基于嵌入式Linux的視頻采集編碼發(fā)送模塊的設(shè)計與實現(xiàn)論文

1、郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文論文題目基于嵌入式Linux的視頻采集編碼發(fā)送模塊的設(shè)計與實現(xiàn)英文題目TheDesignandRealizationofVideo Capturing and Encoding and Transiting Module BasedonEmbeddedLinux碩士研究生指導(dǎo)教師學(xué)科專業(yè)電子與通信工程論文提交日期年 月 日論文答辯日期年 月 日論文評閱人答辯委員會主席年月日獨 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作與取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標注和致的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得郵電大學(xué)

2、或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年 月日學(xué)位論文使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解郵電大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)郵電大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。(的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書)學(xué)位論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：簽字日期： 年月 日簽字日期： 年 月 日67 / 74摘要隨著人們對安全要求的不斷提高、嵌入式微處理器和

3、多媒體壓縮技術(shù)以與無線傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，無線實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到了快熟的發(fā)展與應(yīng)用。本文基于DM6467平臺，使用TVP5158芯片實現(xiàn)多路視頻復(fù)合采集，經(jīng)過解復(fù)用后，遠程調(diào)用DSP端H.264編碼器完成視頻流的實時編碼，最后利用RTP協(xié)議封裝視頻數(shù)據(jù)并通過MF210無線模塊實現(xiàn)視頻的無線傳輸。論文最終設(shè)計實現(xiàn)了一種應(yīng)用在無線實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的多路視頻采集編碼發(fā)送方案。論文首先研究了應(yīng)用在無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵的技術(shù)，包括DaVinci技術(shù)、V4L2視頻采集驅(qū)動規(guī)、H.264編碼算法以與RTP流媒體實時傳輸協(xié)議和WCDMA技術(shù)等。隨后分析了模塊的功能需求，并根據(jù)需求分析設(shè)計了視頻采集編碼

4、發(fā)送模塊的總體架構(gòu)。接下來論文研究了DaVinci開發(fā)平臺的硬件和軟件開發(fā)環(huán)境，并根據(jù)開發(fā)需求完成嵌入式開發(fā)環(huán)境搭建，主要工作包括嵌入式Linux服務(wù)器搭建、開發(fā)工作站配置、嵌入式Linux核移植等。在以上基礎(chǔ)上，完成視頻采集、視頻編碼、視頻發(fā)送三個子模塊具體的設(shè)計與實現(xiàn)。分別在視頻采集子模塊中，設(shè)計與實現(xiàn)基于V4L2采集驅(qū)動規(guī)的多路視頻的復(fù)合采集；在視頻編碼子模塊中，設(shè)計與實現(xiàn)基于Codec Engine機制的H.264編碼，主要工作包括H.264編碼器的構(gòu)建和編碼應(yīng)用程序的實現(xiàn)。在構(gòu)建H.264編碼器過程中主要完成X.264編碼算法的xDM封裝、Codec Server生成、Codec E

5、ngine引擎配置等，在編碼應(yīng)用程序中，通過調(diào)用H.264編碼器的VISA API接口，實現(xiàn)采集的視頻數(shù)據(jù)的實時編碼；在視頻發(fā)送子模塊中，先構(gòu)建WCDMA網(wǎng)絡(luò)的傳輸鏈路，主要工作是完成MF210驅(qū)動移植、PPP移植與PPP撥號實現(xiàn)，然后在應(yīng)用層利用RTP（實時傳輸協(xié)議）封裝編碼后的NAUL數(shù)據(jù)，最后創(chuàng)建socket，將打包而成RTP數(shù)據(jù)包發(fā)送到wcdma網(wǎng)絡(luò)中。在測試階段，通過對系統(tǒng)的整體測試，驗證了課題成功完成了模塊設(shè)計的預(yù)期目標。關(guān)鍵字：視頻采集編碼發(fā)送模塊；Davinci，V4L2，H264，xDM，WCDMAAbstractWith the constant improvement o

6、f the people to safety requirements, the embedded microcontroller processor and multimedia compression technology and the rapid development of wireless transmission technology, wireless real-time video monitoring system for the development and application of cook. DM6467 based platform, this paper u

7、se TVP5158 chip to realize the collection of multi-channel video composite, after solution reuse, remote call DSP end of h. 264 encoder complete video streaming real-time encoding, finally using RTP protocol encapsulation video data and realize the wireless transmission of video by MF210 wireless mo

8、dule. Final design thesis implements a application in wireless real-time video monitoring system of multi-channel video acquisition coding send package. Paper first studied the application of key technology in wireless video monitoring system, including the DaVinci technology, V4L2 video acquisition

9、 drive standard, h. 264 encoding algorithm and RTP streaming media real-time transmission protocol and WCDMA technology, etc. Then analyzed the module function demand, and according to the demand analysis and design the overall architecture of the encoding video collection is sending module. The pap

10、er studied the DaVinci development platform of hardware and software development environment, and according to the development needs to complete embedded development environment set up, the main work includes embedded Linux server set up, develop the workstation configuration, embedded Linux kernel

11、transplantation, etc. On the basis of above, complete the video acquisition, video coding, video sent three child module detailed design and implementation. In video acquisition module, the design and implementation based on V4L2 acquisition drive specification composite of multi-channel video acqui

12、sition; In video coding module, the design and implementation based on the Codec Engine mechanism of h. 264 coding, the main work including h. 264 encoder the implementation of the construction and coding applications. In construction of h. 264 encoder mainly completed in the process of x. 264 encod

