摘要：針對(duì)傳統(tǒng)視頻監(jiān)控領(lǐng)域中布線和線路維護(hù)費(fèi)用成本高等缺點(diǎn)。該文以整個(gè)視頻編碼服務(wù)器(ES)系統(tǒng)的軟、硬件為主要研究對(duì)象，采用ARM9(S3C2440A)與TMS32ODM642進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，給出了硬件設(shè)計(jì)框圖，該文著重對(duì)視頻編碼服務(wù)器(ES)軟件的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，構(gòu)建了整個(gè)系統(tǒng)的分析模型和實(shí)體框架，對(duì)各個(gè)模塊之間的功能定義以及模塊之間的關(guān)系進(jìn)行研究。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)過了初步的調(diào)試，基本達(dá)到了初步設(shè)計(jì)的要求。

關(guān)鍵詞：S3C2440A；ES；TMS320DM642；實(shí)體

中圖分類號(hào)：TP277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1009-3044(2009)04-0966-02

Embedded Video Encoding Server Application Design and Research

WANG Chang-qing， XU Guang-ming， TU Bing

(Department of Electronics and Computer Science， Guilin University of Technology， Guilin 541004， China)

Abstract: The cost of cabling and wiring maintenance is high in traditional video surveillance. Aim at reducing the cost，this paper research on the hardware and software of the ES system. Based on software and hardware as the main study， the ES system use the ARM9(S3C2440A) and TMS320DM642 for the whole system design， it also give out the design diagram of the hardware. This paper focus on the software architecture of ES for design ， build up analysis model and entity framework of the whole system and also give a research on functional definition and relation of every module. The design of system have finished initial debugging and the result reached preliminary design.

Key words: S3C2440A; ES; TMS32ODM642; Entity

1 引言

隨著通信、網(wǎng)絡(luò)、微電子技術(shù)、視頻壓縮算法的迅速發(fā)展，視頻信號(hào)以其直觀、方便和信息內(nèi)容豐富的特點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用。視頻監(jiān)控廣泛應(yīng)用于學(xué)校、醫(yī)院、城市道路、交通管理、地鐵、郵電、機(jī)場(chǎng)、海關(guān)、監(jiān)獄、商業(yè)場(chǎng)所、智能小區(qū)等。視頻監(jiān)控中最核心的部件就是視頻編碼服務(wù)器（ES）的設(shè)計(jì)；它的好壞直接關(guān)系到視頻信號(hào)的質(zhì)量；它能把現(xiàn)場(chǎng)的圖像和聲音記錄下來并對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行基于H.264算法的壓縮，將信號(hào)實(shí)時(shí)的傳送到控制中心，可使相關(guān)管理人員對(duì)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)情況了如指掌，對(duì)出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，而且還可以在需要的時(shí)候回放相關(guān)的歷史資料，通過IP網(wǎng)絡(luò)還可以在個(gè)人PC或者手機(jī)用戶上實(shí)時(shí)的查看相關(guān)的視頻圖像等。

2 視頻編碼服務(wù)器系統(tǒng)定位

ES現(xiàn)在廣泛的應(yīng)用于視頻監(jiān)控信號(hào)的采集終端，做為IP視頻采集終端，將傳統(tǒng)的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)H.264算法壓縮后通過無線或有線IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的媒體服務(wù)器(3SS)上。在監(jiān)控中心對(duì)選定這段的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；3GSS對(duì)各路監(jiān)控終端的圖像進(jìn)行分類存放和轉(zhuǎn)發(fā)，供客戶進(jìn)行檢索或?qū)崟r(shí)查看。它的整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

軟件編碼服務(wù)器是基于IP的流媒體系統(tǒng)的前端視頻、音頻采集編碼設(shè)備；視頻呢編碼服務(wù)器(ES)通過網(wǎng)絡(luò)連接到流媒體服務(wù)器(SS)，將編碼內(nèi)容推入SS的某一端口，然后用手機(jī)播放器或PC播放器觀看編碼內(nèi)容，它的簡單系統(tǒng)框圖如圖2所示。

3 視頻編碼服務(wù)器硬件設(shè)計(jì)

