双模无线视频传输(精选7篇)
双模无线视频传输 篇1
1 概述
近年来, 视频监控系统因为其信息全面性和适时性的特点, 在各个行业得到很广泛的应用。以前, 因其数据流量较大视频监控系统大都采用有线传输方式实现。随着3G无线通信技术的发展, 传输的带宽问题得到了较好的解决, 随后逐步发展起来的无线视频监控系统较传统意义的视频监控系统有不可替代的优越性, 比如安防、野外作业、地质勘测、抢险救灾等领域。由于现实中无线通信系统的信号覆盖问题一直存在, 单模模式的无线视频监控系统存在信息断续不可靠和画面不流畅的缺点, 影响了其市场推广应用。为了解决无线通信信号覆盖的问题和传输带宽问题, 提出了基于OMAP3530实现的无线双模视频监控设备设计方案。无线传输部分将设计成基于CDMA2000和我国提出的3G标准TD-SCDMA无线双模传输系统, 以期解决单模无线传输系统的信号覆盖和传输带宽问题, 来保证流畅、清晰的视频监控效果, 并提高系统的可靠性。
2 无线双模视频传输系统硬件设计
2.1 系统总体设计框图。
本系统主要功能模块分为CPU及扩展存储器、智能电源管理、双模通信模块、视频采集等几个部分, 系统结构框图如图1所示:在图1中, CPU选用具有ARM+DSP双内核的OMAP3530, 可兼顾设备的数据处理强度大、调度和控制功能要求高的需要。DSP内核对视频信号的压缩处理能力非常强, 由其完成H.264视频压缩算法;ARM内核可以完成系统的整体控制功能和对DSP运算结果的访问。
2.2 核心电路——CPU和电源管理模块部分。
OMAP3530在单一的芯片上集成了Cortex-A8 ARM内核、TMS320C64x+DSP内核以及丰富的多媒体外设。TPS65930是针对OMAP系列设计的智能电源管理芯片, 在减少所需电路板空间的同时, 能有效地管理系统电源及降低OMAP3530处理器所需功耗。在电路设计时, 使用OMAP3530的第一个I2C与TPS65930的I2C通信, 以实现对TPS65930的参数设置和电源工作模式控制;使用OMAP3530的第四个I2C与TPS65930得I2C通信, 以智能映像 (Smart Reflex) 技术来实现动态功率切换, 并能根据芯片处理和温度变化动态调整电压, 以最大限度的降低功耗。实验证明, 基于以上因素的考虑在电路的实现过程中是可行的, 而且是必要的。
2.3 TD-SCDMA无线网络部分。
TD-SCDMA无线模块TDM330是一款集短信收发、语音通话、无线上网三大功能于一体的无线通信模块。在安全性、易用性、通用性及便携性上有很大的优势, 特别适用于无线网络数据业务方面。其主要性能特点如下:2.3.1制式:TD-SCDMA/HSPA;2.3.2支持TD1880~1920/2010~2025MHZ;2.3.3上行支持2.2Mbps、下行支持2.8Mbps数据业务;2.3.4提供USB1.1规范的USB接口, 兼容通用AT指令。MIC2551A是USB单片收发器, 兼容USB 2.0物理层规范, 可简化USB兼容性测试任务。在本系统中, 使用MIC2551A USB单片收发器对OMAP3530和TDM330的USB信号进行转接, 通过它给TDM330提供驱动能力和电平转换, 而且可根据CPU忙闲状态来操控信号传输速度, 完成他们之间的USB通信。与TDM330相关的电路, 主要涉及供电电源、与OMAP3530之间的通信、与USIM卡座之间的电路连接几个部分。
2.4 CDMA 2000无线网络部分
CDMA2000无线网络通信模块MC8630具有语音、短信、数据业务和GPS等功能。其主要性能特点如下:2.4.1制式:CDMA2000;2.4.2支持824~849/869~894 MHz;2.4.3上行支持1.8Mbps、下行支持3.1Mbps;2.4.4提供USB2.0规范的USB接口, 兼容通用AT指令。MC8630提供一个USB2.0接口。在设计时使用MIC2551A进行信号转接, 实现MC8630与OMAP3530的HSUSB2之间的USB通信。与MC8630相关的电路, 主要涉及供电电源、与OMAP3530之间的通信、与USIM卡座之间的电路连接几个部分。
2.5 视频采集及处理。
从摄像头的感光技术上分, 摄像头分为CCD和CMOS两种。本系统中将选用CMOS技术的低功耗数字摄像头OV9655。OV9655是具有130万象素的CMOS图像传感器, 通过串行照相机控制总线 (SCCB) 接口进行控制, 其输出的数字信号支持各种规格的分辨率设置。
由于OV9655提供1.8V的电路接口, 与OMAP3530提供了专用的摄像机硬件接口相匹配, 不需要再增加电平转换。在本系统的设计中, 使用OMAP3530的第二个I2C接口, 实现OMAP3530与摄像头之间的命令和控制信息的通信;其视频信号接口直接和OMAP3530的camera口对应连接。在本系统中, OMAP3530的DSP内核完成视频信号的压缩处理。
3 测试结果
3.1 测试平台和环境。
3.1.1服务器端:操作系统:Windows XP操作系统;硬件配置:CPU P42.8G, 内存512M, 硬盘160G, 128M独立显卡, 天敏VC8000 PCI卡, 网卡。3.1.2手持终端设备:操作系统:嵌入Windows CE操作系统;主要硬件配置:嵌入式CPU OMAP3530, TDM330模块, MC8630模块, OV9655摄像头。
3.2 测试结果分析。
将摄像头的分辨率设置成176*144, 每帧数据为203Kbits, 视频信号采集帧速设置为25帧/秒。在信号覆盖较好的市区但TD-SCDMA没有开通HSUPA业务的情况下, 由测试人员手持本设备步行测试。在测试过程中视频压缩的平均压缩比约15:1, 大幅减少了数据传输量。在使用TDM330单模传输时, 视频监控效果不太理想, 监控画面不连续;使用MC8630单模传输时, 能够提供清晰流畅的视频效果;而使用TDM330+MC8630双模传输时, 设备不仅能够提供足够的带宽资源, 为远程监控提供清晰流畅的视频效果, 且在运动测试过程中, 遇到单模信号较差或信号盲点时, 也能够保证视频信号不间断。