13、ing algorithm of xDM encapsulation, Codec Server generate, Codec Engine Engine configuration, etc., in coding the application by calling the h. 264 encoder VISA API interface, realize the acquisition of video data real time coding; In video send sub module, transmission link of the construction of W

14、CDMA network first, main job is to complete MF210 drive, the PPP to transplant with the PPP dial-up, and then in the application layer using RTP (real-time transport protocol) encapsulation encoded NAUL data, finally create a socket, will be packaged into RTP packets sent to the WCDMA network. Durin

15、g the testing period, through the whole system testing，it verify that this paper successfully completed the anticipated target of the module design.Keywords: module of video Capturing and Encoding and Transmiting, Davinci, H264, xDM, V4L2, WCDMA目錄摘要IAbstractII目錄IV第一章緒論11.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)行業(yè)背景11.2 課題研究背景與意義31

16、.3 論文組織架構(gòu)41.4 本章小結(jié)5第二章視頻采集編碼發(fā)送模塊的總體設(shè)計62.1 模塊相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)研究62.1.1 Davinci技術(shù)62.1.2 V4L2視頻采集驅(qū)動接口72.1.3 H.264視頻編碼技術(shù)72.4.4視頻傳輸協(xié)議與技術(shù)82.2模塊架構(gòu)設(shè)計92.2.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架92.2.2 模塊的需求分析102.2.3 模塊硬件平臺的選擇112.2.4 模塊總體架構(gòu)的設(shè)計122.3 本章小結(jié)13第三章搭建嵌入式開發(fā)環(huán)境平臺143.1 DaVinci硬件開發(fā)環(huán)境143.1.1 DM6467處理器特點143.1.2 采集譯碼器TVP5158功能概述153.2 DaVinci軟件開發(fā)環(huán)境

17、163.2.1 xDM算法標準介紹173.2.2Codec Engine概述183.3 嵌入式開發(fā)環(huán)境搭建213.3.1 Linux服務(wù)器搭建213.3.2工作站配置233.3.3 Davinci平臺初始化233.4 本章小結(jié)27第四章視頻采集編碼發(fā)送模塊的設(shè)計與實現(xiàn)284.1視頻采集模塊設(shè)計實現(xiàn)284.1.1 視頻采集模塊的設(shè)計284.1.2 V4L2編程接口294.1.3視頻采集模塊的實現(xiàn)304.2視頻編碼模塊的設(shè)計與實現(xiàn)344.2.1 視頻編碼模塊的設(shè)計344.2.2 H.264編碼器的實現(xiàn)344.2.3視頻編碼模塊的實現(xiàn)464.3視頻傳輸模塊的設(shè)計與實現(xiàn)484.3.1視頻傳輸模塊設(shè)計4

18、84.3.2 視頻傳輸鏈路實現(xiàn)484.3.2視頻傳輸模塊實現(xiàn)514.4 本章小結(jié)53第五章系統(tǒng)測試555.1 測試容和預(yù)期目標555.2 測試過程565.2.1 測試網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建565.2.2 測試步驟575.3 測試結(jié)果與分析585.4 本章小結(jié)60第六章總結(jié)與展望616.1 工作總結(jié)616.2 不足和展望61致63參考文獻64附錄攻讀碩士學(xué)位期間的科研工作67第一章緒論1.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)行業(yè)背景隨著人們對安全要求的不斷提高和嵌入式微處理器、多媒體壓縮技術(shù)以與無線傳輸技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到了快熟的發(fā)展與應(yīng)用。從技術(shù)角度上研究視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以將視頻監(jiān)控系統(tǒng)劃分為三個階段，

19、分別是：第一階段的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV），第二階段的數(shù)模結(jié)合的視頻監(jiān)控系統(tǒng)（DVR）。而隨著多媒體傳輸技術(shù)的發(fā)展，主要是信息編解碼技術(shù)的發(fā)展以與Internet網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)又可被劃分為以數(shù)字錄像設(shè)備為核心的數(shù)字化本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)和以嵌入式視頻服務(wù)器為核心的數(shù)字化遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，即第三代的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。近年來個人化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化將是未來視頻監(jiān)控市場主要的發(fā)展趨勢1，視頻監(jiān)控應(yīng)用的發(fā)展過程如圖1.1所示。圖1.1 監(jiān)控應(yīng)用的變遷一模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用專用的同軸線纜傳輸模擬的視頻信號，它的系統(tǒng)硬件組成主要部分是攝像機、線纜、錄像機和監(jiān)視器等設(shè)備

20、。隨著多媒體技術(shù)編解碼技術(shù)發(fā)展，微處理器性能的提高以與網(wǎng)絡(luò)帶寬的提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)方式、功能實現(xiàn)、性能以與擴展性方面都有了重大的變化，視頻在系統(tǒng)構(gòu)成上更加靈活個性化，功能上更加豐富、全面，人機交互更加友好易于操作，系統(tǒng)的外圍接口更加豐富且統(tǒng)一，便于系統(tǒng)的功能拓展。但是，由于視頻信息流的在系統(tǒng)中依然是以模擬信號傳輸，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的的系統(tǒng)構(gòu)架難以發(fā)生巨大的變革，同時模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種單向、單功能形式的信息采集傳輸網(wǎng)絡(luò)，因此雖然系統(tǒng)的整體技術(shù)已發(fā)展到很成熟的技術(shù)水平，但是由于以上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的局限，模擬監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)到達一個瓶頸階段，難以滿足日益提升的視頻監(jiān)控需求。

