基于Hi3510和無線發(fā)送模塊的視頻傳輸設(shè)計

時間：2010-12-17 06:23:39

關(guān)鍵字：視頻傳輸無線發(fā)送 BSP 天線

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[導(dǎo)讀]為了在嵌入式系統(tǒng)中增加圖像數(shù)據(jù)的無線傳輸功能，實現(xiàn)終端實時監(jiān)控的目的，設(shè)計了一種嵌入式系統(tǒng)下基于3G無線模塊的視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)以Hi3510嵌入式Linux系統(tǒng)為平臺，采用DTM62ll無線發(fā)送模塊實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的無線發(fā)送。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)各組成部分的功能與實現(xiàn)方法，給出了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖，程序流程圖和嵌入式Linux下無線發(fā)送模塊設(shè)備驅(qū)動解決辦法。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)上行數(shù)據(jù)的傳輸速度在150～200 KB／s，與傳統(tǒng)2．5G技術(shù)的短信方式監(jiān)控方法相比，數(shù)據(jù)速度得到很大提高，并實現(xiàn)實時監(jiān)控。

近幾年，嵌入式無線聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)送數(shù)據(jù)大都基于802．x或WI-FI技術(shù)，并用無線網(wǎng)卡或無線路由器實現(xiàn)。目前也出現(xiàn)了基于手機(jī)無線發(fā)送數(shù)據(jù)的嵌入式相關(guān)設(shè)計，但大都是基于2．5G技術(shù)的短信方式的監(jiān)控設(shè)計。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一個嵌入式Linux系統(tǒng)下基于3G無線發(fā)送模塊的視頻圖像傳輸系統(tǒng)。采用SOC高性能視頻編解碼器Hi3510，具備強(qiáng)大的視頻處理功能，實現(xiàn)D1畫質(zhì)的實時編碼及傳輸。因此，該系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)了在3G移動網(wǎng)絡(luò)上傳輸視頻。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
選用Hi3510作為對視頻數(shù)據(jù)的編碼處理，選用DTM6211無線模塊對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送處理。圖l為系統(tǒng)工作原理框圖，其整體工作原理是：攝像頭采集的數(shù)據(jù)通過PAL制的CVBS信號輸入工作在主模式TW2834芯片中，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后，由BT．656接口接收轉(zhuǎn)換為CIF格式的信號，并
通過AHB總線把接收到的圖像數(shù)據(jù)存入到外存SDROM；Hi3510讀取外存中視頻數(shù)據(jù)，進(jìn)行H．264編碼，包括幀內(nèi)預(yù)測、幀間預(yù)測、DCT變換、量化、熵編碼等，得到編碼后裸碼流存儲到外設(shè)中；將外設(shè)中視頻數(shù)據(jù)通過USB端口經(jīng)測試板發(fā)送到無線模塊中，其中關(guān)于無線模塊的UDP數(shù)據(jù)傳輸設(shè)置控制工作是通過Hi3510的RS232接口經(jīng)測試板發(fā)送AT指令控制，而后無線模塊將數(shù)據(jù)封裝成符合UDP格式的IP數(shù)據(jù)包，最后利用PS業(yè)務(wù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 視頻處理模塊
視頻處理模塊遠(yuǎn)端攝像頭采集視頻信號，模擬視頻信號通過CVBS信號格式輸入TW2834，TW2834是一個視頻控制器，內(nèi)嵌PAL／NTSC視頻解碼器，彩色控制器和PAL／NTSC視頻編碼器，主要完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變。解碼后，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號通過BT656接口輸入到Hi3510處理器進(jìn)行H．264編碼。
視頻處理模塊采用Hi3510，該器件是一款基于H．264BP算法的視頻壓縮芯片，它采用ARM+DSP+硬件加速引擎的多核高集成度的SoC構(gòu)架，具備強(qiáng)大的視頻處理功能，可實現(xiàn)DVD畫質(zhì)的實時編碼，能自適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，確保畫面的清晰度和實時性，低碼率的H．264編碼技術(shù)極大減少了網(wǎng)絡(luò)存儲空間，并通過集成DES／3DES加解密硬件引擎確保網(wǎng)絡(luò)安全。圖2為Hi3510邏輯框圖。