4 结论
提出的无线双模视频传输系统克服了带宽不够和信号盲点问题。保证了信号传输带宽问题, 同时通过软件中实现的负载均衡算法, 提高了传输带宽的有效利用。结合手持设备的便携性, 本设计方案突破了传统的有线视频监控系统的局限性, 有比单模无线监控系统更大的发送速率、对单一网络依赖性小、稳定性更高的特点, 其对我国的安防、勘测、生产调度、抢险救灾等领域具有重要的现实意义, 并能创造良好的社会效益和经济效益。可以预见, 随着3G网络进一步的完善, 无线视频监控系统将会有一个爆发式的发展。
摘要:针对高速无线视频传输的需求, 设计了一种基于双核 (ARM+DSP) CPU OMAP3530融合TD-SCDMA和CDMA2000无线网络技术的手持双模远程视频传输设备。文章论述了无线双模视频传输设备硬件设计中的关键技术, 包括主要器件选型、电路设计。实验结果表明, 本系统经过在DSP内实现的H.264视频压缩和ARM中实现的负载均衡算法后, 能有效提高编码效率、减少发送数据量、并能充分利用无线网络带宽资源。在TD-SCDMA和CD-MA2000双模的环境下, 能够为远程监控提供清晰流畅的视频效果, 可有效的解决第二代无线通信在视频传输时带宽不足的问题。
关键词:视频传输,无线双模,硬件设计
参考文献
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[4]周健, 戴梅萼, 余震建.远程实时视频传输的自适应技术[J].清华大学学报 (自然科学版) , 2004, 44 (7) :966-968, 973.
[5]Jing Li, Weidong Hao.Research and Design of Embedded Network Video Monitoring System Based on Linux.2008International Conference on Computer Science and Software Engineering.20082:1310-1313.
双模无线视频传输 篇2
针对上述问题,本文设计并实现了一种基于WCDMA和CDMA2000 EVDO系统的车载式双模视频监控系统,该双模系统依托WCDMA和CDMA2000 EVDO移动通信公众网实现视频监控,便捷实用,系统中合理调度双模同时传输,和传统的单模系统相比,有多方面的优势。本文重点介绍该视频监控系统的整体设计,给出嵌入式设备车载监控终端的硬件设计,详细介绍了监控中心的软件设计,之后对整个系统进行了测试,并记录了测试结果。
1 车载视频监控系统结构
车载双模无线视频监控系统组成框图如图1所示。
系统包括车载式双模视频监控终端,CDMA2000和WCDMA系统基站和3G核心网络,Internet和后台监控中心。
车载双模监控终端利用模拟摄像头完成对所需监控视频的采集,将视频数据进行H.264编码压缩处理,通过CDMA2000和WCDMA 3G无线通信模块实现监控视频和其他信息例如GPS信息等向监控中心的上传,同时接收监
控中心的信息和指令,实现对视频信息的分割、封装、调度和管理。
WCDMA系统基站和核心网、CDMA2000系统基站和核心网都是借助于公众网络,接入Internet网络建立车载视频监控终端和视频监控中心的通信链路,完成两者之间的视频传输以及信令交互等。
视频监控中心完成对车载视频监控终端采集传输的视频信息进行组合、解码、视频恢复和实时显示,同时完成对车载视频终端的调度和管理。
2 车载双模视频监控终端设计
车载视频监控终端系统组成结构图如图2所示。
1) 核心处理模块。
车载视频监控终端系统CPU选用具有ARM+DSP双内核的OMAP3530[5],可兼顾设备的数据处理强度大、调度和控制功能要求高的需要。DSP内核对视频信号的压缩处理能力强,主要完成对H.264视频进行编码压缩,ARM内核完成系统的整体控制和对DSP运算结果的访问。
2) 电源模块。
电源管理选用与OMAP3530匹配的TPS65930芯片智能管理整体系统的电能供应。设备对外提供适配器电源接口,通过汽车车载逆变器供电。
3) 多媒体数据采集模块。
音频数据由MIC部分负责采集一路音频数据,将模拟信号用差分输入方式送入TPS65930中,然后用I2S数据总线把采样后的数字信号传输到OMAP3530中。视频数据由模拟摄像头采集,通过BNC数据线连接核心处理模块,传送数据到OMAP3530中。音频数据和视频数据,在OMAP3530中都以DMA方式进行数据的搬移,搬移到DDR中后。在DSP端以H.264标准对视频数据进行压缩,以G729标准对音频数据进行压缩。把压缩后的数据进行本地存储(用USB总线传送到移动硬盘)或者发送到控制中心。
4) GPS模块。
用GPS模块的唤醒功能可以实现对终端的定时定位和不定时定位。通过无线信道将定位卫星采集到的当前终端的地理位置信息、时间信息等发送到GPS模块,然后通过UART芯片传送到核心处理模块中,解析后保存在内存当中。终端程序通过解包、判断并提取出GPS信息之后,然后将这些信息与图像信息一起封装在一个结构体中,最后通过无线网络发送模块将信息发送到监控中心。
5) 数据发送模块。
选用中兴通讯公司的MC8630 CDMA2000通信模块和华为技术有限公司的EM770W WCDMA通信模块作为系统无线网络数据发送模块。利用USB接口和MIC2551A芯片连接处理模块和发送模块,通过对发送模块操作AT指令实现网络数据传输。
3 视频监控中心设计
视频监控中心是整个监控系统的中枢神经,管理、调度整个监控系统的合理运行,指挥视频终端按要求实时进行监控。本监控中心系统采用Microsoft Visual C++6.0开发[6],分功能进行模块化,最后按需求整合实现视频监控中心系统。
3.1 监控中心系统结构
如图3所示,视频监控中心主要分为7个功能模块。
1) 监听、建立通信链路。
该模块用于监听是否有视频监控终端请求链接,通过正确信息交互后,与相应视频监控终端建立通信链路,建立心跳包,实时监听终端是否处于连接状态。
