基于嵌入式Linux的视频采集编码发送模块的设计和实现.doc

分类号

密级

重庆邮电大学研究生学位论文

论文题目
基于嵌入式Linux视频采集编码发送

模块设计与实现

英文题目
The Design and Realization of

Video Capturing and Encoding and Transiting

Module Based on Embedded Linux

研究生研究生

指引教师

学科专业
电子与通信工程
论文提交日期
年 月 日
论文答辩日期
年 月 日
论文评阅人

答辩委员会主席

年

月

日

独 创 性 声 明
本人声明所呈交学位论文是本人在导师指引下进行研究工作及获得研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和道谢地方外，论文中不包括其她人已经刊登或撰写过研究成果，也不包括为获得 重庆邮电大学 或其她教诲机构学位或证书而使用过材料。与我一同工作同志对本研究所做任何贡献均已在论文中作了明确阐明并表达谢意。

学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全理解 重庆邮电大学 关于保存、使用学位论文规定，有权保存并向国家关于部门或机构送交论文复印件和磁盘，容许论文被查阅和借阅。本人授权 重庆邮电大学 可以将学位论文所有或某些内容编入关于数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
(保密学位论文在解密后合用本授权书)

学位论文作者签名： 导师签名：

签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日

摘要
随着人们对安全规定不断提高、嵌入式微解决器和多媒体压缩技术以及无线传播技术迅速发展，无线实时视频监控系统得到了快熟发展与应用。本文基于DM6467平台，使用TVP5158芯片实现多路视频复合采集，通过解复用后，远程调用DSP端H.264编码器完毕视频流实时编码，最后运用RTP合同封装视频数据并通过MF210无线模块实现视频无线传播。论文最后设计实现了一种应用在无线实时视频监控系统中多路视频采集编码发送方案。
论文一方面研究了应用在无线视频监控系统中核心技术，涉及DaVinci技术、V4L2视频采集驱动规范、H.264编码算法以及RTP流媒体实时传播合同和WCDMA技术等。随后分析了模块功能需求，并依照需求分析设计了视频采集编码发送模块总体架构。接下来论文研究了DaVinci开发平台硬件和软件开发环境，并依照开发需求完毕嵌入式开发环境搭建，重要工作涉及嵌入式Linux服务器搭建、开发工作站配备、嵌入式Linux内核移植等。
在以上基本上，完毕视频采集、视频编码、视频发送三个子模块详细设计与实现。分别在视频采集子模块中，设计与实现基于V4L2采集驱动规范多路视频复合采集；在视频编码子模块中，设计与实现基于Codec Engine机制H.264编码，重要工作涉及H.264编码器构建和编码应用程序实现。在构建H.264编码器过程中重要完毕X.264编码算法xDM封装、Codec Server生成、Codec Engine引擎配备等，在编码应用程序中，通过调用H.264编码器VISA API接口，实现采集视频数据实时编码；在视频发送子模块中，先构建WCDMA网络传播链路，重要工作是完毕MF210驱动移植、PPP移植与PPP拨号实现，然后在应用层运用RTP（实时传播合同）封装编码后NAUL数据，最后创立socket，将打包而成RTP数据包发送到wcdma网络中。
在测试阶段，通过对系统整体测试，验证了课题成功完毕了模块设计预期目的。
核心字：视频采集编码发送模块；Davinci，V4L2，H264，xDM，WCDMA

