視頻壓縮和計算機開始應用于視頻傳輸。在這種視頻傳輸系統(tǒng)中 ， 可充分發(fā)揮計算機的強大性能 ， 在此基礎上產(chǎn)生了各種智能化應用。這種模式實際上是原來的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的延伸 ， 這種方案的優(yōu)點在于可以利用舊有的線路設備進行改造 ， 利用原有的攝像機獲取圖像信息。 數(shù)字視頻傳輸?shù)目煽啃愿?， 經(jīng)過壓縮的圖像傳輸更加快速 ， 還可以通過各種方式與聯(lián)網(wǎng)的其他計算機共享。擁有 windows 這種良好的用戶界面 ， 易于操作和管理。 PC 機仍需要專人管理 ， 操作較為煩瑣。 (3)基于嵌入式技術的視頻傳輸系統(tǒng) 隨著芯片、網(wǎng)絡技術的進步 ， 現(xiàn)在出現(xiàn)了基于嵌入式技術的網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)?；谇度胧郊夹g的視頻傳輸系統(tǒng)有效地將嵌入式技術和圖像技術北華大學畢業(yè)設計（論文） 4 結合在一起 ， 可以很好地解決基于 PC 的視頻傳輸系統(tǒng)中存在的問題。 2 系統(tǒng)結構及功能 系統(tǒng)結構組成 一個完整的嵌入式視頻傳輸系統(tǒng)主要由視頻采集模塊、視頻編碼模塊、傳輸控制協(xié)議處理模塊、通信網(wǎng)絡、視頻解碼模塊與顯示模塊組成。 圖 視頻傳輸系統(tǒng)結構框圖 在圖 所示的系統(tǒng)中 ， 視頻的處理流程如下 ： 首先 ， 在視頻發(fā)送端 ， 對模擬視頻進行采樣 ， 獲得數(shù)字視頻并對數(shù)字視頻進行編碼 ， 生成適應傳輸?shù)?視頻編碼數(shù)據(jù)流 ； 然后 ， 根據(jù)無線網(wǎng)絡的可用的通信資源和傳輸控制協(xié)議 ， 無線傳輸視頻數(shù)據(jù) ； 最后 ， 在接收端對接收的視頻編碼流進行解碼 ， 重新構造視頻信號 ， 并向發(fā)送端發(fā)送反饋控制信息。發(fā)生火災時，相應節(jié)點發(fā)出警報，由主機做出反映，顯示發(fā)生火災的現(xiàn)場視頻信息 ； 北華大學畢業(yè)設計（論文） 5 (3) 網(wǎng)絡的主要任務是網(wǎng)絡能夠在移動中獲取一個局部區(qū)域的圖像 ， 同時能夠把移動中獲取的圖像作進一步的傳送 ； (4) 網(wǎng)絡傳輸距離可以從幾十 米到一百米 ； (5) 網(wǎng)絡節(jié)點制造成本要求相對比較低 ， 有利于大量使用 ； (6) 節(jié)點獲取圖像的輸入數(shù)據(jù)格式可以不同 ， 圖像的輸入象素可以不同 ； (7) 在主節(jié)點 ， 圖像輸出顯示數(shù)據(jù)格式可以不同 ， 圖像的輸出象素在橫、寬可以放大、縮小 ， 或者僅在橫、僅在寬一個方向可以放大或者縮小 ， 以便可以使用不同尺寸的LCD 顯示屏 ； (8) 采用硬件的方法壓縮、解壓圖像數(shù)據(jù) ， 以提高數(shù)據(jù)處理效率 。 （ 2） 不受電磁感應干擾 雷擊導致同軸電纜 CATV 系統(tǒng)設備損壞的比率較高，電力系統(tǒng)或地電流通過電纜產(chǎn)生的干擾會使系統(tǒng)信號質(zhì)量下降，而由于光纖具有良好的抗干擾性能 故在光傳輸系統(tǒng)中不存在上述問題。 無線視頻傳輸優(yōu)點分析 無線視頻傳輸就是指不用布線（線纜）利用無線電波作為 傳輸介質(zhì) ，在空中搭建傳輸鏈路來傳輸視頻、聲音、數(shù)據(jù)等信號的監(jiān)控系統(tǒng)。相比之下無線數(shù)據(jù)傳輸方式，節(jié)省了人力物力，節(jié)省了投資。 （ 3） 擴展性好： 在用戶組建好一個通訊網(wǎng)絡之后，常常因為系統(tǒng)的需要增加新的設備。 (4)設備維護更容易實現(xiàn)： 有線通訊鏈路的維護需沿線路檢查，出現(xiàn)故障時，一般很難及時找出故障點，而采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式只需維護數(shù)傳模塊，出現(xiàn)故障時則能快速找出原因，恢復線路正常運行。