2) 监控数据接收。
该模块用于通过UDP网络传输协议将监控终端上传的数据正确接收下来,然后保存在缓存队列中,以待后续处理。
3) 监控数据处理、显示。
该模块用于将监控数据中的视频数据和GPS信息分别提取出来。对视频数据进行解码、恢复,然后和GPS信息组合,经过相应处理后实时显示在监控中心主页面中,并且按需求保存监控视频。
4) 影像回放。
该模块用于对保存的监控视频进行回放。
5) 网络信息实时显示。
该模块用于对整个视频传输系统的网络信息进行显示,包括监控中心接收每个终端对应的传输速率kbit/s、f/s(帧/秒)、收到的总字节等信息,可用作实时观察每个监控终端的传输情况。
6) 双向语音通信。
该模块用于与监控终端进行实时语音通信,以此可用作指挥,管理。
7) 调度、管理指令下发。
该模块用于通过TCP协议对监控终端下发控制命令,例如设想头的切换,数据传输方式改变等。
8) 系统配置。
该模块用于整个系统的相关参数修改、配置。
3.2 监控中心应用程序设计
根据双模视频监控系统监控中心实际需求,本文给出了主要部分监控中心系统流程图,如图4所示。
首先视频监控中心不断监听是否有视频监控终端请求连接。当监听到有终端请求连接后,为其进行资源配置,并且建立心跳包链接,时刻监测视频监控终端与监控中心连接是否正常,如果视频监控终端断开,监控中心释放为其配置的资源。
建立心跳链接后,监控中心正常接收视频监控终端传输的监控数据。通过CDMA2000和WCDMA双模传输的数据需要接收保存进缓存内,考虑通过双模传输,需要对到达数据顺序进行调整。
对数据进行提前并解析,根据系统自定义的数据包格式,根据数据包头信息,分别提前出GPS信息、时间和视频数据,然后将提前的数据进行三个方面的工作:
1) 传递给程序主页面进行实时的监控显示;
2) 根据时间信息保存成文件,以待影像回放所用;
3) 统计计算监控数据信息,用于实时显示网络情况,包括kbit/s、f/s、丢包率等,同时利用调度算法,合理分配双模传输资源,下发反馈信息给视频监控终端,控制终端合理调度双模进行最大化数据传输。
3.3 关键技术实现
1) 通信链路。本系统中监控中心对监控终端的监听管理、信令控制等信息的交互采用TCP网络协议传输。TCP网络控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议,能够保证信息的完成传输。监控数据采用UDP网络协议传输,UDP是面向数据报的传输层协议,建立在IP协议上,提供一种无连接的高效率的服务,时延短,但不保证数据的可靠性,系统中视频数据要求实时性高而不要求数据绝对可靠,所以采用UDP协议传输。
2) 监听管理。监听终端请求,通过套接字TCP接口函数建立监听程序,首先通过socket函数创建TCP协议套接字,配置地址结构体SOCKADDR_IN,然后调用bind函数绑定相关信息,WSAAsyncSelect函数设置响应事件为FD_ACCEPT,最后调用listen函数实现监听,recv函数接收数据。主要代码如下:
SOCKET m_tcpSock=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY); addrSrv.sin_family=AF_INET;
addrSrv.sin_port=htons(m_ini.nTcpPort);
bind(m_tcpSock,(SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR);
WSAAsyncSelect(m_tcpSock,m_hWnd,WM_TCPIMG,FD_ACCEPT);
listen(m_tcpSock, 5);
建立心跳包链接也利用TCP套接字函数,同时通过SetTimer函数创建定时器,在响应函数OnTimer中定时发送TCP数据(心跳包)给终端,根据TCP套接字函数返回值判断链接是否正常,如果终端断开,则释放为其分配的系统资源。
3) 监控显示。将监控显示功能封装成ActiveX控件[7],监控中心通过调用该控件实现多终端监控信息的实时显示。利用VC++6.0建立MFC ActiveX工程实现显示控件,控件主要对外部程序提供3个接口。void ReSet()接口函数主要负责对占用资源的重置,释放;void ShowStream(byte* StreamBuf, long StreamLen)接口函数用于接收视频数据,第1个参数填写保存视频数据的内存地址,第2个参数填写地址长度,函数中调用H.264解码库,对视频数据进行解码,并保存进内存中;void SetGpsMem(double lon, double lat)接口函数用于接收解析后的GPS经纬度信息。接着在控件内部调用Invalidate()函数触发OnDraw(CDC*pdc,const CRect& rcBounds, const CRect& rcInvalid)显示视频信息和滚动的GPS信息。OnDraw函数中具体代码如下:
BmpInfo->bmiHeader.biWidth = iWidth;
BmpInfo->bmiHeader.biHeight = iHeight;
BmpInfo->bmiHeader.biBitCount = 24; pdc->SetStretchBltMode(STRETCH_DELETESCANS);
StretchDIBits(pdc->m_hDC,0,0,rcBounds.Width(), rcBounds.Height(),0,0,iWidth,iHeight,m_RGBbuf,mpInfo, DIB_RGB_COLORS,SRCCOPY);
CString str1="",str2="";
str1.Format(_T("经度=%15.9lf"),m_longitude);
str2.Format(_T("纬度=%15.9lf"),m_latitude);
pdc->SetTextColor(RGB(255,0,0));
pdc->SetBkMode(TRANSPARENT);
