王 娟，王仁波，魏 雄

（東華理工大學(xué) 機械與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330013）

1 系統(tǒng)原理及硬件構(gòu)成

（1）設(shè)計思想及工作原理。本文是以ARM9嵌入式芯片為核心，在嵌入式Win CE的系統(tǒng)平臺下，通過攝像頭采集圖像信息，然后對所得數(shù)據(jù)依照H.264的先進編碼標準進行壓縮編碼，然后通過射頻技術(shù)，利用GPRS無線收發(fā)模塊進行遠距離無線通信，然后在PC機上對所得數(shù)據(jù)進行解碼，同時顯示在液晶屏上，從而實現(xiàn)無線遠程視頻傳輸。

（2）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。視頻采集、發(fā)射與接收模塊硬件平臺功能框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

基于視頻高速采集、壓縮傳輸?shù)目紤]，本系統(tǒng)采用以天嵌科技生產(chǎn)的TQ2440開發(fā)板的嵌入式平臺。它是一款基于ARM920T的32位RISC微處理器，主頻為400MHz，最高可達533MHz，具有較強的任務(wù)處理能力。以太網(wǎng)接口功能通過DM9000A實現(xiàn)，片上64Mbyte SDRAM,32位數(shù)據(jù)總線。64Mbyte NAND Flash和2Mbyte片上NOR Flash。攝像頭為開發(fā)板自帶普通視頻攝像頭。

2 系統(tǒng)軟件構(gòu)成

本系統(tǒng)軟件可分為圖像采集模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、圖像顯示模塊，系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件圖

（1）GPRS模塊的介紹與internet的連接。這里我們采用的是ENFORA公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，嵌入式GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊是一款基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備，以實時操作系統(tǒng)作為軟件支撐平臺，內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議，提供全透明數(shù)據(jù)通道，可以方便地實現(xiàn)遠程、無線、網(wǎng)絡(luò)化的通信方式。

先在內(nèi)核中加入WAN下面的幾個組件，如RAS/PPP、TAPI。WINCE采用unimodem驅(qū)動，所以不必擔(dān)心沒有Modem驅(qū)動的支持。WINCE啟動后新建一個撥號連接，比如名稱叫“gprs1”，開始連接，連接過程會在對話框中顯示，直到顯示“連接成功”。打開瀏覽器或者自己開發(fā)的通訊軟件測試網(wǎng)絡(luò)連接情況，關(guān)閉連接。保存[HKEY_CURRENT_USERCommRasBookgprs1]下的所有數(shù)據(jù)，添加到project.reg中，重新編譯后內(nèi)核中就有了一個撥號連接 “gprs1”。調(diào)用RAS函數(shù)可以修改撥號連接“gprs1”的參數(shù)，如用戶名、密碼、電話號碼，但是不能修改硬件設(shè)置，如波特率、串口、數(shù)據(jù)位、停止位等。RAS函數(shù)還能夠撥號、掛斷。為了修改波特率可以多保存幾個撥號連接，也可以直接調(diào)用TAPI開發(fā)撥號軟件，另外WINCE自帶的撥號連接是有源碼的，位置在PUBLICCOMMONOAKDRIVERSNETSAMPCONNMC。

（2）嵌入式Win CE內(nèi)核裁剪。Windows CE是Microsoft公司針對有限資源的平臺而設(shè)計的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)、可裁減的32位嵌入式操作系統(tǒng)。Platform Builder 5.0是基于Win CE 5.0平臺下嵌入式操作系統(tǒng)定制的集成開發(fā)環(huán)境。它提供了所有進行設(shè)計、創(chuàng)建、編譯、測試和調(diào)試Win CE 5.0操作系統(tǒng)平臺的工具。Platform Builder 5.0開發(fā)Win CE 5.0的流程為定制內(nèi)核，導(dǎo)入硬件BSP，裁剪模塊，生成NK鏡像文件和導(dǎo)出SDK。打開PB5，然后點擊開始建立項目，這里新建一個名為SKY2440的項目。結(jié)束新建向?qū)е?，如圖3所示對SKY2440的項目點擊鼠標右鍵，選擇“Settings”選項然后就可以根據(jù)自己的需要進行設(shè)置了。

（3）視頻采集模塊與H.264編碼技術(shù)。系統(tǒng)使用direct show進行圖像采集，主要包括初始化﹑同步﹑讀取數(shù)據(jù)等3個部分，如圖3所示。

圖2 視頻采集模塊流程圖

H.264的目標應(yīng)用涵蓋了目前大部分的視頻服務(wù)，如有線電視遠程監(jiān)控，交互媒體，數(shù)字電視，視頻會議，視頻點播，流媒體服務(wù)等。H.264為解決不同應(yīng)用中的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟町惗x了兩層：視頻編碼層（VCL：Video Coding Layer）負責(zé)高效的視頻內(nèi)容表示，網(wǎng)絡(luò)提取層 （NAL：Network Abstraction Layer）負責(zé)以網(wǎng)絡(luò)所要求的恰當(dāng)?shù)姆绞綄?shù)據(jù)進行打包和傳送。

基本層次（Baseline Profile）：該層次使用了H.264的除了B-Slices，CABAC以及交織編碼模式外所有的特性。該層次主要使用于低時延的實時應(yīng)用場合。

主要層次（Main Profile）：包含 Baseline profile的所有特性，并包括了B-slices，CABAC以及交織編碼模式。它主要針對對時延要求不高，當(dāng)壓縮率和質(zhì)量要求較高的場合。

擴展層次(Profile X)：支持所有Baseline profile的特性，但不支持CABAC以及基于宏塊的自適應(yīng)幀場編碼。該層次主要針對的時各種網(wǎng)絡(luò)視頻流傳輸方面的應(yīng)用。

（4）視頻顯示模塊。視頻的顯示可以采取兩種方式：一是將圖像數(shù)據(jù)直接寫入FrameBuffer，二是采用其他軟件對圖像信息讀取并處理。由攝像頭采集到的圖像文件已經(jīng)壓縮為JPEG格式，采用RGB編碼，因此若要采用第一種方式顯示，必須將其轉(zhuǎn)換為位圖。本系統(tǒng)通過VS2005編寫圖像顯示程序。圖像顯示模塊流程圖如圖4所示。

3 結(jié)語

本文設(shè)計是以TQ2440開發(fā)平臺，在Win CE操作系統(tǒng)，利用無線傳輸模塊將視頻傳輸?shù)南到y(tǒng)。經(jīng)測試，該系統(tǒng)具有較高的可靠性。該方案既簡化了整體設(shè)計，又提升了系統(tǒng)的性能及穩(wěn)定性，特別適合在以無線網(wǎng)絡(luò)的情況下，以簡單有效的方式搭建視頻服務(wù)器平臺。