21、模擬監(jiān)控系統(tǒng)的主要缺陷是：(1) 系統(tǒng)監(jiān)控區(qū)域有限。由于模擬信號在同軸電纜傳輸?shù)膰邢蓿瑢?dǎo)致系統(tǒng)通常只適合應(yīng)用在圍較小的監(jiān)控區(qū)域；(2) 系統(tǒng)的擴展能力差。對于已建立好的監(jiān)控系統(tǒng)，由于其組網(wǎng)架構(gòu)以與系統(tǒng)功能架構(gòu)的局限，若要去增添設(shè)備，則需要大圍的修改系統(tǒng)，甚至重建系統(tǒng)。(3) 不能形成有效的報警聯(lián)動。由于系統(tǒng)各部分獨立運行，相互之間的協(xié)議不能發(fā)生通信，造成聯(lián)動只能在很小的圍進行，不便對系統(tǒng)進行有效的掌控。所以，要滿足對視頻監(jiān)控更高的要求，監(jiān)控數(shù)字化是必由之路。而且數(shù)字通信的快速發(fā)展，也保障了數(shù)字化的可能性。二數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)90年代初，微處理器技術(shù)和彩色視頻技術(shù)的發(fā)展推動了數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的出

22、現(xiàn)與發(fā)展。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)利用微處理器的對數(shù)據(jù)的高速處理能力進行視頻的采集和編碼等處理，利用彩色視頻技術(shù)在高分辨率的顯示器上實現(xiàn)多畫面的清晰顯示，大大提高了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量。這種基于微處理器的多媒體主控平臺系統(tǒng)被稱為數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)產(chǎn)品是DVR，采用windows平臺，在個人計算機上安裝不同型號的視頻顯卡和對應(yīng)的DVR軟件，用戶可以得到相應(yīng)的1、2、4路的采集視頻，并可以得到實時的語音和視頻傳輸服務(wù)。但是由于視頻編解碼技術(shù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的滯后，有限的帶寬不能支持傳輸數(shù)據(jù)量巨大的視頻數(shù)據(jù)，監(jiān)控信息大多只局限于本地系統(tǒng)，難以進行遠程的視頻監(jiān)控。但是市場對視頻監(jiān)

23、控的更高的需求不斷的推動著視頻編解碼技術(shù)、流媒體技術(shù)以與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，從而也把網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控推向了發(fā)展的必然。三.網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)90年代末期，隨著計算機處理能力提高、多媒體編解碼技術(shù)發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲容量的迅速提升、以與各種視頻處理技術(shù)的發(fā)展，以嵌入式技術(shù)為主要平臺，以網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)為依托，以智能圖像分析為特色的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)正快速的登上視頻監(jiān)控的舞臺，引發(fā)了視頻監(jiān)控行業(yè)的技術(shù)革命，贏得了學(xué)術(shù)界、 用戶的高度重視。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的出現(xiàn)使得視頻監(jiān)控開始向道路交通、家庭、教育、企業(yè)信息化、醫(yī)療等新的運用領(lǐng)域滲透2。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控即IP監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控就是依靠有線或者無線IP網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字化的形式實

24、現(xiàn)視頻信息的遠程傳輸。只要是網(wǎng)絡(luò)可達的地方，無論是以有線還是無線的方式，只要有需要就可以輕松地實現(xiàn)視頻監(jiān)控和視頻數(shù)據(jù)的存儲。同時，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控還可以完美的和其它類型的監(jiān)控系統(tǒng)進行結(jié)合，便于系統(tǒng)的兼容與擴展。盡管當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)視頻由于其成本限制，使其應(yīng)用主要局限于智能交通、平安城市等大型項目中，但隨著社會發(fā)展、人民經(jīng)濟水平提升以與對安防監(jiān)控要求的提高，智能家居、家庭安防等行業(yè)應(yīng)用正在崛起3。同時，因為智能監(jiān)控所具有的與時、精確、便捷和節(jié)約資源等優(yōu)勢，隨著技術(shù)的發(fā)展市場的擴，新一代網(wǎng)絡(luò)化、智能化和個人化的視頻監(jiān)控有極大的研究價值，必將得到廣泛的推廣和應(yīng)用4。1.2 課題研究背景與意義隨著近年來社會的不斷

25、的快速發(fā)展，各國各行業(yè)對安防越來越重視，視頻監(jiān)控行業(yè)取得了長足的發(fā)展。在中國，伴隨著技術(shù)日漸成熟和成本降低，以與在“平安城市”工程、世博會、奧運會等重大項目和事件的推動下，視頻監(jiān)控市場得以快熟的發(fā)展和結(jié)構(gòu)調(diào)整，使得基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字監(jiān)控逐步成為市場主導(dǎo)，而傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控市場逐步萎縮。目前基于嵌入式無線流媒體技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控市場中應(yīng)用最為廣泛的視頻監(jiān)控技術(shù)。基于嵌入式無線流媒體技術(shù)是嵌入式技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻編碼技術(shù)和流媒體傳輸技術(shù)的結(jié)合5。在嵌入式方面，DaVinci技術(shù)融合了ARM與DSP技術(shù)，這樣使得達芬奇處理器既具備ARM良好的控制功能，又有DSP強大的計算能力，能夠滿足更多應(yīng)用場合的