pdc->TextOut(m_nWidth,5,str1);
pdc->TextOut(m_nWidth,25,str2);
m_nWidth += 2;
RECT rect;
GetClientRect(&rect); //获取客户窗口矩形区域
if(m_nWidth>rect.right-rect.left) //文字重头开始
{m_nWidth=0;}
主界面中调用现实空间效果图如图5所示。
4) 双模调度。监控中心接收监控终端通过WCDMA和CDMA2000 EVDO(以下简称W和C)2个模块传输的数据,并进行统计计算,实时分析出2个模块的传输情况,确定个模块合理的传输比例,并将信息和命令反馈给监控终端。监控终端根据收到的监控中心的反馈信息进行发送模块的选择:根据反馈信息、进行视频数据包的序列分队,调整W模块和C模块的传输比例RW/RC进行数据传输。设监控终端传输数据集合为undefined,2个模块传输速率比值为n=RW/RC,根据监控中心反馈信息,调整n值,将M按n∶1的比例进行分队,重新分配队列后W模块发送数据为MW={(D1,D2,…,Dn),(Dn+2,Dn+3,…,D2n+1),…,(D(k-1)(n+1)+1,D(k-1)(n+1)+2,…,D(k-1)(n+1)+n)},C模块发送数据为undefined。算法流程图如图6所示。
4 应用测试
车载双模视频监控系统测试主要通过系统运行时由监控中心网络信息实时显示获得。监控中心配置如下:Windows XP操作系统,CPU AMD AthlonII X2 250 Processor 3.01 GHz,内存2 Gbyte。监控中心实时显示效果如图7所示。
外场测试参数,车速30~40 km/h,传输视频格式为CIF,每次行车时间15 min,行车地域为城市,车载终端视频采集帧数20 f/s,单模为WCDMA,双模为WCDMA+CDMA2000 EVDO,记录数据由监控中心实时显示网络数据获得,性能结果如表1所示。
由表1可以看出,在各方面参数设置相同情况下,基于双模传输的车载视频监控系统,通过调度算法充分利用两种3G网络进行数据传输,相比于单模视频传输有效地提高了视频传输质量。
5 结束语
结合国内3G应用的快速发展和视频监控的广泛应用,本文提出了一种基于3G网络WCDMA和CDMA2000 EVDO的车载式双模传输视频监控系统设计方案,在实践中经过测试分析,相比于传统单模视频监控系统,具有更大的发送速率,对单一网络依赖性小、稳定性高,传输质量好的特点,对安防、勘测、生产调度、抢险救灾等领域具有重要的现实意义,并能创造良好的社会效益和经济效益。
参考文献
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[6]侯俊杰.深入浅出MFC[M].2版.武汉:华中科技大学出版社,2001.
无线视频传输与上位机显示 篇3
随着社会的发展,视频监控技术成了各行各业的迫切需求。视频监控在很多的场合起着不可忽视的作用,尤其是在一些比较危险的生产和作业环境。
传统的视频监控技术大多受距离和地域的限制,这为生产和作业带来了很大的不便。本文介绍了一种轻量级的远程无线视频传输系统。结合现在的无线3G网络,在视频传输效率和距离上会有相当大的提升空间。
1. 系统设计
本系统能够通过远程下位机ARM平台进行视频采集,采用无线网络把视频传输到上位机显示终端,上位机利用CxImage来显示视频。系统可以分为两个功能模块,一是下位机采集与传输模块,二是上位机接收与显示模块。
(1)系统硬件设计
系统平台采用SAMSUNG公司处理器S3C2440,该处理器是内部集成ARM公司的ARM920T处理器核32位微控制器,资源丰富,带独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache, LCD控制器,RAM控制器,NAND闪存控制器,3路UART, 4路DMA, 4路带PWM的Timer,并行I/O口,8路位ADC, TouchScreen接口,II2C接口,IIS接口,2个USB接口控制器,2路SPI,主最高可达203MHz;在处理器丰富资源的基础上进行了相关的配置和扩展,平台配置了一32Mxl6位的FLASH和两16Mxl6位的SDRAM,通过以太网控制器芯片DM9000扩展一个网口,另外引出一个串行接口和一个HOSTUSB接口。通过在USB接口上外接一USB HUB来连接USB口的摄像头和一个无线网卡,将采集到的视频图像数据通过无线网卡发送到上位机上。系统的硬件设计框图如图1所示:
(2)系统软件设计
系统采用USB摄像头采集视频数据,下位机ARM平台上运行LINUX操作系统,为整个下位机软件提供了实时的运行环境。下位机软件通过调用V4L接口函数对视频数据进行采集,采集到的数据再通过网络套接字传输到上位机上。
上位机软件运行在WINDOWS XP系统上,上位机软件通过网络Socket接收下位机传输来的视频数据,视频数据按比特格式进行发送,上位机软件将比特数据打包成帧,再调用CxImage图像库将采集到的帧数据显示成图像,Socket不断接收传输来的视频数据,这样就形成了连续的视频。系统的软件框图如图2所示:
2. 视频采集
视频采集采用的是Linux下的Video4Linux驱动模块。Video4Linux是Linux中关于视频设备的内核驱动,它为针对视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数,这些视频设备包括现今市场上流行的TV卡、视频捕捉卡和USB摄像头等。对于USB口摄像头,其驱动程序中需要提供基本的I/O操作
接口函数open、read、write、close的实现。对中断的处理实现等,并把它们定义在struct file_operations中。这样当应用程序对设备文件进行诸如open、close、read、write等系统调用操作时,Linux内核将通过file_operations结构访问驱动程序提供的函数。例如,当应用程序对设备文件执行读操作时,内核将调用file_operations结构中的read函数。在系统平台上对USB口数码摄像头驱动,首先把USB控制器驱动模块静态编译进内核,使平台中支持USB接口,再在需要使用摄像头采集时,使用insmode动态加载其驱动模块,这样摄像头就可正常工作了,接着进行了下一步对视频流的采集编程。