Abstract
With the constant improvement of the people to safety requirements，the embedded microcontroller processor and multimedia compression technology and the rapid development of wireless transmission technology，wireless real-time video monitoring system for the development and application of cook. DM6467 based platform，this paper use TVP5158 chip to realize the collection of multi-channel video composite，after solution reuse，remote call DSP end of h. 264 encoder complete video streaming real-time encoding，finally using RTP protocol encapsulation video data and realize the wireless transmission of video by MF210 wireless module. Final design thesis implements a application in wireless real-time video monitoring system of multi-channel video acquisition coding send package.
Paper first studied the application of key technology in wireless video monitoring system，including the DaVinci technology，V4L2 video acquisition drive standard，h. 264 encoding algorithm and RTP streaming media real-time transmission protocol and WCDMA technology，etc. Then analyzed the module function demand，and according to the demand analysis and design the overall architecture of the encoding video collection is sending module. The paper studied the DaVinci development platform of hardware and software development environment，and according to the development needs to complete embedded development environment set up，the main work includes embedded Linux server set up，develop the workstation configuration，embedded Linux kernel transplantation，etc.
On the basis of above，complete the video acquisition，video coding，video sent three child module detailed design and implementation. In video acquisition module，the design and implementation based on V4L2 acquisition drive specification composite of multi-channel video acquisition；In video coding module，the design and implementation based on the Codec Engine mechanism of h. 264 coding，the main work including h. 264 encoder the implementation of the construction and coding applications. In construction of h. 264 encoder mainly completed in the process of x. 264 encoding algorithm of xDM encapsulation，Codec Server generate，Codec Engine Engine configuration，etc.，in coding the application by calling the h. 264 encoder VISA API interface，realize the acquisition of video data real time coding；In video send sub module，transmission link of the construction of WCDMA network first，main job is to complete MF210 drive，the PPP to transplant with the PPP dial-up，and then in the application layer using RTP (real-time transport protocol) encapsulation encoded NAUL data，finally create a socket，will be packaged into RTP packets sent to the WCDMA network.
During the testing period，through the whole system testing，it verify that this paper successfully completed the anticipated target of the module design.

Keywords：module of video Capturing and Encoding and Transmiting，Davinci，H264，xDM，V4L2，WCDMA

目录
摘要 I
Abstract II
目录 IV
第一章 绪论 1
1.1 视频监控系统行业背景 1
1.2 课题研究背景及意义 3
1.3 论文组织架构 4
1.4 本章小结 5
第二章 视频采集编码发送模块总体设计 6
2.1 模块有关核心技术研究 6
2.1.1 Davinci技术 6
2.1.2 V4L2视频采集驱动接口 7
2.1.3 H.264视频编码技术 7
2.4.4视频传播合同与技术 8
2.2模块架构设计 9
2.2.1视频监控系统构架 9
2.2.2 模块需求分析 10
2.2.3 模块硬件平台选取 11
2.2.4 模块总体架构设计 12
2.3 本章小结 13
第三章 搭建嵌入式开发环境平台 14
3.1 DaVinci硬件开发环境 14
3.1.1 DM6467解决器特点 14
3.1.2 采集译码器TVP5158功能概述 15
3.2 DaVinci软件开发环境 16
3.2.1 xDM算法原则简介 17
3.2.2Codec Engine概述 18
3.3 嵌入式开发环境搭建 21
3.3.1 Linux服务器搭建 21
3.3.2工作站配备 23
3.3.3 Davinci平台初始化 23
3.4 本章小结 27
第四章 视频采集编码发送模块设计与实现 28
4.1视频采集模块设计实现 28
4.1.1 视频采集模块设计 28
4.1.2 V4L2编程接口 29
4.1.3视频采集模块实现 30
4.2视频编码模块设计与实现 34
4.2.1 视频编码模块设计 34
4.2.2 H.264编码器实现 34
4.2.3视频编码模块实现 46
4.3视频传播模块设计与实现 48
4.3.1视频传播模块设计 48
4.3.2 视频传播链路实现 48
4.3.2视频传播模块实现 51
4.4 本章小结 53
第五章 系统测试 55
5.1 测试内容和预期目的 55
5.2 测试过程 56
5.2.1 测试网络环境搭建 56
5.2.2 测试环节 57
5.3 测试成果及分析 58
5.4 本章小结 60
第六章 总结与展望 61
6.1 工作总结 61
6.2 局限性和展望 61
道谢 63
参照文献 64
附录 攻读研究生学位期间科研工作 67

第一章 绪论
1.1 视频监控系统行业背景
随着人们对安全规定不断提高和嵌入式微解决器、多媒体压缩技术以及无线传播技术迅猛发展，无线实时视频监控系统得到了快熟发展与应用。从技术角度上研究视频监控系统，可以将视频监控系统划分为三个阶段，分别是：第一阶段模仿视频监控系统（CCTV），第二阶段数模结合视频监控系统（DVR）。而随着多媒体传播技术发展，重要是信息编解码技术发展以及Internet网络和无线网络发展，数字视频监控系统又可被划分为以数字录像设备为核心数字化本地视频监控系统和以嵌入式视频服务器为核心数字化远程视频监控系统，即第三代网络视频监控系统。近年来个人化、智能化和网络化将是将来视频监控市场重要发展趋势[1]，视频监控应用发展过程如图1.1所示。