26、需求。在傳輸方面，無線視頻監(jiān)控具有高移動性、架設(shè)靈活、管理方便和綜合成本低的優(yōu)點。目前WCDMA是國應(yīng)用最為廣泛的3G網(wǎng)絡(luò)制式，如果支持HSPA網(wǎng)絡(luò)的話，那么理論最高上行是5.76Mbps，理論最高下行是7.2Mbps，如果是支持HSPA+網(wǎng)絡(luò)的上網(wǎng)卡設(shè)備，理論最高下行則是21Mbps。這樣的理論帶寬足以滿足無線實時流媒體的傳輸，但在實際運用中由于無線信道的高信噪比、高衰落等復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)本身的缺陷導(dǎo)致無線信道容量有限，要實現(xiàn)清晰、實時的無線視頻傳輸仍然存在困難。在編碼方面， H.264編碼技術(shù)因其低碼率（高壓縮比）、高質(zhì)量畫面、容錯能力強、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強，逐漸得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛認可，成為當(dāng)

27、前無線視頻編碼領(lǐng)域最為熱門技術(shù)之一。在流媒體傳輸方面，RTP協(xié)議是應(yīng)用非常廣泛的流媒體實時傳輸協(xié)議，針對流媒體傳輸?shù)倪B續(xù)性、實時性和占用帶寬較大的特性，RTP協(xié)議經(jīng)常配合使用UDP不可靠傳輸協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)。雖然視頻壓縮技術(shù)和無線傳輸帶寬有了長足進步，但考慮到無線視頻傳輸中視頻數(shù)據(jù)量龐大、傳輸實時性要求高而無線信道的帶寬有限，完成視頻數(shù)據(jù)在無線信道中上的實時傳輸仍然是一個巨大挑戰(zhàn)。本課題設(shè)計源于本人研究生期間參與的科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項目基于TD-SCDMA的遠程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。課題方案中ARM微處理器通過V4L2編碼驅(qū)動接口控制 TVP5158 芯片實現(xiàn)視頻的多路復(fù)合采集，經(jīng)過解復(fù)用之

28、后，把采集的視頻數(shù)據(jù)進行 H.264 實時壓縮編碼，在應(yīng)用層利用RTP實時傳輸協(xié)議封裝視頻數(shù)據(jù)，最后通過MF210 無線發(fā)射模塊把視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到 WCDMA網(wǎng)絡(luò)中。論文最終完成了無線實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻采集、編碼、發(fā)送模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。1.3 論文組織架構(gòu)本論文一共分為6章，其中，第一章是緒論部分，第二至第五章是論文的主體，第六章是論文的工作總結(jié)和展望。第一章是緒論部分。從視頻監(jiān)控從模擬到數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史講起，介紹了視頻監(jiān)控的發(fā)展，本課選題背景、意義與主要研究容。第二章是模塊的總體設(shè)計。首先研究了與模塊相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，然后分析了模塊的功能需求，并根據(jù)功能分析設(shè)計了視頻采集、編碼、發(fā)送模

29、塊的總體架構(gòu)。第三章是搭建系統(tǒng)的開發(fā)平臺。首先分析了DaVinci硬件以與軟件開發(fā)環(huán)境，并根據(jù)開發(fā)需完成嵌入式開發(fā)環(huán)境搭建，主要工作包括嵌入式Linux服務(wù)器搭建、開發(fā)工作站配置、嵌入式Linux核移植等。第四章是系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)部分。分別設(shè)計實現(xiàn)了視頻圖像采集、視頻圖像編碼和視頻圖像發(fā)送三個子模塊。（1）.視頻采集子模塊：設(shè)計實現(xiàn)基于V4L2采集驅(qū)動規(guī)的視頻采集。（2）.視頻編碼子模塊：設(shè)計實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的H.264壓縮編碼。具體實現(xiàn)過程是：構(gòu)建H264編碼器，主要工作包括完成X.264編碼算法的xDM封裝，Codec Server生成、Codec Engine引擎配置等；最后在應(yīng)用層遠程調(diào)

30、用編碼器的VISA API接口實現(xiàn)視頻編碼；（3）視頻發(fā)送子模塊：實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的無線發(fā)送。先構(gòu)建WCDMA網(wǎng)絡(luò)的傳輸鏈路，主要工作是完成MF210驅(qū)動與PPP移植，以與ppp撥號實現(xiàn)，然后采用基于UDP協(xié)議的RTP流媒體實時傳輸協(xié)議打包視頻數(shù)據(jù)，最后創(chuàng)建socket發(fā)送數(shù)據(jù)到wcdma網(wǎng)絡(luò)中。第五章是對模塊軟件的性能的測試與驗證。結(jié)合整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行測試，通過實測圖像來評定系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的完成情況。第六章 對論文進行總結(jié)與下一步研究方向。1.4 本章小結(jié)本章主要介紹了該課題的研究背景；分析了當(dāng)前視頻監(jiān)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀；分析了系統(tǒng)背景以與應(yīng)用價值；最后指明了該課題的研究容以與編排了本論文的組織

31、結(jié)構(gòu)。第二章視頻采集編碼發(fā)送模塊的總體設(shè)計本章首先從硬件平臺、視頻采集子模塊、視頻編碼子模塊、視頻發(fā)送子模塊方面研究了適用于本課題的DaVinci技術(shù)、V4L2視頻采集驅(qū)動規(guī)、H264編碼算法以與WCDMA技術(shù)和RTP流媒體實時傳輸協(xié)議等。然后分析了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上分析了模塊的功能需求，根據(jù)需求分析設(shè)計了模塊的整體架構(gòu)。2.1 模塊相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)研究2.1.1 Davinci技術(shù)達芬奇技術(shù)由達芬奇處理器、達芬奇軟件、達芬奇開發(fā)工具和達芬奇技術(shù)支持組件等優(yōu)化構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示67。圖 2.1達芬奇技術(shù)結(jié)構(gòu)圖DaVinciTM處理器是TI公司為面向視頻編解碼應(yīng)用而專門設(shè)計