Hi3510內(nèi)部包含一系列提高編解碼速度的視頻編解碼協(xié)處理器，視頻編解碼部分完成圖像的運(yùn)動估計／補(bǔ)償、DCT／IDCT變換、量化／反量化、zigzag掃描和環(huán)路濾波。最后將編碼的視頻數(shù)據(jù)存儲在外存SDROM中。
2．2 視頻發(fā)送模塊
圖3為無線發(fā)送模塊內(nèi)部原理框圖。DTM6211是60針0．5mm間距的板對板連接器和一個天線連接器，與天線連接器相匹配的線纜可實現(xiàn)與天線MHF Plug Cable Assembly的連接。串口通信采用RS232，可以與Hi3510串口相連接，模塊采用5線制接法，默認(rèn)開啟硬件流控。USB接口可以作為通訊口和調(diào)試口，作為USB Device設(shè)備，遵循USB2．O協(xié)議規(guī)范，最高速率支持FULL SPEED(12 Mb／s)。發(fā)送部分采用SMA(FEMALE)接口饋入天線，外接天線采用棒狀天線。

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DTM6211接口有2個UART接口，使用UART1作為Hi3510的AT指令接收端口，傳輸速度設(shè)定為115 200 b／s。其UART1信號定義如表1所示。模塊的USB接口作為通信口，用于視頻數(shù)據(jù)的傳輸，其接口信號定義如表2所示。

2．3 模塊硬件連接
Hi3510和DTM6211之間通過測試板連接，測試板主要作用是連接Hi3510和DTM6211的USB及UART端口，起到一個物理接口轉(zhuǎn)換作用，同時也起到存放USIM卡的作用。USB和UART之間的連接，只需把Hi3510板的USB口和RS232接口連接到測試板對應(yīng)接口，DTM6211插針接口直接插到測試板上。其中測試板中主要部分USIM卡的硬件電路如圖4所示。

    DTM62ll模塊的射頻接口包括一個天線連接器，通過線纜實現(xiàn)與外部天線的連接，天線連接器采用I-PEX公司的20279-001E-01，連接線纜采用蘇州萬旭電子HM5A-12289-A1DE的50 mm的長雙端子線纜，天線連接器端Plug CableAssembly使用MHFⅡPlug Cable Assembly。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3．1 操作系統(tǒng)與驅(qū)動設(shè)計
    選用Hi3510自帶嵌入式Linux-2．6．14內(nèi)核操作系統(tǒng)，開發(fā)前需要搭建開發(fā)環(huán)境，可以安裝一款Fedoral 9．0服務(wù)器，同時建立交叉編譯器、安裝SDK包。SDK是基于Hi3510視頻評估板的軟件開發(fā)工具，包含了在Linux相關(guān)應(yīng)用開發(fā)時使用的各種工具，是用戶開發(fā)中最基本的平臺軟件。Bootloader采用uboot-1．1．4初始化硬件設(shè)備并通過網(wǎng)口下載Linux內(nèi)核。內(nèi)核通過make menuconfig配置可實現(xiàn)系統(tǒng)的量身定做，去除與本系統(tǒng)無關(guān)部分，縮減內(nèi)核，最后將配置后的內(nèi)核使用mkimage工具做成映像文件，通過網(wǎng)口下載到Hi3510中。
    無線發(fā)送模塊通過重新配置內(nèi)核Usb Serial Driver選項可實現(xiàn)其在內(nèi)核的驅(qū)動部分，但需把Usb Driver的PID和VID設(shè)置成本模塊的ID，重新編譯便可支持無線發(fā)送模塊。
    ID更改步驟如下：
    首先進(jìn)入linux-2．6．14＼drivers＼usb＼serial，打開文件option．c，在其中定義兩個宏(DTM6211的VID：0x1AB7 PID：Ox6000)：