在USB摄像头被驱动后,只需要再编写一个对视频流采集的应用程序就可以了。根据嵌入式系统开发特征,先在宿主机上编写应用程序,再使用交叉编译器进行编译链接,生成在目标平台的可执行文件。宿主机与目标板通信采用打印终端的方式进行交叉调试,成功后移植到目标平台。本文编写采集程序是在安装Linux操作系统的宿主机PC机上进行的,下面是具体论述。
视频编程的流程如下:
(1)打开视频设备。
(2)读取设备信息。
(3)更改设备当前设置。
(4)进行视频采集,两种方法:
a.内存映射。
b.直接从设备读取。
(5)对采集的视频进行处理。
(6)关闭视频设备。
close (vd->fd) ;
3. 视频传输
视频传输采用的是套接字编程。Linux下网络编程的规范Linux Sockets是Linux下得到广泛应用的、开放的、支持多种协议的网络编程接口。从1991年的1.0版到1995年的2.0.8版,经过不断完善并在Intel、Microsoft、Sun、SGI、Informix、Novell等公司的全力支持下,已成为Linux网络编程的事实上的标准。考虑到视频传输的精确性,本系统采用的是面向有连接的(TCP)的socket编程。ARM处理单元是视频传输的服务器端。
套接字编程的流程:
(1)创建套接字(socket);
(2)将套接字绑定到一个本地的地址和端口上(bind);
(3)将套接字设为监听模式,准备接受客户请求(listen);
(4)等待客户请求到了;当请求到了后,接受连接请求,返回一个新的对应此连接的套接字(accept);
(5)用返回的套接字与客户端进行通信(send/recv);
(6)返回,等待另一客户请求;
(7)关闭套接字;
4. 视频显示
CxImage类库是一个开源的图像操作类库。它提供了快捷地存取、显示、转换各种图像的解决方案。
一个CxImage对象是一个扩展了的位图。作者只是在位图结构上添加了一些起存储信息作用的成员变量。一个CxImage对象(同时)也是一组层。每个层只有在需要时才会分配相应的缓冲区。CxImage::pDib代表着背景图像,CxImage::pAlpha代表着透明层,CxImage::pSelection代表着被选中的层,被用来创建图像处理时让用户感兴趣的区域。在这三个特殊层面的基础上,你可以增加一些额外的层,这些层可以存储在CxImage::pLayers中。一般说来,层是一个完整的CxImage对象。因此,你可以构造很复杂的嵌套层。
5. 结束语
本系统提供了一种远程视频传输的解决方案,整个系统实现起来比较简单,避免了过于复杂的硬件和软件设计。系统在视频传输和显示上都采用了开源的软件编写,这可为系统设计节约很多的开支和缩短开发周期。由于采用了开源的库和API,系统在软件的执行效率上进行了优化,提升了视频的传输效率和稳定性。
参考文献
[1]汪庆年, 孙丽兵, 李桂勇.一种基于ARM的视频监控系统的设计[J].微计算机信息, 2009.
[2]孙鑫, 余安萍.VC++深入详解[M].电子工业出版社, 2006.
无线视频传输系统原理与设计 篇4
与传统的有线网络相比,无线传输环境的信道环境较为恶劣,再加上网络时代的时变性、Qos保障的复杂性等特点,给无线视频传输服务提出了更多挑战,尤其体现了视频图像编码、传输技术、压缩技术等应用特点。
1.1 信道资源有限
虽然视频数据经过了压缩编码处理,但是仍然需要较多的传输频带,例如,电视质量编码、传输容量等。但是鉴于恶劣的无线信道环境,而带宽资源比较匮乏,因此给数据传输带来更高要求。虽然目前蓝牙技术日益发展与完善,但是以蓝牙2.0协议来看,最多只能支持3M左右的传输速率。
1.2 实时性要求较高
以传统的通信数据来看,视频通讯的实时性、完整性要求较高。但是在多媒体应用中,点到点延迟一般在150ms范围内。在这一过程中,除了实现数据和发送端、接收端的压缩和解压缩功能之外,还应包含延迟传输。
1.3 Qos质量保障
与传统的移动通信系统相比,普遍存在误码率高现象。在无线通信的传输过程中,带来Qos质量影响的因素较多,包括用户数量变化、环境变化、天气变化等。为了实现宽带的压缩,应该在发送端,压缩视频信息。同时认识到,压缩之后的数据相比压缩之前的数据,对传输误差更敏感,而极少的误差也可能造成重建视频质量的大幅下降,对Qos产生直接影响。因此,在无线通信系统中,实行视频发展,具有一定难度,这就要求传输系统与视频编解码必须解决高误码比、包丢失等问题,以此确保Qos质量。
2 无线视频传输系统的设计
鉴于视频传输数据的特殊性,无线视频传输系统中,对实时性的要求较高。以下将对视频编码协议中的实时性问题进行具体分析与阐述。在小波编码算法中,存在较多优点,但是算法较为复杂,目前与实时性的要求甚远。基于协议编码计算的基本环节,对提高无线视频传输系统的实时性具有重要意义。
2.1 运动模式的估计
通过对编码的预测,可有效减少时间域的冗余信息。运动模式的估计,是预测编码的关键环节。在参考帧中,寻找与目前帧图像块基本类似的图像块,也就是最佳匹配块。一般估计结果由运动量来体现。研究运动模式的估算方法,主要就是研究相匹配的搜索算法。经分析研究表明,在原始的运动估算法中,编码器消耗了大约70%的编码器执行时间。因此,为了加快编码器的执行速度,必须加快估计算法的研究,可实现全局结果,但是由于运算量比较大,在实际应用中存在一定弊端。通过减少搜索时间与空间的方式,采取快速估计算法,加快搜索过程。在实际应用中,快速搜索的典型算法主要有:二维对数法、三步搜索法、交叉搜索法以及共轭方向搜索法。
2.2 算法结构的并存
在并行的处理结构体系中,一般利于系统处理能力的提高,再加上视频编码的计算方法处理潜力较强。因此,加强对并行运算方法的编码计算研究,可确保编码算法的顺利实现。例如,在两个处理器并存的情况下,可以同时实现图像块运动或DCT变换。这样,就可极大缩小运动估计与DCT的变换环节运算。