32、的一款數(shù)字流媒體處理器。在硬件方面，DaVinci技術(shù)集成了ARM與DSP雙核處理器，它在DSP處理器運行DSP/BOIS操作系統(tǒng)，利用其強大的數(shù)據(jù)處理能力和高速的運轉(zhuǎn)速度實現(xiàn)對音視頻的編解碼以與實現(xiàn)圖像的相關(guān)處理；在ARM處理器運行MontaVista Linux操作系統(tǒng)，利用其良好的控制功能，實現(xiàn)對外圍設(shè)備的控制，如設(shè)備的初始化、遠程調(diào)用DSP算法庫等；在軟件方面，TI為視頻軟件開發(fā)商提供了標準化編碼器接口，增強了編碼器的移植性，簡化了二次開發(fā)的難度，同時TI還提供了集成處理器、軟件、工具等支持，簡化了設(shè)計與開發(fā)進程，加速了產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新速度。2.1.2 V4L2視頻采集驅(qū)動接口V4L2是

33、Linux平臺下視頻采集設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)的一套規(guī)。它為Linux中視頻設(shè)備訪問提供了通用接口，在Linux系統(tǒng)中，V4L2驅(qū)動的Video設(shè)備節(jié)點路徑通常/dev/video/中的videoX。V4L2是一個兩層驅(qū)動結(jié)構(gòu)：上層是videodev模塊，當(dāng)videodev初始化后，它把自己注冊為一個主設(shè)備號為81的字符設(shè)備，同時注冊自己的字符驅(qū)動成員函數(shù)；下層是V4L2驅(qū)動程序，它實際上是videodev的客戶端，videodev通過V4L2驅(qū)動程序的成員函數(shù)來調(diào)用V4L2驅(qū)動程序8。它使用分層的方法給驅(qū)動程序的開發(fā)提供了清晰的模型和一致的接口，方便驅(qū)動程序的開發(fā)。在應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)視頻采集的過程中，

34、通常用到的兩個V4L2系統(tǒng)調(diào)用是ioctl()和mmap()，其中 ioctl()系統(tǒng)調(diào)用負責(zé)控制設(shè)備的I/O通道，mmap()系統(tǒng)調(diào)用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現(xiàn)共享存。2.1.3 H.264視頻編碼技術(shù)隨著近年來嵌入式流媒體技術(shù)快速發(fā)展，這使得視頻會議，視頻監(jiān)控，可視，以與視頻直播等得到了長足的發(fā)展。但是網(wǎng)絡(luò)帶寬畢竟是有限的，尤其是帶寬較窄的無線傳輸環(huán)境中，在因而我們需要在盡可能保證圖像質(zhì)量的前提下，減少視頻信息中的冗余量，從而緩解無線網(wǎng)絡(luò)帶寬，這也是視頻壓縮的目標。因此，視頻編碼技術(shù)也得到了更廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。H.264 標準9正是在這種大的背景下誕生。H.264標準是由ITU

35、-T和ISO/IEC聯(lián)合開發(fā)的，它定位于覆蓋整個視頻應(yīng)用領(lǐng)域，包括：傳輸DVD和數(shù)碼相機的高清晰度的視頻應(yīng)用、傳輸電視廣播標的準清晰度和高清晰度視頻的應(yīng)用、傳輸Internet上的視頻流的應(yīng)用以與傳輸?shù)痛a率的無線視頻應(yīng)用等。H.264從功能上可以分為兩層：VCL層（視頻編碼層）和NAL層（網(wǎng)絡(luò)提取層）。VCL層主要目標是盡量的獨立于各種網(wǎng)絡(luò)的情況下進行數(shù)據(jù)高效的編解碼。VCL主要完成對塊、宏塊、片等語法級別的定義和核心壓縮引擎，壓縮單元主要完成運動補償、變換編碼、熵編碼等。NAL層主要目標是根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)情況，對VCL層的數(shù)據(jù)進行打包與發(fā)送。H.264作為一種新型的高質(zhì)量低碼率視頻編碼標準，具

36、有適用性強、壓縮率高、圖像質(zhì)量好等特點。在一樣的重構(gòu)圖像質(zhì)量下，H.264與H.263 和MPEG4 標準相比，能節(jié)約 50%的碼率。H.264標準還引進了面向 IP 包的編碼機制，有利于網(wǎng)絡(luò)中的分組傳輸，支持網(wǎng)絡(luò)中視頻的流媒體傳輸。具有很強的抗誤碼特性，可適應(yīng)丟包率高、干擾嚴重的無線信道中的視頻傳輸10 11。2.4.4視頻傳輸協(xié)議與技術(shù)1.RTP協(xié)議RTP(Realtime Transport Protocol) 實時傳輸協(xié)議是針對Internet上多媒體數(shù)據(jù)流的傳輸?shù)囊粋€協(xié)議，它描述了程序管理多媒體數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)姆绞?，作為RFC1889被IETF發(fā)布。RTP數(shù)據(jù)包由RTP首部(RTP H

