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1、北京联合大学嵌入式系统设计与应用调研报告学院: 专业: 课程: 班级: 姓名: 学号:基于流媒体技术的网络化嵌入式视频监控系统北京联合大学 XXX原作者：陈耀武,伍 鹏,汪乐宇（浙江大学仪器科学与工程学系,浙江杭州310027）摘 要:视频监控系统是日常生产生活中的重要辅助设备,提出 并研究设计了基于流媒体技术的网络化嵌入式视频监控系统.以 高性能嵌入式处理器、DSP处理器和嵌入式Linux操作系统为核 心进行系统设计系统通过DSP处理器进行视频信号的MPEG4数 据压缩,在嵌入式处理器上采用流媒体技术通过网络传播实时视 频流.详细论述了系统设计、硬件设计和软件设计,并给出了实际 运行结果.关
2、键词：视频监控系统；流媒体；MPEG4;嵌入式系统Stream media technology based network embedded video monitoring systemCHEN Yao-wu, WU Peng, WANG Le-yuAbstract: The video monitoring system is an important assistant device in our life. A network embedded video monitoring system based on the stream media technology is presen
3、ted and developed. The system is designed of the embedded processor, the DSP processor and embedded Linux operating system. The video compression part of the system is based on the MPEG4 algorithmia the DSP processor, while multicasting the real time video stream to the network based on the stream m
4、edia technology via embedded processor. The system design, hardware design, software design, and the practical operating results are discussed in detail.Key words: video monitoring system; stream media; MPEG4; embedded system视频监控系统是日常生产生活中的重要辅助设备 ,应用十分广泛 .当前视频 监控系统正逐步由模拟化走向数字化 .随着视频压缩技术和网络技术的发展 ,开 发
5、新一代的基于计算机网络和多媒体 MPEG4 压缩算法的视频监控系统已成为整 个行业技术发展的主要方向之一 1,2.本文提出并研究设计了一种基于流媒体 技术的网络化嵌入式视频监控系统.该系统采用目前计算机领域最为活跃的嵌入 式系统技术，以高性能嵌入式处理器、DSP处理器和嵌入式Linux操作系统为核 心对嵌入式视频监控模块进行设计 ,并采用流媒体技术 ,通过 IP 多播技术、 RTP/RTCP 协议3实时传送视频监控流.该系统跟传统的模拟监控系统和基于 PC 组合的计算机数字监控系统相比有以下优势:(1)布控区域广泛.嵌入式数字监控 系统的服务器和终端设备可直接连入网络 ，没有线缆长度和信号衰减
6、的限制 ，同 时网络是没有距离概念的 ，因此彻底抛弃了地域的概念 ，扩展了布控区域.(2)可 组成非常复杂的监控网络.如果采用基于嵌入式流媒体服务器为核心的监控系统， 由于流媒体服务器输出已完成模拟到数字的转换并压缩，采用统一的协议在网上 传输，支持跨网关，跨路由器的远程视频传输，所以其在组网方式上和基于 PC 平 台的监控方式有极大的不同 ，能支持更为复杂的监控网络 .(3)性能稳定可靠，无 需专人管理.嵌入式数字监控系统用嵌入式实时多任务操作系统 ，视频压缩和流 媒体服务功能集中到一个体积很小的设备内 ，直接连入局域网或广域网 ，即插即 看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高.所以，无需
7、专人管理，适合于无人值 守的环境.1 系统的设计原理1.1 系统总体设计基于流媒体技术的网络化嵌入式视频监控系统如图 1 所示.安装在现场的嵌 入式视频监控模块从摄像头获得原始的视频信号，经过硬件压缩成 MPEG4 视频数 据，然后通过流媒体服务器转换成流媒体格式 ，从以太网接口实时传送到计算机 网络上 ;实时监控客户端连接到计算机网络上 ，从嵌入式视频监控模块获得 MPEG4视频数据，通过流媒体视频播放软件实时地解压MPEG4视频数据并播放,而 且该系统支持多客户端同时监控.圈L系轨总休堵构图FJig. I Str urtu re nI I lip vtrm1.2嵌入式视频监控系统硬件设计嵌
8、入式视频监控系统的硬件主要分为两大部分:DSP视频硬件压缩子模块和 嵌入式处理器子模块.DSP视频硬件压缩子模块以美国ANALOGDEVICES公司最新 推出的DSP处理器BlackfinBF5335为核心，实现硬件的MPEG4视频数据压 缩.Blackfin BF533是一款新型的高性能、低功耗的音视频DSP,其片内有Blackfin处理器核，主频高达600 MHz,完全适合MPEG4等复杂音视频的压缩运算; 并且片上的增强型动态电源管理模块实现了极低功耗的解决方案,所以该DSP主 要面向消费类电子、音视频处理、VoIP等应用领域在BF533芯片外围扩展了 1 Mbyte闪存(Flash),
9、用于存放MPEG4视频压缩算法程序代码和参数变量;扩展32 Mby te的同步动态数据存储器(SDRAM),用于存放数据和运行程序.嵌入式处理器 子模块需要运行嵌入式操作系统和嵌入式流媒体服务器，并扩展本地MPEG4视频 数据回放，所以选用了 INTEL公司的最新嵌入式处理器XScale PXA2616作为整 个系统的控制.PXA261是XScale PXA26x新系列中的一款高度集成化的嵌入式处 理器，它集成了 Intel XScale Mi-croarchitecure处理器核心，16 Mbyte的片内 闪存,LCD控制器,USB从端控制器,I2S,SSP,AC97等一系列多媒体处理模块.