2.3 专业DSP设计
在微电子计算发展过程中,DSP的专业芯片也有所进步。目前,基本实现了几十甚至上百BOPS每秒的运算速度,提高DSP应用性能。这给系统的实时处理能力,提供了硬件保障。通过利用高速DSP芯片,在视频编码算法研究中,扮演重要的角色,给很多厂商提供了专用芯片。
3 Qos的质量控制
3.1 网络技术为核心
以网络技术为核心的Qos,主要通过基站、交换机、路由器等提供支持,包括丢包率、数据率、传输延迟等。在传统的互联网应用中,给单一等级尽量提供服务,但是还无法确保Qos质量。根据Qos的质量要求,主要提出了以网络为核心的两种Qos控制策略:集成服务与区分服务。出于集成服务,应该在传输路径中,给每个节点的数据传输预留空间,并做好资源维护工作,因此在实现中存在一定难度,缺乏扩展性。在此基础山,提出了区分的服务模型。区分服务模型,主要在网络的入口处,实现各个数据分类,在数据包中相应标记区分服务,以此提高数据包的路径处理效率。
3.2 终端技术为核心
鉴于终端控制机制,主要包括差错控制与拥塞控制两种形式。拥塞控制的主要目标在于采取某种办法控制网络阻塞问题,降低丢包率与时延问题。一般拥堵控制机制主要包括速率自适应视频编码、速率控制以及速率整形。对于视频流的来说,常见方式为速率控制,基本方法为:通过应用速率反馈体系,利用媒体流的效率,提高层次编码能力,在媒体服务器端,实现媒体的动态调节,提高传输效率,确保客户端在网络应用中,即使带宽发生变化,也不会影响流媒体的收看质量。
通过采取拥堵控制措施,只能尽量降低数据包的丢失,但是在实际网络应用中,不会出现丢失数据包的现象,如果达到时延过大的分组现象,也可能由于没有用而丢弃,进而降低视频质量。若想改善视频质量,必须采取一定的差错控制策略。其中包括:重传延迟约束、前向纠错、隐藏差错、弹性编码的纠错等。一般隐藏差错仅能在接收端完成,而其他控制机制,只需要在接收端与发送端完成即可。
本文对无线视频传输的基本原理进行全面的阐述,提出了无线视频传输系统设计方法及Qos质量控制原理,对无线视频传输系统硬件设计有较大的参考价值。
摘要:随着移动通信业务与技术水平的不断提高, 无线通信应用越来越广泛。除了基本的语音服务之外, 无线网络逐渐拓展到高速数据、多媒体、数据图像业务等领域。在全新移动多媒体环境下, 给无线传输系统的设计提出了全新要求。
关键词:无线视频传输,视频图像,压缩编码,Qos
参考文献
[1]邱锦波, 冯镔, 邓慧萍, 喻莉, 朱光喜.一种针对无线视频传输的帧内宏块更新方法[J].计算机科学, 2011 (6) .
双模无线视频传输 篇5
1 Socket通信流程
Socket是“打开—读/写—关闭”模式的实现, 其通信流程如下:
(1) 服务器根据地址类型 (ipv4, ipv6) 、Socket类型, 协议创建Socket;
(2) 服务器为Socket绑定IP地址和端口号;
(3) 服务器Socket监听端口号请求, 随时准备接收客户端发来的连接, 这时服务器的Socket并没有被打开;
(4) 客户端创建Socket;
(5) 客户端打Socket, 根据服务器IP地址和端口号试图连接服务器Socket;
(6) 服务器Socket接收到客户端Socket请求, 被动打开, 开始接收客户端请求, 直到客户端返回连接信息。这时Socket进入阻塞状态, 所谓阻塞即accept () 方法一直到客户端返回连接信息后才返回, 开始接收下一个客户端谅解请求;
(7) 客户端连接成功, 向服务器发送连接状态信息;
(8) 服务器accept方法返回, 连接成功;
(9) 客户端向Socket写入信息;
(10) 服务器读取信息;
(11) 客户端关闭;
(12) 服务器端关闭。
2 建立Socket通信
Socket主要由客户端和服务端两部分构成, 通过服务端与客户端建立通信后, 由服务端向客户端发送相关的指令。
(1) 在服务端, 首先需要申请一个Socket, 然后把它绑定到一个IP地址和一个端口, 开启监听, 等待客户端发来的接收连接。
(2) 在客户端, 也需应该申请一个Socket, 然后连接到服务器的指定IP和端口。
(3) 服务器端接收到连接请求后, 产生一个新的Socket (端口大于1024) 与客户端建立连接并进行通信, 原监听Socket继续监听。
(4) 需要注意一点的是负责通信的Socket是不能无限创建的, 创建的数量和操作系统是有关系的。
3 基于Socket的无线视频传输
利用Socket和Wi Fi技术进行视频传输, 需将捕获到的每帧图像进行转码, 转成适合Socket传输的byte数组的形式, 然后通过Socket通信, 在客户端接收从服务端传送过来的视频, 并进行实时显示。
(1) 在服务端通过调用Marshal类的成员copy函数, 把Image<Bgr, Byte>类型的图片的尺寸转换到byte数组中, 然后发送通过Socket传输发送byte数组到客户端, 这部分C#指令如下:
(2) 在客户端通过Socket传输接收到来自服务端的数组byte数组, 并通过格式转换, 提取数据, 还原成image Box控件能够显示的Image<Bgr, Byte>类型, 然后就能偶在客户端显示服务端接收到视频了。相关的格式转换代码如下:
(3) 调试成功后, 打开服务端和客户端的运行程序, 然后, 点击服务端的Start Server按键, 开启服务, 在客户端点击点击连接, 使服务端与客户端建立通信, 然后在服务端点击Start Capture后, 服务端会接收到本地摄像头的视频, 客户端接收的画面与服务端一致, 视频传输完成。
摘要:详细介绍了Socket通信流程。通过建立Socket通信, 对视频图像进行转码, 利用WiiF技术传输mjpg格式视频流, 在C#制作的客户端能够有效接收视频画面。
关键词:Socket通信,无线,视频传输
参考文献
[1]高伟, 詹胜.基于Socket接口网络通信的实现[J].唐山师范学院学报, 2008 (05) :19-20.