37、eader)和RTP負載(RTP Payload)兩部分組成。RTP協(xié)議是用來傳輸具有實時特性的數(shù)據(jù)，它提供端到端的實時數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。RTP數(shù)據(jù)通常配合UDP協(xié)議使用，利用UDP的多路復(fù)用與校驗和服務(wù)共同完成實時數(shù)據(jù)傳輸功能， UDP建立在IP協(xié)議基礎(chǔ)上，為用戶提供了一種而向不可靠的、無連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，適合傳輸對實時性要求較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。2PPP協(xié)議PPP（Point-to-Point Protocol點到點協(xié)議）是在同等單元之間傳輸數(shù)據(jù)包的鏈路層封裝協(xié)議。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數(shù)據(jù)包。協(xié)議的設(shè)計目的主要是用來通過撥號或?qū)＞€方式建立點對點連接發(fā)送數(shù)據(jù)，使其成為各種主機、網(wǎng)橋

38、和路由器之間簡單連接的一種共通的解決方案。在 20 世紀 80年代末，串行線互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(Serial Line Internet Protocol，SLIP)因傳輸性能問題阻礙了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，于是人們開發(fā)了 PPP 協(xié)議來解決遠程互聯(lián)網(wǎng)連接的問題12。PPP不僅支持異步鏈路，也支持面向比特的同步鏈路，同時克服了SLIP只能靜態(tài)分配IP的缺陷，PPP 協(xié)議滿足了動態(tài)分配 IP 地址的需要，而且PPP協(xié)議通過NCPs對多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議提供支持。因此，PPP 協(xié)議在接入網(wǎng)中取得了廣泛的應(yīng)用。PPP 協(xié)議主要由下面四個部分組成：封裝：一種封裝多協(xié)議數(shù)據(jù)報（IP數(shù)據(jù)報）的方法，實現(xiàn)了在同一鏈路上傳輸不同網(wǎng)

39、絡(luò)協(xié)議的復(fù)用技術(shù)。數(shù)據(jù)包的最大長度由具體網(wǎng)絡(luò)的MTU決定。鏈路控制協(xié)議（LinkControl Protocol，LCP）：用于建立、配置、測試和管理數(shù)據(jù)鏈路連接。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NetworkControlProtocol，NCP）：協(xié)商該鏈路上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式與類型，建立、配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。口令認證協(xié)議（Password Authentication Protocol，PAP）和質(zhì)詢握手認證協(xié)議（Challenge-Handshake Authentication Protocol，CHAP）：為PPP連接提供用戶認證功能，可以確保PPP連接的安全性。PPP連接的建立主要經(jīng)過三個階段，

40、第一階段：LCP連接協(xié)商階段，主要完成對基本的通訊方式進行選擇，第二階段：CHAP密碼認證階段，主要完成客戶端的權(quán)限認證，第三階段：NCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)商階段，主要完成對上層網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的配置。經(jīng)過以上三個階段，一條PPP通信鏈路便建立起來了。3. WCDMA技術(shù)WCDMA是一種由3GPP具體制定的，基于GSM核心網(wǎng)，是第三代移動通信系統(tǒng)。WCDMA是一個ITU(國際電信聯(lián)盟)標準，它是從CDMA（碼分多址）演變來的，在官方上被認為是IMT-2000的直接擴展。目前WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6 Release 7等版本。其中R99/R4可以

41、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）分別強化了R99/R4版本的下行與上行最大速度，分別達到5.76kbps和7.2bps，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FDD-LTE等后續(xù)演進技術(shù)，可以看出WCDMA在不斷地快速發(fā)展。目前，國運營主要有三種制式的3G標準，主要有聯(lián)通的WCDMA、移動的TD-SCDMA以與電信的CDMA2000。與另外兩種3G標準相比，WCDMA具有網(wǎng)絡(luò)建設(shè)最為

42、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，所以本文選擇WCDMA制式作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)中無線傳輸所用的制式標準。2.2模塊架構(gòu)設(shè)計2.2.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架本課題基于嵌入式Linux視頻采集編碼發(fā)送模塊的設(shè)計與實現(xiàn)，根源于科技型中小型企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新項目基于TD-SCDMA的遠程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在項目中，為了方便系統(tǒng)設(shè)計、分工和開發(fā)實現(xiàn)，系統(tǒng)中采用模塊化的思想指導(dǎo)設(shè)計無線實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)從功能角度上可劃分為三個模塊：監(jiān)控前端（PU）、中心服務(wù)平臺、監(jiān)控客戶端（CU）。PU端可劃分為三個部分：視頻服務(wù)器外設(shè)設(shè)備（攝像頭、云臺、各類傳感器等）、DVS（數(shù)字視頻服務(wù)器

43、）和無線接入設(shè)備。PU端是系統(tǒng)的信息采集和處理端，實現(xiàn)告警信息、容分析數(shù)據(jù)采集處理，以與音視信息的采集、編碼、發(fā)送以與本地存儲，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)過來的視頻信息轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控客戶端，信令服務(wù)器實現(xiàn)信令流的控制，主要負責(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與警告信息對監(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CU實現(xiàn)對系統(tǒng)的設(shè)備管理、用戶管理等。監(jiān)控系統(tǒng)功能框架圖如2.2所示：圖2.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能框圖