本文運(yùn)用ARM9(S3C2440A)和DM642進(jìn)行ES的設(shè)計(jì)，S3C2440A是三星公司的ARM9處理器芯片之一，它的主頻為400MHz，最高頻率能達(dá)到533MHz；片上可用資源非常豐富，產(chǎn)品的兼容性也非常高，本文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為主控制器模塊（ARM9）模塊，視頻音頻采集編解碼（DM642）模塊、無線通訊模塊這三大模塊組成。在主控模塊上采用開源的LINUX遠(yuǎn)程設(shè)備管理、媒體處理器（DM642）的管理和媒體處理算法的管理。在視頻音頻采集編解碼模塊中，DM642采用TI的DSP/BIOS專用嵌入式操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)視頻音頻信號(hào)的采集、前處理和編碼算法。ARM9芯片S3C2440A作為主控方通過DM642提供的HPI接口訪問DM642的內(nèi)外部地址空間和寄存器，并實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)和串口通信。ES的總體設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

4 視頻編碼服務(wù)器軟件組成

視頻編碼服務(wù)器(ES)軟件體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)主要由3部分組成：Media Engine(ME)、Media Filter和Media Flow三部分組成。這三者的之間的關(guān)系設(shè)計(jì)如下圖所示；其中Media Filter主要完成某一功能的節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)線程，在ME中有三種類型的Filter：分別是source（圖4中的MediaSource）、transform（圖4中的Media(Encoder_Decoder_Process)）和render（圖4中的MediaSink）。其中Source Filter獲取原始數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)給相關(guān)聯(lián)的下一節(jié)點(diǎn)，沒有前續(xù)節(jié)點(diǎn)；Transform Filter對(duì)上一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行某種轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)給相關(guān)聯(lián)的下一節(jié)點(diǎn)；Render Filter決定數(shù)據(jù)的最終歸宿，寫入文件或者通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去等等，沒有后續(xù)節(jié)點(diǎn)。Media Flow把開始的Source Filter以及一系列（≥0）的Transform Filter和最后的Render Filter連接起來的Filters鏈表的稱呼。

5 視頻編碼服務(wù)器的流程

創(chuàng)建需要的Filters并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行初始化；Filter之間通過AddSink接口連接起來；啟動(dòng)各Filter，線程函數(shù)為Entry()。Media Flow中各Filter的連接和工作流程如圖5所示。其中源Filter（圖5左邊列）主要根據(jù)配置文件中的采集參數(shù)，通過ReadFrame()采集到相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)對(duì)音頻和視頻源的采集，生成原始的音視頻數(shù)據(jù)，然后通過ForwardFrame()傳送到處理Filter；處理Filter（圖5中間列）對(duì)原始的音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行前后處理算法以及編碼壓縮等操作，生成處理過的音視頻數(shù)據(jù)，從WaitForFrame()獲取源Filter傳過來的原始數(shù)據(jù)，通過TransformFrame()對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行前后算法和編碼壓縮，然后通過ForwardFrame()傳送到渲染Filter；渲染Filter（圖5右邊列）把處理過的音視頻數(shù)據(jù)傳送到流媒體服務(wù)器上(SS)，從WaitForFrame()獲取處理Filter傳過來的編碼壓縮數(shù)據(jù)，然后通過RenderFrame()把數(shù)據(jù)發(fā)送給SS。

6 總結(jié)

本文提出了運(yùn)用ARM9(S3C2440A)與DM642雙核進(jìn)行了視頻編碼服務(wù)器的設(shè)計(jì)，能對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理；整個(gè)ES的設(shè)計(jì)主要將視頻信號(hào)進(jìn)行二方面的處理：一是將攝像投采集到的圖像在DSP內(nèi)經(jīng)H.264壓縮后，通過HPI口，主機(jī)ARM進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，并可經(jīng)USB接口把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到USB存儲(chǔ)設(shè)備上。二可將壓縮后的碼流通過ARM擴(kuò)張的有線與無線兩種方式把數(shù)據(jù)傳送出去，在PC終端或者手機(jī)終端用戶通過相應(yīng)的視頻解碼程序?qū)魉瓦^來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，能實(shí)時(shí)的觀看相應(yīng)的視頻信號(hào)。本文對(duì)整個(gè)視頻編碼服務(wù)器的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究與設(shè)計(jì)，并給出了相應(yīng)的分析模型和實(shí)體框圖。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)過了初步的調(diào)試，基本上達(dá)到了初步的要求，目前正在進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試。

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王長清（1981-），男，河南信陽人，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)，數(shù)字圖像處理。