图1.1 监控应用变迁
一．模仿视频监控系统
模仿视频监控系统使用专用同轴线缆传播模仿视频信号，它系统硬件构成重要某些是摄像机、线缆、录像机和监视器等设备。随着多媒体技术编解码技术发展，微解决器性能提高以及网络带宽提高，视频监控系统在硬件构造方式、功能实现、性能以及扩展性方面均有了重大变化，视频在系统构成上更加灵活个性化，功能上更加丰富、全面，人机交互更加和谐易于操作，系统外围接口更加丰富且统一，便于系统功能拓展。但是，由于视频信息流在系统中依然是以模仿信号传播，视频监控系统系统构架难以发生巨大变革，同步模仿视频监控系统网络构造是一种单向、单功能形式信息采集传播网络，因而虽然系统整体技术已发展到很成熟技术水平，但是由于以上系统构造和网络构造局限，模仿监控系统发展已经到达一种瓶颈阶段，难以满足日益提高视频监控需求。模仿监控系统重要缺陷是：
(1) 系统监控区域有限。由于模仿信号在同轴电缆传播范畴有限，导致系统普通只适合应用在范畴较小监控区域；
(2) 系统扩展能力差。对于已建立好监控系统，由于其组网架构以及系统功能架构局限，若要去增添设备，则需要大范畴修改系统，甚至重建系统。
(3) 不能形成有效报警联动。由于系统各某些独立运营，互相之间合同不能发生通信，导致联动只能在很小范畴内进行，不便对系统进行有效掌控。
因此，要满足对视频监控更高规定，监控数字化是必由之路。并且数字通信迅速发展，也保障了数字化也许性。
二．数字视频监控系统
90年代初，微解决器技术和彩色视频技术发展推动了数字视频监控系统浮现与发展。数字视频监控系统系统运用微解决器对数据高速解决能力进行视频采集和编码等解决，运用彩色视频技术在高辨别率显示屏上实现多画面清晰显示，大大提高了视频监控系统质量。这种基于微解决器多媒体主控平台系统被称为数字视频监控系统。数字视频监控系统重要技术产品是DVR，采用windows平台，在个人计算机上安装不同型号视频显卡和相应DVR软件，顾客可以得到相应1、2、4路采集视频，并可以得到实时语音和视频传播服务。
但是由于视频编解码技术发展和网络技术发展滞后，有限带宽不能支持传播数据量巨大视频数据，监控信息大多只局限于本地系统，难以进行远程视频监控。但是市场对视频监控更高需求不断推动着视频编解码技术、流媒体技术以及网络技术发展，从而也把网络视频监控推向了发展必然。
三.网络视频监控系统
90年代末期，随着计算机解决能力提高、多媒体编解码技术发展、网络带宽和存储容量迅速提高、以及各种视频解决技术发展，以嵌入式技术为重要平台，以网络、通信技术为依托，以智能图像分析为特色网络视频监控系统正迅速登上视频监控舞台，引起了视频监控行业技术革命，赢得了学术界、顾客高度注重。网络视频监控浮现使得视频监控开始向道路交通、家庭、教诲、公司信息化、医疗等新运用领域渗入[2]。
网络视频监控即IP监控，网络视频监控就是依托有线或者无线IP网络以数字化形式实现视频信息远程传播。只要是网络可达地方，无论是以有线还是无线方式，只要有需要就可以轻松地实现视频监控和视频数据存储。同步，网络视频监控还可以完美和其他类型监控系统进行结合，便于系统兼容与扩展。
尽管当前网络视频由于其成本限制，使其应用重要局限于智能交通、平安都市等大型项目中，但随着社会发展、人民经济水平提高以及对安防监控规定提高，智能家居、家庭安防等行业应用正在崛起[3]。同步，由于智能监控所具备及时、精准、便捷和节约资源等优势，随着技术发展市场扩张，新一代网络化、智能化和个人化视频监控有极大研究价值，必将得到广泛推广和应用[4]。
1.2 课题研究背景及意义
随着近年来社会不断迅速发展，各国各行业对安防越来越注重，视频监控行业获得了长足发展。在中华人民共和国，随着着技术日渐成熟和成本减少，以及在“平安都市”工程、世博会、奥运会等重大项目和事件推动下，视频监控市场得以快熟发展和构造调节，使得基于网络数字监控逐渐成为市场主导，而老式模仿监控市场逐渐萎缩。当前基于嵌入式无线流媒体技术是网络视频监控市场中应用最为广泛视频监控技术。