3．2 視頻處理軟件設(shè)計
    視頻處理軟件主要是對采集過來的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行H．264壓縮，編碼中涉及的參數(shù)需調(diào)用SDK提供的API進(jìn)行配置，其中包括圖像組長度(GOP)、編碼幀率(幀／秒)、量化參數(shù)(maxqp)、比特率(b／s)和用戶數(shù)據(jù)的插入等，然后將壓縮過的裸流，發(fā)送到USB端口。其中為了提高壓縮率將GOP設(shè)置15；為了減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量將編碼速率設(shè)置8幀／秒；量化參數(shù)的數(shù)值選擇在30～40之間，其設(shè)計總流程如圖5所示。[!--empirenews.page--]

    其中關(guān)于配置攝像頭部分，open()打開／dev／misc／tw2834dev攝像頭設(shè)備文件，完成normal為PAL制式，mode為GIF格式的選擇；配置輸入公共屬性部分，首先打開視頻編碼器，并關(guān)閉視頻輸入通道，然后完成工作模式為從模式，VIU與A／D轉(zhuǎn)換器的接口類型BT656，通道分布模式4路CIF，BT656為場模式，視頻消耗內(nèi)存為1Ox1 024x1 024等設(shè)置工作。
    VSTART輸入通道號之后需要創(chuàng)建一個線程，完成后續(xù)數(shù)據(jù)的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，使用pthread_create()函數(shù)，隨后執(zhí)行線程venc_start()，其核心程序如下：

3．3 無線模塊控制設(shè)計
    無線模塊DTM6211內(nèi)提供TCP／IP協(xié)議棧，可利用PS業(yè)務(wù)通道發(fā)送IP包，以AT指令配置和控制TCP／IP協(xié)議棧。利用APP處理器配置TCP／ IP相關(guān)環(huán)境，注冊UDP端口，APP處理器將要發(fā)送的數(shù)據(jù)直接發(fā)給模塊，由模塊將數(shù)據(jù)封裝成符合UDP格式的IP包，然后利用PS業(yè)務(wù)通道發(fā)送給3G網(wǎng)絡(luò)。其控制流程如圖6所示。

開機(jī)初始化部分，主要完成激活SIM卡、TCP／IP協(xié)議棧和注冊網(wǎng)絡(luò)工作；激活場景移動部分主要完成PDP和context的參數(shù)設(shè)置，包括配置使用IP協(xié)議，申請上行速度1．5 MB／s，建立用戶面的分組傳輸路由。在完成以上初始化工作后，需要建立監(jiān)聽端口號為13000，指定UDP模式下要發(fā)送數(shù)據(jù)的目的地址218．18．141．79和端口號3000，最后還需要指定發(fā)送的字節(jié)數(shù)。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，釋放UDP端口號等相關(guān)資源。

4 結(jié)論
采用Hi351O+Linux方案，其自帶的SDK開發(fā)包使得應(yīng)用程序開發(fā)的難度降低，同時Hi3510本身采用了ARM+DSP+硬件加速引擎的技術(shù)，具備強(qiáng)大的視頻處理功能，具有低成本，低開發(fā)難度優(yōu)點。配合DTM62ll無線發(fā)送模塊，通過AT指令對數(shù)據(jù)進(jìn)行UDP打包，最終將視頻數(shù)據(jù)包發(fā)送到3G網(wǎng)絡(luò)上。測試結(jié)果表明，受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境影響數(shù)據(jù)的上行傳輸速率為150～200 KB／s。該系統(tǒng)可用于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的應(yīng)用，相對于2．5G技術(shù)的短信監(jiān)控方式，使用者可以獲得更多有效的信息。