首先 視 頻信號輸入后要經(jīng)過調(diào)制 — 發(fā)射 — 接收 — 解調(diào) — 還原等一系列的電路環(huán)節(jié)，失真自然一重接一重；另外信號在傳輸?shù)倪^程中，容易受到干擾，最終無線傳輸后的還原效果不及有線。 綜上所述，本文采取無線視頻傳輸模式實現(xiàn)本文所設計的無線視頻傳輸系統(tǒng)。 ? 視頻信號采集模塊 視頻信號采集系統(tǒng)主要由三部分構成： A/D 轉換電路、數(shù)據(jù)緩存、邏輯控制電路。 CMOS 采集圖像后輸出 YUV 格北華大學畢業(yè)設計（論文） 7 式的視頻流到緩存，然后由 MCU 控制傳 輸?shù)揭曨l處理單元。 ? 視頻處理模塊 視頻處理系統(tǒng)利用 標準動態(tài)圖像壓縮編碼技術來對采集到的視頻信號進行處理，編碼器采用軟件實現(xiàn)的方式，即建立一個包含處理器與存儲器的硬件平臺，將軟件編碼器下載到此硬件平臺上。視頻傳輸模塊與視頻處理模塊的連接需要一總線橋接器件來實現(xiàn)。單純靠增加存儲器容量 ， 提高信道帶寬以及計算機的處理速度等方法來解決這個問題是不現(xiàn)實的。視頻信號經(jīng)過數(shù)字化的圖像為運動圖像 ， 運動圖像編碼的兩個基本要求 ： 實時性和高效性。 目前視頻圖像壓縮編碼主要采用 MPEG1/ MPEG 、 等幾種視頻編碼技術。采用不同的壓縮技術 ， 將很大程度影響以上幾大要素。 壓縮位率主要目標為 。但 MPEG1 也有較多不利地方 ： 存儲容量還是過大、清晰度不夠高和網(wǎng)絡傳輸困難。 MPEG2 視 頻相對北華大學畢業(yè)設計（論文） 8 MPEG1 提升了分辨率 ， 滿足了用戶高清晰的要求 ， 但由于壓縮性能沒有多少提高 ， 使得存儲容量還是太大 ， 也不適和網(wǎng)絡傳輸。另外 MPEG4 可以方便地動態(tài)調(diào)整幀率、比特率 ， 以降低存儲量。 標準是由國際電信聯(lián)盟 (ITU)發(fā)布的 ， 對視頻會議和視頻電信應用提供視頻壓縮編碼。在源端視頻信息幀被捕捉并被通過視頻編碼器進行編碼 ， 壓縮后的編碼必須通過網(wǎng)絡或是電信聯(lián)接傳輸 ， 并在視頻解碼端進行解碼。 標準繼承了 和 MPEG1/2/4 視頻標準協(xié)議的優(yōu)點 ， 在各個主要的功能模塊內(nèi)部使用了一些先進的技術 ， 提高了編碼效率 H264 的數(shù)據(jù)壓縮率在 MPEG2 的 2 倍以上、 MPEG4 的 倍以上。 在壓縮編碼效率、視頻內(nèi)容自適性處理能力方面及網(wǎng)絡層面 ， 特別是對 IP 網(wǎng)絡及移動網(wǎng)絡的自適應處理能力、抗干擾能力與頑健性等方面 ， 相比 。 (l)根據(jù)我們 提出的性能參數(shù) ， 要達到 320x240 顯示屏上 ， 視頻的幀數(shù)為每秒 20 幀的指標 ， 以及無線網(wǎng)絡傳輸?shù)乃俾?， 我們必須要選擇壓縮率比較高、編碼速率比較快的視頻壓縮編碼標準 ， 通過對比 ， MPEG H26 H264 都比較符合我們的要求。 (3)考慮到嵌入式系統(tǒng) CPU 性能有限 ， 同時 處理器內(nèi)嵌了增強的 eMMA(多媒體加速器 )， 它包含了硬件的 MPEG4 編碼器模塊 (Encoder)、 MPEG4 解碼器模塊(DeCoder)， 因此采用 支持的 MPEG4 硬件編解碼庫實現(xiàn)視頻的編碼更加快速。 MPEG4 視頻編碼正在完成從基于像素的傳統(tǒng)編碼向基于對象和內(nèi)容的現(xiàn)代編碼的轉變。這個方案不足在于增加一塊芯片 ， 需要增加芯片與 CPU 的連線和初始化程序 ； 也會增加印刷電路板的面積 ； 如果是在手持設備里面增加一塊視頻壓縮與解壓芯片的印刷電路板 ， 那無疑會影響使用的方便。因為把每秒 20 幀的視頻使用軟件進行壓縮 ， CPU 就不能做其他的事情了。前面已經(jīng)提及 ， 視頻采集的各個環(huán)節(jié)使用完全的硬件方式解決 ， 那么我們設計的視頻傳輸系統(tǒng) 的視頻壓縮和解壓技術也需要使用完全的硬件方式解決 ， 同時該編解碼硬件和 CPU 是集成在同一個芯片內(nèi) ， 使這兩部分協(xié)調(diào)起來工作。