基于嵌入式无线流媒体技术是嵌入式技术、无线网络技术、视频编码技术和流媒体传播技术结合[5]。在嵌入式方面，DaVinci技术融合了ARM与DSP技术，这样使得达芬奇解决器既具备ARM良好控制功能，又有DSP强大计算能力，可以满足更多应用场合需求。在传播方面，无线视频监控具备高移动性、架设灵活、管理以便和综合成本低长处。当前WCDMA是国内应用最为广泛3G网络制式，如果支持HSPA网络话，那么理论最高上行是5.76Mbps，理论最高下行是7.2Mbps，如果是支持HSPA+网络上网卡设备，理论最高下行则是21Mbps。这样理论带宽足以满足无线实时流媒体传播，但在实际运用中由于无线信道高信噪比、高衰落等复杂性和网络自身缺陷导致无线信道容量有限，要实现清晰、实时无线视频传播依然存在困难。在编码方面， H.264编码技术因其低码率（高压缩比）、高质量画面、容错能力强、网络适应性强，逐渐得到学术界和工业界广泛承认，成为当前无线视频编码领域最为热门技术之一。在流媒体传播方面，RTP合同是应用非常广泛流媒体实时传播合同，针对流媒体传播持续性、实时性和占用带宽较大特性，RTP合同经常配合使用UDP不可靠传播合同来传播数据。
虽然视频压缩技术和无线传播带宽有了长足进步，但考虑到无线视频传播中视频数据量庞大、传播实时性规定高而无线信道带宽有限，完毕视频数据在无线信道中上实时传播依然是一种巨大挑战。
本课题设计源于本人研究生期间参加科技型中小公司技术创新基金项目《基于TD-SCDMA远程无线视频监控系统》。课题方案中ARM微解决器通过V4L2编码驱动接口控制 TVP5158 芯片实现视频多路复合采集，通过解复用之后，把采集视频数据进行 H.264 实时压缩编码，在应用层运用RTP实时传播合同封装视频数据，最后通过MF210 无线发射模块把视频数据发送到 WCDMA网络中。论文最后完毕了无线实时视频监控系统中视频采集、编码、发送模块设计与实现。
1.3 论文组织架构
本论文一共分为6章，其中，第一章是绪论某些，第二至第五章是论文主体，第六章是论文工作总结和展望。
第一章是绪论某些。从视频监控从模仿到数字、网络发展历史讲起，简介了视频监控发展，本课选题背景、意义及重要研究内容。
第二章是模块总体设计。一方面研究了与模块有关核心技术，然后分析了模块功能需求，并依照功能分析设计了视频采集、编码、发送模块总体架构。
第三章是搭建系统开发平台。一方面分析了DaVinci硬件以及软件开发环境，并依照开发需完毕嵌入式开发环境搭建，重要工作涉及嵌入式Linux服务器搭建、开发工作站配备、嵌入式Linux内核移植等。
第四章是系统软件设计与实现某些。分别设计实现了视频图像采集、视频图像编码和视频图像发送三个子模块。
（1）.视频采集子模块：设计实现基于V4L2采集驱动规范视频采集。
（2）.视频编码子模块：设计实现视频数据H.264压缩编码。详细实现过程是：构建H264编码器，重要工作涉及完毕X.264编码算法xDM封装，Codec Server生成、Codec Engine引擎配备等；最后在应用层远程调用编码器VISA API接口实现视频编码；
（3）视频发送子模块：实现视频数据无线发送。先构建WCDMA网络传播链路，重要工作是完毕MF210驱动与PPP移植，以及ppp拨号实现，然后采用基于UDP合同RTP流媒体实时传播合同打包视频数据，最后创立socket发送数据到wcdma网络中。
第五章是对模块软件性能测试与验证。结合整个视频监控系统进行测试，通过实测图像来评估系统设计实现完毕状况。
第六章 对论文进行总结及下一步研究方向。
1.4 本章小结
本章重要简介了该课题研究背景；分析了当前视频监控技术研究现状；分析了系统背景以及应用价值；最后指明了该课题研究内容以及编排了本论文组织构造。
第二章 视频采集编码发送模块总体设计
本章一方面从硬件平台、视频采集子模块、视频编码子模块、视频发送子模块方面研究了合用于本课题DaVinci技术、V4L2视频采集驱动规范、H264编码算法以及WCDMA技术和RTP流媒体实时传播合同等。然后分析了视频监控系统总体架构，在此基本上分析了模块功能需求，依照需求分析设计了模块整体架构。
2.1 模块有关核心技术研究
2.1.1 Davinci技术
达芬奇技术由达芬奇解决器、达芬奇软件、达芬奇开发工具和达芬奇技术支持组件等优化构成，其构造如图2.1所示[6][7]。

