无线视频传输系统的设计.docx

无线视频传输系统的设计（无线通信技术杂志）2014年第二期1视频数据的采集和编码11基于V4L2的视频数据采集设计V4L2(VideoforLinuxTwo)是V4L的改良版，V4L2改良了V4L中的缺乏，具有更好的扩展性和灵敏性，并且支持的硬件设备更多。利用V4L2接口函数获取视频帧数据有3种方式:read、write方式，用户指针方式，内存映射mmap方式。本系统通过内存映射方式采集，采用这种方法不仅读取方便，而且省去了大量的内存拷贝，效率较高8。视频采集经过如图3。(1)打开视频设备文件。fd=open(Device-name，mode);第一个参数是注册在/dev/目录下的设备名，打开形式可分为阻塞和非阻塞形式。(2)获取设备属性。调用函数ioctl(fd，VIDIOC_QUEYCAP，cp)获取打开设备文件的相关参数并存放到cap构造中。(3)设置视频的制式和帧格式。调用函数ioctl(fd，VIDIOCS_FMT，fmt)设置捕获图像的存储格式、宽带、高度、像素大小等。(4)申请帧缓冲区，并进行内存映射。调用函数ioctl(fd，VIDIOC_EQBUFS，req)向内核申请reqcount个帧缓存。通过VIDIOC_QUEBUF获取缓存帧在内核空间的地址，通过mmap方式将内核空间中的内存映射到用户空间。(5)采集视频数据。调用函数ioctl(fd，VIDIOC_STEAMON，type)将数据存放到缓存中。(6)处理采集的数据。当应用程序将最先采到的一帧数据取走时，帧缓冲重新放入队列尾，进而循环采集数据。(7)关闭视频设备。调用close(fp)实现设备的关闭。12基于MFC的H264编码设计本系统利用S3C6410提供的MFC硬件编解码器实现了H264标准的视频压缩。硬编码具有不占用CPU资源，运算速度快等优点，进而知足视频数据实时性的要求。H264编码器要求输入数据为YUV420格式，而V4L2输出的视频数据是YUV422格式，因而在完成编码工作之前，要利用函数DoConvert()将YUV422格式转换为YUV420格式。编码的经过如图4。(1)创立H264编码器。调用函数Ssb-SipH264EncodeInit(width，height，frame_rate，bitrate，gop_num)实现。(2)设置编码器参数，初始化H264编码器，分别调用函数SsbSipH264EncodeSetConfig(handle，type，value)和函数SsbSipH264EncodeExe(handle)来实现。(3)获取要编码的视频数据的输入缓冲区地址，调用SsbSipH264EncodeGetInBuf(handle，0)来实现，该函数返回视频数据的输入地址。(4)读取要编码的视频数据，调用函数memcpy(p_inbuf，in_addr，frame_size)将需要编码的视频数据复制到上一步骤的输入缓冲区中。(5)编码视频数据，调用函数Ssb-SipH264EncodeExe(handle)实现H264编码。(6)输出已编码的视频数据，调用函数Ssb-SipH264EncodeGetOutBuf(handle，size)获取编码后数据的输出缓冲区和编码数据大小。(7)关闭设备，调用函数Ssb-SipH264EncodeDeInit(handle)释放编码器资源，并且关闭MFC设备。图4H264编码流程图2视频数据的传输21基于TP/TCP的流媒体实时传输设计为知足视频监控实时性的要求，需要TCP(实时传输控制协议)和TP(实时传输协议)协同使用，以有效的反应和最小的开销使传输效果到达最好。TP负责实时性传输，但它本身不提供QoS，需要TCP提供视频质量控制的手段和方法。而控制TP包的发送则通过TSP协议完成。211live555简介本系统利用开源Live555库实现了基于TP、TCP的实时传输。Live555库是一种为流媒体传输提供解决方案的跨平台C+开源项目，在嵌入式环境中运行稳定，性能较好，支持TP/TCP/TSP/SDP等协议，支持多种音视频编码格式(如H264、MPEG4、JPEG、DV等)的音视频数据的发送、接收和处理。Live555包含四个基本的库分别是BasicUsageEnvironmentTaskScheduler、UsageEnvir-onment、GroupSock和LiveMedia。LiveMedia模块是最重要的模块，基类是Medium，其它所有类都派生自该类9。212基于Live555的流媒体服务器的设计针对Live555开源项目不支持H264实时视频流的接收，我们继承FramedSource类写一个Camer-aH264StreamFramer类，这个类负责实时的采集视频图像，使用MFC进行H264硬编码，然后覆盖成员函数doGetNextFrame()。H264编码的每一帧交给VideoServerMediaSubsession处理。另外，还需要继成OnDemandServerMediaSubses-sion类，写一个H264LiveVideoServerMediaSubsession类，这个类负责管理Source和Sink，指示输入和输出。函数createNewStreamSource返回了实例化的CameraH264StreamFramer;函数createNewTPSink返回了实例化的H264VideoTPSink，其父类为TP-Sink，这个类的作用是把原始的H264流封装成TP数据包1012。类构造图如图5:213流媒体主程序设计流媒体主程序步骤如下:(1)构造应用程序环境类:包括任务调度器TaskScheduler，构造UsageEnvionment对象的时候需要TaskScheduler作参数。(2)构造TSPServer对象，代表整个流媒体VideoServer，配置监听端口，这里设置为8554，能够选择能否使用用户名密码方式访问。(3)构造MediaSession对象和MediaSubsession对象，表示详细的输入视频流和输出流。MediaSub-session就是我们构造的H264LiveVideoServerMediaSubsession。(4)把MediaSession参加到TSPServer，调用TSPServer的doEventLoop进入消息循环，开场监听用户请求接入，处理消息请求。图5类构造图图6视频监控效果图223G模块联网3G模块与AM是通过USB相连的。3G网络的连接是通过点对点(PPP)协议来完成的，PPP是在串行连接的数据链路实现IP以及其它网络协议的一种机制13。在Linux内核中已经添加了3G模块的驱动和PPP协议的支持，还需要移植相应的拨号软件实现拨号上网。本文选择拨号软件pppd，下载ppp224源码包，进行穿插编译生成拨号所需的应用程序pppd和chat，将这两个应用程序拷贝到开发板/usr/sbin文件夹下，更改其属性为可执行文件。配置好拨号的脚本文件后，通过pppdcall命令即可实现WCDMA无线网络的接入。通过AT指令对视频数据进行UDP打包，最终将视频数据包发送到3G网络上。3终端设备在Window平台下，用VLC播放器能够接收传输过来的视频流。假如终端设备IP:221652114，在VLC的地址栏输入rtsp221652114:8554/live就能够播放流媒体视频。运行效果如图6。4结束语经测试，本系统采集分辨率为320*240的图像，经H264硬编码后，每帧图像大小只要5KB左右，帧率可达25f/s。对于WCDMA无线网络的传输率一般在2Mbit/s左右，因而，该无线网络能够知足实时视频传输的需求。本文设计的视频传输系统结合了嵌入式技术视频压缩编码技术流媒体实时传输技术、无线通信技术等多项技术，系统具有实时性好、稳定性高、低成本、低功耗等优点，有很高的应用价值和较为广阔的市场前景。