目前基于 MPEG4 標準的編碼器軟件主要有 Xvid、 DIVX 和 ISOEncoder， 在這三個編碼器軟件中 ， Xvid(舊稱為 XviD)是一個開放源代碼的 MPEG4 視頻編解碼器 ，它是基于 OpenDivX 而編寫的。 XviD 顯然是目前 PC上的 MPEG4 編碼核心中 ， 可選模式最多的視頻編碼 ； 如果采用硬件方式實現(xiàn) MPEG4編碼 ， 可以使用處理器芯片中內(nèi)置的 MPEG4 編解碼器 ， 支持多媒體加速、 3D 圖形。 無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡標準的選擇 無線局域網(wǎng)是當前發(fā)展最迅速的領域之一 ， 目前無 線局域網(wǎng)的技術主要有 IEEE 、藍牙和 ZigBee 技術。在數(shù)據(jù)鏈路層的 MAC 子層 ， IEEE 標準使用“載波偵聽多點接入 /沖突避免 (CSMA/CA)”媒體訪問控制 (MAC)協(xié)議 ： 任何連接到介質(zhì)的設備在欲發(fā)送幀前 ， 必須對介質(zhì)進行偵聽 ， 當確認其空閑時 ， 才可以發(fā)送 ； 送出數(shù)據(jù)前 ， 先送一段小小的請求傳送報文 (RTS:Request to send)給目標端 ， 等待目標端回應(CTS:Clear to Send)報文后 ， 才開始傳送。同時由放 RTSCTS 封包都很小 ， 讓傳送的無效開銷變小。同時該頻段正好處于ISM 頻帶之內(nèi) ， 無需任何許可證 ， 任何人都可以免費使用 ， 進一步降低了網(wǎng)絡成本。③從硬件方面來看 ， 有越來越多的芯片和設備貼上了 WiFi 商標 ， 即符合 IEEE 標準 ， 使得設備之間的兼容性大大提高 ， 網(wǎng)絡組建更為方便。若除去用于協(xié)議本身的一部分 ， 實際上 IEEE 在最優(yōu)條件下 (短距離且沒有干擾 )的最大速率就只有 6Mbit/s； 而當數(shù)據(jù)包沖突或者有其他錯誤發(fā)生時速度更 會下降到 2Mbit/s 甚至 1Mbit/s。③ WLAN 的安全問題 ， 它不能提供和有線通信一樣的隱私保護 ， 任何人都可以接入網(wǎng)絡 ， 既不需要身份驗證也不需要對信號解碼 ， 使得 無線局域網(wǎng)己成為最容易受到黑客攻擊的網(wǎng)絡之一。 IEEE 標準使 OFDM成為一種強制執(zhí)行的技術 ，以便在 頻段上提供 lEEE 的數(shù)據(jù)傳輸速率 ， 同時還要求實現(xiàn) IEEE 標準 ， 并將 CCKOFDM 做為可選模式 ， CCKOFDM 將 CCK 調(diào)制用于包頭 ，而將 OFDM 用于有效信息 ， 這樣可以解決 IEEE 標準和 IEEE 標準混合的兼容性問題 ， 這種組合調(diào)制的數(shù)據(jù)速率雖然會降低吞吐率 ， 但依然比 IEEE 標準快的多。② IEEE 使用 較低頻帶 ， 在一定覆蓋區(qū)域內(nèi)需要數(shù)量更少的接入點 ， 降低了成本。 缺點 ： ①總寬帶偏低。② IEEE 的 54Mb/s 高速率和向下兼容并不能同時實現(xiàn)。因此 ， 除要購買 IEEE 標準無線 AP 外 ， 還必須將接入點設置成“ IEEE only”模式 ， 以防影響整個網(wǎng)絡的運行速度。為此 ， 藍牙技術采用跳頻擴展技術 (FHSS)以確保鏈路穩(wěn)定。 藍牙設備采用的是 CFSK 調(diào)制技術 ， 其傳輸速率為 1Mbit/s， 實際有效速率最高可達 721kbit/s。 (4)ZigBee 技術 ZigBee 技術是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡技術。在無線通信技術上 ， 采用了碰撞避免機制 ， 同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙 ， 避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。其特點主要適用于以下場合 ： 需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點 ； 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大 ， 而要求設備成本低 ； 要求數(shù)據(jù)傳