图 2.1达芬奇技术构造图
DaVinciTM解决器是TI公司为面向视频编解码应用而专门设计一款数字流媒体解决器。在硬件方面，DaVinci技术集成了ARM与DSP双核解决器，它在DSP解决器运营DSP/BOIS操作系统，运用其强大数据解决能力和高速运转速度实现对音视频编解码以及实现图像有关解决；在ARM解决器运营MontaVista Linux操作系统，运用其良好控制功能，实现对外围设备控制，如设备初始化、远程调用DSP算法库等；在软件方面，TI为视频软件开发商提供了原则化编码器接口，增强了编码器移植性，简化了二次开发难度，同步TI还提供了集成解决器、软件、工具等支持，简化了设计与开发进程，加速了产品开发与创新速度。
2.1.2 V4L2视频采集驱动接口
V4L2是Linux平台下视频采集设备驱动程序开发一套规范。它为Linux中视频设备访问提供了通用接口，在Linux系统中，V4L2驱动Video设备节点途径普通/dev/video/中videoX。
V4L2是一种两层驱动构造：上层是videodev模块，当videodev初始化后，它把自己注册为一种主设备号为81字符设备，同步注册自己字符驱动成员函数；下层是V4L2驱动程序，它事实上是videodev客户端，videodev通过V4L2驱动程序成员函数来调用V4L2驱动程序[8]。它使用分层办法给驱动程序开发提供了清晰模型和一致接口，以便驱动程序开发。
在应用程序实现视频采集过程中，通惯用到两个V4L2系统调用是ioctl()和mmap()，其中 ioctl()系统调用负责控制设备I/O通道，mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一种普通文献实现共享内存。
2.1.3 H.264视频编码技术
随着近年来嵌入式流媒体技术迅速发展，这使得视频会议，视频监控，可视电话，以及视频直播等得到了长足发展。但是网络带宽毕竟是有限，特别是带宽较窄无线传播环境中，在因而咱们需要在尽量保证图像质量前提下，减少视频信息中冗余量，从而缓和无线网络带宽，这也是视频压缩目的。因而，视频编码技术也得到了更广泛应用与发展。
H.264 原则[9]正是在这种大背景下诞生。H.264原则是由ITU-T和ISO/IEC联合开发，它定位于覆盖整个视频应用领域，涉及：传播DVD和数码相机高清晰度视频应用、传播电视广播原则清晰度和高清晰度视频应用、传播Internet上视频流应用以及传播低码率无线视频应用等。
H.264从功能上可以分为两层：VCL层（视频编码层）和NAL层（网络提取层）。VCL层重要目的是尽量独立于各种网络状况下进行数据高效编解码。VCL重要完毕对块、宏块、片等语法级别定义和核心压缩引擎，压缩单元重要完毕运动补偿、变换编码、熵编码等。NAL层重要目的是依照不同网络状况，对VCL层数据进行打包与发送。
H.264作为一种新型高质量低码率视频编码原则，具备合用性强、压缩率高、图像质量好等特点。在相似重构图像质量下，H.264与H.263 和MPEG4 原则相比，能节约 50%码率。H.264原则还引进了面向 IP 包编码机制，有助于网络中分组传播，支持网络中视频流媒体传播。具备很强抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重无线信道中视频传播[10][ 11]。
2.4.4视频传播合同与技术
1.RTP合同
RTP(Realtime Transport Protocol) 实时传播合同是针对Internet上多媒体数据流传播一种合同，它描述了程序管理多媒体数据实时传播方式，作为RFC1889被IETF发布。
RTP数据包由RTP首部(RTP Header)和RTP负载(RTP Payload)两某些构成。RTP合同是用来传播具备实时特性数据，它提供端到端实时数据传播服务。RTP数据普通配合UDP合同使用，运用UDP多路复用及校验和服务共同完毕实时数据传播功能， UDP建立在IP合同基本上，为顾客提供了一种而向不可靠、无连接数据传播服务，适合传播对实时性规定较高数据业务。
2．PPP合同
PPP（Point-to-Point Protocol点到点合同）是在同等单元之间传播数据包链路层封装合同。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。合同设计目重要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简朴连接一种共通解决方案。
在 20 世纪 80年代末，串行线互联网合同(Serial Line Internet Protocol，SLIP)因传播性能问题阻碍了互联网发展，于是人们开发了 PPP 合同来解决远程互联网连接问题[12]。PPP不但支持异步链路，也支持面向比特同步链路，同步克服了SLIP只能静态分派IP缺陷，PPP 合同满足了动态分派 IP 地址需要，并且PPP合同通过NCPs对各种网络层合同提供支持。因而，PPP 合同在接入网中获得了广泛应用。
PPP 合同重要由下面四个某些构成：
•封装：一种封装多合同数据报（IP数据报）办法，实现了在同一链路上传播不同网络合同复用技术。数据包最大长度由详细网络MTU决定。
•链路控制合同（LinkControl Protocol，LCP）：用于建立、配备、测试和管理数据链路连接。
•网络控制合同（NetworkControlProtocol，NCP）：协商该链路上所传播数据包格式与类型，建立、配备不同网络层合同。
•口令认证合同（Password Authentication Protocol，PAP）和质询握手认证合同（Challenge-Handshake Authentication Protocol，CHAP）：为PPP连接提供顾客认证功能，可以保证PPP连接安全性。
PPP连接建立重要通过三个阶段，第一阶段：LCP连接协商阶段，重要完毕对基本通讯方式进行选取，第二阶段：CHAP密码认证阶段，重要完毕客户端权限认证，第三阶段：NCP网络协商阶段，重要完毕对上层网络层合同配备。通过以上三个阶段，一条PPP通信链路便建立起来了。
3. WCDMA技术
WCDMA是一种由3GPP详细制定，基于GSM核心网，是第三代移动通信系统。WCDMA是一种ITU(国际电信联盟)原则，它是从CDMA（码分多址）演变来，在官方上被以为是IMT-直接扩展。
当前WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6 Release 7等版本。其中R99/R4可以提供384kbps上行最高传播速度和下行2Mbps最高速度，在随后R5（HSDPA）和R6（HSUPA）分别强化了R99/R4版本下行与上行最大速度，分别达到5.76kbps和7.2bps，R5与R6合称为WCDMAHSPA版本。在R7版本中下行最大速度又被提高到 21Mbps/28Mbps/42Mbps，甚至56Mbps/84Mbps。后续尚有R8HSOPA和FDD-LTE等后续演进技术，可以看出WCDMA在不断地迅速发展。
当前，国内运营重要有三种制式3G原则，重要有联通WCDMA、移动TD-SCDMA以及电信CDMA。与此外两种3G原则相比，WCDMA具备网络建设最为广泛、技术成熟度高、漫游地区最广、终端设备支持最多和拥有顾客最多优势，因此本文选取WCDMA制式作为视频监控系统中无线传播所用制式原则。
2.2模块架构设计
2.2.1视频监控系统构架
本课题—基于嵌入式Linux视频采集编码发送模块设计与实现，根源于科技型中小型公司技术创新项目《基于TD-SCDMA远程无线视频监控系统》。
在项目中，为了以便系统设计、分工和开发实现，系统中采用模块化思想指引设计无线实时视频监控系统。系统从功能角度上可划分为三个模块：监控前端（PU）、中心服务平台、监控客户端（CU）。
PU端可划分为三个某些：视频服务器外设设备（摄像头、云台、各类传感器等）、DVS（数字视频服务器）和无线接入设备。PU端是系统信息采集和解决端，实现告警信息、内容分析数据采集解决，以及音视信息采集、编码、发送以及本地存储，具备视频数据和控制信令双向传送功能。
中心服务平台从功能上分为流媒体服务器和信令管理服务器，它是系统中心管理服务器。其中媒体服务器重要功能是采用流式合同将DVS发过来视频信息转发给监控客户端，信令服务器实现信令流控制，重要负责客户端控制信令收发和解析；
CU端是系统客户应用端，重要完毕音视频信息以及警告信息对监控顾客呈现，依照顾客权限不同，高权限顾客还可以通过CU实现对系统设备管理、顾客管理等。监控系统功能框架图如2.2所示：