无线传感器网络视频传输技术 篇6
无线传感器网络是由一组传感器节点来组成, 这些节点配置有专门的传感器, 以无线通信的形式进行组网和交互。在传感器网络的部署工作中, 通常把节点安置在监控区和目标环境中, 再按照需求对温度、湿度、压力等相关的环境数据做采集的工作。
2 技术应用的难点
在技术应用的早期中只能够对简单的数据进行收集分析, 而且被应用的范围也比较小, 直至摄像头和相机等设备应用到传感器的节点后, 无线传感器网络采集信息的范围才得到拓展。能够直观和深刻的理解到目标对象想表述的意思, 这是用户最终的要求, 而无线传感器网络技术呈现出的多媒体内容刚好符合用户的需求, 因此此项技术很快被广泛的用户所接受。技术在引用的过程中会受到工作环境和硬件设备的制约, 在对多媒体内容的处理上仍然会存在一些问题比较难处理。
2.1 业务要求较高
时延、丢包率和网络工作时间等业务在无线传感器网络中都应该得到有效的服务保障。多媒体业务除了要具备以上基本的指标, 还会对声音质量、图像质量和时延抖动率等内容提出相关的服务性要求。由于受到一些客观条件的制约, 无线传感器网络在多媒体业务指标的实现上更加困难。
2.2 节点的功能较弱
节点在无线传感器网络中拥有的数量比较多, 在多数情况中只使用一次, 并且不做回收处理, 由此可见节点的支付成本不高。在成本的有效控制下, 节点的质量无需不高, 因此所具备的工作能力有限, 只需拥有通信和计算的能力。
2.3 能量不充足
技术只需具备一次性的野外环境使用功能, 而传感器的节点在供电上通常采用电池来完成, 由于用电池来供电时比较麻烦, 所以电能的供应较为紧张, 因此不能够做比较复杂的任务处理和计算工作。
2.4 信号传输时冲突比较多
无线信道是无线传感器网络的通信媒介, 所有的节点经常需要在一个无线信道上工作。在某一个区域中如果有事件发生, 所在区域附近的节点都能观测得到, 再通过无线信道来做数据的提交工作, 这样就容易引发通信的冲突事故。此外, 数据报文的转发和报文控制都会给节点增加负担, 致使信道冲突的问题更加严重。
3 视频传输技术
3.1 单层协议视频传输技术
3.1.1 分布式视频编解码
其主要被运用到在应用层上, 基本任务是, 对原始的视频文件在发送端做编码工作, 接收端进行数据的解码, 将原始的视频文件恢复出。视频资料中会有背景相似的连续在一起的图像资料, 或者局部颜色相类似的图片, 这些数据中的相似性正是视频编码器能够用来编解码的内容, 不仅能够将数据量减少, 还能确保图像资料传输的质量, 相对于传统的数据传输技术更为便捷。分布式编码 (图1) 是指, 发送端的数据在进行编码时, 视频帧相互独立工作, 各自完成不同的编码任务, 待经过编码的数据传到接收端以后, 解码器再依据视频帧的相关性做解码的工作。此种办法的编码端计算量比经典编码器的计算量小, 这样就能够满足传感器节点能量不足的限制。Slepian-Wolf和Wyner-Ziv编码是分布式编码的两大类型, SlepianWolf的编码方法是无损压缩类, WynerZiv的编码方法是有损压缩类。
3.1.2 QoS路的应用
QoS路由主要在多层网络中被应用, 为应对多种多样的无线传感器网络的视频业务, 被研究出的QoS路由所具备的功能也不一样。被动式路由协议和主动式路由协议两大类型。被动式路由协议的节点在没有收到通信要求之前对维护网络的信息不需要进行主动的查找和计算工作。主动路由协议则要对网络链路信息做主动的维护, 并且只要节点一有通信的要求就必须进行数据的计算和传输。
3.1.2 多径传输的应用
多径传输也被应用在网络层中, 无线传感器网络中业务的数据量比较大, 仅通过一条路径来传输很容易出错, 因此可以采用多径传输的方式。多径路由传输的运用可以相应的减少传输的任务和能量耗损状况, 将网络的工作寿命延长, 并且还能将网络的服务水平进行提升。
3.2 多层联合优化的视频传输技术
无线通信环境中数据的传输要考虑到各层之间的连续性, 单层进行数据的优化很容易造成信息的冗余和功能目标不一致的情况出现。因此跨层设计的视频传输方法被研究出来。以下是跨层设计所具有的优势。
3.2.1 传输速率的优化
在网络的各层协议中, 流量控制和差错控制由传输层来承担, 如果在网络数据传输任务量较小的情况下, 其可以通过加快数据传输的速率将网络的利用率进行提升;如果网络中的数据传输发生拥堵的现象, 可以通过降低数据传输的速率来缓解网络流量呈现出的问题。
3.2.2 数据的传输更具可靠性