10、由于 其高度的集成性和低功耗特性,PXA261十分合适多媒体处理、手持设备、PDA等 应用领域在PXA261周围还外扩了 32Mbyte的SDRAM用于存放数据和运行程序； 外扩了 USB主端控制器，这样可以为系统加入多种USB设备;外接LCD控制器可以 本地回放视频数据和提供人机交互;外扩的以太网接口可以实现视频网络传输的 需要.图2表明了整个硬件系统的框架结构和数据流程.首先通过摄像头获得原始 视频信号，送入视频A/D采样输入Blackfin BF533作MPEG4压缩；然后BF533把 压缩得到的MPEG4数据通过高速SPI接口送入XScale嵌入式处理器;运行有嵌入 式Linux操作系
11、统的XScale处理器把MPEG4数据转化为流媒体数据格式，通过以 太网接口传送到计算机网络.XScale嵌入式处理器通过串口向DSP发送命令.團2嵌入或视频监控模坟硬件结构團Fig. 2 Hardware st rud urei nih暑 rm Inddi d v irlcoIII SJll I I S Jf III 2. I IIP】丨 II旷1.3嵌入式视频监控系统软件设计在该系统高性能的硬件基础上，嵌入式视频监控系统软件包括两个大的层次: 嵌入式Linux操作系统和嵌入式流媒体服务器软件（不包括DSP固件MPEG4压缩 算法程序），如图3所示.:旣九式武收価腥旁器图m 言入式视频监控换
12、映软件结啕曲卩瞎了 Sollwar# si rurl u便山鯉 Em bed d 暑丨 videoIH.i I il k. r Ili 2. I I uli!嵌入式Linux操作系统越来越多地成为嵌入式系统设计的主流.其具有任务 调度、存储管理、消息队列、中断处理等现代操作系统特征；并且针对嵌入式系 统进行了优化，具有体积小、固化容易、现场实时反应能力强、可靠性好等特点； 而且操作系统本身包含TCP/IP协议栈，以及大量跟硬件相关的驱动程序另外 Linux操作系统上的开发资源十分丰富，为嵌入式软件开发人员提供了良好的开 发平台硬件驱动程序位于嵌入式Linux操作系统之中，是上层应用软件和下层
13、嵌入式硬件之间的唯一桥梁对于特定的嵌入式硬件就需要编写特定的驱动程序. 在该系统中主要开发了高速SPI接口驱动程序模块,这样上层嵌入式流媒体服务 器就可以通过SPI接口驱动来接受DSP压缩好的MPEG4视频数据.嵌入式流媒体 服务器是系统嵌入式软件设计的核心部分首先通过串口驱动程序来设置DSP的 压缩过程并启动压缩，接着通过高速SPI驱动程序获得DSP压缩好的MPEG4数据， 转换其为适于流式传输的数据后通过基于IP多播技术的实时传输协议 RTP(realtime transfer protocol)、实时 传输控 制协议 RTCP(RTP control protocol)、会话描述协议 S
14、DP(session description protocol)4等一系列标 准的IP实时多媒体数据传输协议传送到网络上.1.4嵌入式流媒体服务器软件详细设计嵌入式流媒体服务器整个软件采用C+语言编写，图4是该软件的静态UML 类图设计.CXLi.aS odeCMediaSiurccMWi 眄 ink*CSdlFitc1 r-J1 1CMtdiaConfig性I 4啟人式決振体砸务器称态I i Li, 4- St a I if U M L - l as s ： Ir ： l n i sj I 11 i e ? in bed ； 11 1st Team n Qirlijh servai如图4所示
15、,整个系统其实就是由CMediaFlow类所代表的视频媒体数据流. 数据流由一系列节点串连而成.抽象类CMediaNode类抽象代表这些一系列的节 点,每一个节点其实就是一个线程 ,而每个线程都有一个消息队列 (CMsgQueue 类)，用来接受相应的消息(CMsg类)作出处理动作.具体来讲,CMediaSource类派 生至 CMediaNode 类代表所有数据流源头的节点,也就是数据流的入口点.同样 的,CMediaSink类也派生至CMediaNode类代表所有数据流的接受节点，可以用来 表示数据流的出口点.CMediaFrame类代表这个数据流中真正的数据，它从数据 源流向数据流的出口
16、.CVideoSource类是派生至CMediaSource类,代表视频数据 的入口点,它调用嵌入式 Linux 操作系统的 SPI 驱动来获得实时的视频数 据.CRtpTransmitter类派生至CMediaSink类，代表视频数据的出口点，它封装了 基于流媒体技术的网络化嵌入式视频监控系统对网络 RTP/RTCP 协议的操作,把 视频数据流直接发送到网络上.CH tt pServer类实现了一个简单的HTTP服务器的 功能，主要是可以通过HTTP协议传送SDP文件给客户端，客户端获得SDP文件后 就可以根据SDP文件的描述信息来获得视频流的IP多播包.CSdpFile类实现了 对SDP会话描述协议文件的操作，根据当前的视频流配置信息产生SD