图2.2视频监控系统功能框图
本课题完毕功能是无线视频监控系统中PU端DVS（数字视频服务器）功能实现重要某些，重要实现多路实时视频采集、视频编码、视频发送。
2.2.2 模块需求分析
1、功能需求
本模块基于无线实时视频监控系统，该模块完毕内容是视频监控系统中DVS（数字视频服务器）功能重要一某些。在本模块中，视频传播信道为联通经营WCDMA3G制式，信道实际带宽窄、误码率高。本课题重要内容就是，针对无线实时视频监控系统中实时视频庞大数据量大、对实时性高规定和当前无线网络传播负载能力之间矛盾，设计实现了一种应用在无线传播环境下、基于DaVinci技术远程视频监控系统多路实时视频采集、编码、发送方案。需要实现功能涉及：
（1）在视频采集方面：实现视频采集，且可以支持对视频各种属性控制，如视频辨别率、制式、亮度色度等。
（2）在视频编码方面：实现高速编码、高压缩比编码算法，使得系统可以应用于带宽较小无线网络。
（3）在视频发送方面：实现视频无线实时传播。
2、性能指标
各种功能详细性能指标如下：
（1）视频采集模块：基于TVP5158芯片，采用V4L2采集驱动接口完毕视频采集。
（2）视频编码模块：DSP上实现X.264算法编码，通过Codec Engine机制远程调用编码器，实现视频数据实时编码；
（3）视频发送模块：采用基于UDP合同RTP实时传播合同封装视频数据，并运用MF210无线模块实现视频WCDMA无线传播。
2.2.3 模块硬件平台选取
在项目开发过程中，硬件开发平台选取很大限度上决定了项目开发难度难易以及开发周期长短。基于2.1.1节论述DaVinci技术长处，本模块中应用DVS（数字视频服务器）采用合众达公司专为数字视频解决推出基于DaVinci技术SEED-DVS6467嵌入式开发平台，它是以TI公司TMS320DM6467（简称DM6467）作为核心解决器，在其外围集成了2片译码器TVP5158。其硬件框图如图2.3所示。