44、本課題完成的功能是無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)中PU端的DVS（數(shù)字視頻服務(wù)器）功能實現(xiàn)的主要部分，主要實現(xiàn)多路實時視頻采集、視頻編碼、視頻發(fā)送。2.2.2 模塊的需求分析1、功能需求本模塊基于無線實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該模塊完成的容是視頻監(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)營的WCDMA的3G制式，信道實際帶寬窄、誤碼率高。本課題的主要容就是，針對無線實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)中實時視頻龐大的數(shù)據(jù)量大、對實時性的高要求和目前的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸負載能力之間的矛盾，設(shè)計實現(xiàn)了一種應(yīng)用在無線傳輸環(huán)境下、基于DaVinci技術(shù)的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的多路實時視頻采集、編碼、發(fā)送方案。需

45、要實現(xiàn)的功能包括：（1）在視頻采集方面：實現(xiàn)視頻的采集，且可以支持對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)用于帶寬較小的無線網(wǎng)絡(luò)。（3）在視頻發(fā)送方面：實現(xiàn)視頻的無線實時傳輸。 2、性能指標各種功能的具體性能指標如下：（1）視頻采集模塊：基于TVP5158芯片，采用V4L2采集驅(qū)動接口完成視頻采集。（2）視頻編碼模塊：DSP上實現(xiàn)X.264算法編碼，通過Codec Engine機制遠程調(diào)用編碼器，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)實時編碼；（3）視頻發(fā)送模塊：采用基于UDP協(xié)議的RTP實時傳輸協(xié)議封裝視頻數(shù)據(jù)，并利用MF210無線模

46、塊實現(xiàn)視頻的WCDMA無線傳輸。2.2.3 模塊硬件平臺的選擇在項目開發(fā)過程中，硬件開發(fā)平臺的選擇很大程度上決定了項目開發(fā)難度的難易以與開發(fā)周期的長短?；?.1.1節(jié)敘述DaVinci技術(shù)的優(yōu)點，本模塊中應(yīng)用的DVS（數(shù)字視頻服務(wù)器）采用合眾達公司專為數(shù)字視頻處理推出的基于DaVinci技術(shù)的SEED-DVS6467嵌入式開發(fā)平臺，它是以TI公司的TMS320DM6467（簡稱DM6467）作為核心處理器，在其外圍集成了2片譯碼器TVP5158。其硬件框圖如圖2.3所示。圖2.3 SEED-DVS6467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，遠程調(diào)用DSP

47、端H.264編碼器完成實時視頻編碼，最后利用RTP協(xié)議封裝視頻數(shù)據(jù)，并通過MF210無線模塊實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的WCDMA傳輸。在編碼過程中，ARM和DSP之間的交互是通過Codec Engine機制完成，這樣DSP處理器端程序員只需關(guān)注如何開發(fā)DSP算法，ARM處理器端程序員只需負責(zé)編寫控制程序，雙方不需要關(guān)心算法和控制程序間如何實現(xiàn)通信的。這樣算法程序員和控制程序員可以獨立的完成各自的分工工作，很大程度上降低用戶的開發(fā)難度和開發(fā)周期。2.2.4 模塊總體架構(gòu)的設(shè)計為了提高系統(tǒng)的實時性，整個系統(tǒng)軟件主要設(shè)計為四個POSIX線程，分別是主線程（Main.c），采集線程（CaputreThrd.c），

48、視頻線程（VideoThrd.c），和發(fā)送線程（SendThrd.c）13。多線程可以提高程序運行效率和系統(tǒng)的相應(yīng)速度，但同時也引起了多個線程對共享數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問問題，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制。系統(tǒng)各線程間的交互示意圖如圖2.4所示。具體交互過程為：系統(tǒng)啟動后，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（MediaSipThrd.c），SIP信令控制線程負責(zé)循環(huán)監(jiān)聽客戶端的指令。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)寫入線程共享的buffer

49、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，并對解復(fù)用后的單路視頻標記通道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)客戶端有請求時，就觸發(fā)發(fā)送線程進行數(shù)據(jù)流的發(fā)送。圖2.4 系統(tǒng)線程交互示意圖2.3 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)以與課題模塊在系統(tǒng)中實現(xiàn)的功能，最后根據(jù)功能分析設(shè)計模塊的總體架構(gòu)，為課題研究確定了方向。第三章搭建嵌入式開發(fā)環(huán)境平臺嵌入式環(huán)境平臺搭建是嵌入式軟件開發(fā)過

50、程中最基礎(chǔ)、但也是非常重要的工作，嵌入式開發(fā)環(huán)境平臺環(huán)境質(zhì)量決定了項目的開發(fā)的時間以與項目開發(fā)質(zhì)量。本章主要介紹了DaVinci硬件開發(fā)平臺（DM6467）的軟硬件開發(fā)環(huán)境，并完成了嵌入式開發(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平臺的初始化。3.1 DaVinci硬件開發(fā)環(huán)境在嵌入式軟件開發(fā)中，軟件開發(fā)和嵌入式硬件結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系，可以說硬件結(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發(fā)平臺是合眾達公司針對數(shù)字視頻處理專門推出的SEED-DVS6467，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)中將會詳

51、細介紹DM6467處理器和TVP5158采集譯碼器。3.1.1 DM6467處理器特點DM6467處理器是一種基于 DSP 的片上系統(tǒng)（SoC），充分利用了儀器（TI）的DaVinciTM（達芬奇）技術(shù)，集成了兩個高性能的 ARM926EJ-STM 核與TMS320C64x+TM DSP 核，兼有DSP和RISC的技術(shù)優(yōu)勢，可同時完成8路實時H.264編解碼，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。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。DM6467集成了ARM和DSP雙核與一身，兼有高速處理數(shù)據(jù)能力和強大的控制管理能力。DM6467芯片主要組成部分是一個DSP子系統(tǒng)、一個ARM子系統(tǒng)、兩個