图2.3 SEED-DVS6467系统硬件功能框图
本课题中ARM端控制采集译码器TVP5158完毕视频采集，远程调用DSP端H.264编码器完毕实时视频编码，最后运用RTP合同封装视频数据，并通过MF210无线模块实现视频数据WCDMA传播。在编码过程中，ARM和DSP之间交互是通过Codec Engine机制完毕，这样DSP解决器端程序员只需关注如何开发DSP算法，ARM解决器端程序员只需负责编写控制程序，双方不需要关怀算法和控制程序间如何实现通信。这样算法程序员和控制程序员可以独立完毕各自分工工作，很大限度上减少顾客开发难度和开发周期。
2.2.4 模块总体架构设计
为了提高系统实时性，整个系统软件重要设计为四个POSIX线程，分别是主线程（Main.c），采集线程（CaputreThrd.c），视频线程（VideoThrd.c），和发送线程（SendThrd.c）[13]。
多线程可以提高程序运营效率和系统相应速度，但同步也引起了各种线程对共享数据并发访问问题，如果不解决好线程间同步，则也许导致共享数据不一致性。在本设计中，采用条件变量与共享全局变量方式作为线程间同步与资源共享机制。系统各线程间交互示意图如图2.4所示。
详细交互过程为：系统启动后，主线程一方面创立并初始化采集线程、视频线程和发送线程，然后将控制权交给SIP信令控制线程（MediaSipThrd.c），SIP信令控制线程负责循环监听客户端指令。采集线程从采集设备中获取原始数据，并将数据写入线程共享buffer中，然后触发视频线程，视频线程收到原始数据buffer后，先将多路行交叉模式输出复合视频数据解复用，并对解复用后单路视频标记通道ID，然后把空buffer返回给采集线程，再按照通道ID分别进行编码解决，将编码后数据buffer送给发送线程，发送线程受SIP信令控制线程条件阻塞，当客户端有祈求时，就触发发送线程进行数据流发送。
图2.4 系统线程交互示意图
2.3 本章小结
本章研究了与课题有关核心技术与合同，分析了视频监控系统总体架构以及课题模块在系统中实现功能，最后依照功能分析设计模块总体架