52、可編程的高清視頻協(xié)處理器VICP0和VICP1、視頻預(yù)處理模塊：包括一個視頻轉(zhuǎn)換引擎和兩個視頻輸入/輸出端口VPIF接口，以與其它外設(shè)接口。圖3.1 DM6467結(jié)構(gòu)圖ARM子系統(tǒng)：采用基于RISK技術(shù)、主頻為500MHz的ARM926EJ-S做為核。它采用的32位ARM指令集實現(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。該核采用流水線運行，使得處理器和存系統(tǒng)可以連續(xù)的運行。ARM處理器上運行Linux系統(tǒng)，實現(xiàn)DM6467的控制功能，主要負責(zé)控制以與初始化DSP子系統(tǒng)、視頻端口VPIF0/VPIF1、高清視頻協(xié)處理器VICP、部存儲器以與外設(shè)TVP51

53、58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超長指令架構(gòu)，集成了64個32字長的通用寄存器和8個獨立的功能單元（6個ALU算術(shù)邏輯單元，兩個32位的乘法器），處理器上運行DSP/BOIS操作系統(tǒng)，主要完成多媒體數(shù)據(jù)（音頻、視頻）的編解碼以與圖像分析等。同時DM7467集成的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引擎(VDCE)和兩個高清視頻協(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也可以處理普通視頻編碼以與圖像分析算法等。同時豐富的外圍接口可以實現(xiàn)視頻的采集、發(fā)送等功能。3

54、.1.2 采集譯碼器TVP5158功能概述為了與DM6467的高性能數(shù)字信號處理能力相配合，本設(shè)計采用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ITU-R BT.656 4:2:2格式和16位的YCrCb 4:2:2格式，可滿足標清或高清視頻輸出。TVP5158的功能框圖如圖3.2所示。圖3.2 TVP5158功能框圖每個譯碼通道包含1個10-bit 27-MSPS的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，復(fù)合輸入信號按照2×ITU-R BT.601的時鐘頻率進

55、行抽樣。為了降低亮度和色度信號（Y/C）之間交叉干擾，采用5線自適應(yīng)梳狀濾波器進行Y/C分離，這種分離方式使得Y/C完全互補，因此沒有信號丟失。4個譯碼通道可獨立運行，用戶可以通過I2C主機接口來控制各通道的對比度、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可級聯(lián)，在級聯(lián)模式下，能同時支持8通道視頻或16通道音頻的處理，并可以與TI的DAVINCI處理器形成無縫接口，降低了設(shè)備的成本。3.2 DaVinci軟件開發(fā)環(huán)境DaVinci平臺在設(shè)計上具有兩大技術(shù)優(yōu)勢：一是硬件上的優(yōu)勢，該平臺基于ARM+DSP的雙核處理器架構(gòu)，它使得DaVinci平臺既具有ARM的強大管理

56、控制功能，又有DSP所具備的算法處理能力；另外一個優(yōu)勢就軟件方面，DaVinci軟件框架由應(yīng)用層、信號處理層和I/O層三部分組成。在本文所采用的DM6467平臺下，應(yīng)用層位于ARM端的Linux系統(tǒng)上，應(yīng)用層的開發(fā)者能夠充分根據(jù)開發(fā)需要，通過編寫相關(guān)的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對遠程算法的控制調(diào)用；信號處理層位于DSP端，主要負責(zé)各種音視頻編解碼算法的處理與DSP實時操作系統(tǒng)DSP/BIOS的運行等；I/O層是DaVinci各種輸入輸出外設(shè)的驅(qū)動程序。下面分別對DaVinci軟件框架中的xDM算法標準與Codec Engine進行介紹。3.2.1 xDM算法標準介紹xDM標準（eXpressDSP Digi

57、tal Media Standard）是TI公司針對DaVinci技術(shù)而制定的一套DSP算法封裝標準。xDM標準基于TI公司的算法協(xié)同標準xDAIS（eXpressDSP Algorithm Interoperability Standard）14，并在xDAIS標準之上擴展了視頻、圖像、語音以與音頻四類編解碼接口，同時為了實現(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平臺提供的雙核通信機制下實現(xiàn)自己的音視頻算法，就需要使算法遵循xDM標準。采用xDM標準封裝算法庫有很多優(yōu)越性15：（1）可移植性強由于各個算法的封裝都采用統(tǒng)一的編程接口，如圖像算法接口、音頻算法接口以與語音算法接口和視頻算法接口，所以開發(fā)人員只需通過簡單修改配置文件，就可以移植遵循xDM標準的第三方算法到自己的DaVinci平臺使用，同時無需修改應(yīng)用程序框架，避免了重復(fù)開發(fā)工作，加快了OEM的產(chǎn)品開發(fā)速度。（2）算法互操作性強由于不同商家開發(fā)的算法經(jīng)過xDM封裝后可以同時被上層應(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，增強了算法的互操作性。（3）算法開發(fā)周期短由于TI公司提供了統(tǒng)一的API和雙核之間通信機制，在嵌入式編程中，開發(fā)人員避免了利用C或匯編語言和底層硬件打交道，降低了開發(fā)難度，縮短了算法開發(fā)周期。 xDM標準擴展了8中接口類型，以面對不同應(yīng)用場