数据量较大的视频文件在多条或一条路径中传输时会因各种各样的因素干扰造成数据的丢失和遗漏。因此把网络层和应用层相结合起来研究后, 就能减少此类现象的发生。采用多描述编码来分割在应用层中的视频文件时, 在面对已经丢失的数据文件仍然能够在接收端恢复出较为清晰的原始文件。但多描述编码的缺点会将数据包的冗余增强, 从而加重数据传输的负担。只适合在网络环境均较差的无线网络中运用。
3.2.3 图像的质量到保障
视频数据的传输遭到丢包就会严重的影响到数据传输的质量, 前文中提到的多描述编码可以解决这个问题, 但在应用的过程中也会将数据传输的负担加重。MPEG-4编码方法也是在网络层和应用层的优化中运用, 可以解决数据传输负担加重的问题, 并且能够将视频业务的传输质量提高。
以下为数据丢包的概率运算方程:
4 两种技术的比较分析
这两种方法在传输视频数据的应用上, 各自存在优缺点, 虽然单层协议的设计和优化都很简单并且具有清晰的逻辑功能划分, 拓展性也很强;但是单层独立的设计优化会造成功能目标不一致的现象, 从而影响到整体的性能。而跨层协议的优化设计在综合对多层性能进行考虑时, 设计的难度就会加大, 没有较好的拓展性。
5 结语
无线传感器网络视频的技术应用是时代的要求, 但技术运用的同时也会存在一定的困扰, 而文中对这些问题进行分析后, 将单层协议和多层协议的视频传输技术做了分析性的探讨, 将其各自的优势和缺点统筹出。发现这两种协议在应用到无线网络传感器的视频业务上将会具有较好的发展趋势。
摘要:对无线传感器网络视频传输技术进行分析研究, 从而找出技术在应用时遇到的难点。把单层协议和多层协议设计优化的视频传输技术进行比较, 分析出两者各自存在的优缺点。
关键词:无线传感,器网络视频,传输技术研究
参考文献
[1]饶文碧, 李颖姝.无线传感器网络中视频质量评估方法[J].计算机与数字工程, 2009, 37 (4) :114-117.
[2]赵衍娟, 张艳, 关博.无线传感器网络中视频传输系统的研究[J].传感器世界, 2010, 21 (8) :26-28.
双模无线视频传输 篇7
关键词:UWB,RJ-45,以太网控制器
近年来, 随着无线通信技术的发展, 越来越多的新兴技术引入到无线通信领域里来, 超宽带 (Ultra Wideband, UWB) 技术视频传输系统, 具有传输速率高、频谱利用率高等特点[1,2], 能够很好地满足家庭等对带宽有较高需求的局域无线应用场合, 因而倍受业界关注。
目前针对UWB无线视频传输系统并没有一个比较通用的设计方案[3], 各种符合产品形态的方案层出不穷, 针对当前现状, 本文提出一种UWB无线视频传输系统的设计实现方案, 通过此方案能够加速技术的转换实现。
1 方案介绍
本文中的方案是一个UWB无线视频传输系统设计实现方案, 通过此方案可以快速设计点对点的UWB无线视频传输系统, 可以作为一个比较通用的设计方案, 进而可以保证设计实现结构也具有比较好的通用性。
系统设计方案如图1所示, 一个UWB无线视频传输系统方案, 包括主机端、UWB设备端、以太网集线器RJ-45, 其中UWB设备端包含以太网控制器、媒体访问控制器MAC、基带处理器BBP和无线发射接收模块RF。
主机端通过RJ-45与UWB设备端连接, MAC完成以太网的MAC帧向UWB的帧格式的转换, MAC通过定义好的接口分别与以太网控制器、BBP进行通信, 设置好主机端的对等网络连接, 即可完成点对点的UWB无线视频传输。
该方案的优点:
1) 通过此UWB无线视频传输系统的设计方案, 可以快速设计实现点对点的UWB无线视频传输。
2) 可以作为一个通用的UWB无线视频传输系统的方案, 例如可以借助基于集成AX88180以太网MAC控制器和M88E1111以太网PHY芯片模块, 结合自行设计的UWB的MAC、BBP和RF模块, 实现一个UWB无线视频传输系统。
2 设计实现
一个利用此设计方案设计实现的UWB无线转输系统示意图如图2所示, 本例采用集成了的AX88180以太网MAC控制器和M88E1111以太网PHY芯片的模块, 结合自行设计的UWB的MAC、BBP和RF模块, 实现了一个UWB无线视频传输系统。
在具体实现中, 主机端通过RJ-45与以太网控制器相连接, UWB MAC, BBP的具体电路实现可在Xilinx Virtex 6的FPGA平台上实现。UWB MAC完成ECMA-368 MAC层功能同时完成以太网的MAC帧向UWB的帧格式的转换, UWB MAC与以太网控制器的接口为已定义好的local bus接口, UWB MAC与BBP的接口为已定义好的UWB MAC与PHY接口, MAC与PHY接口根据ECMA-369协议规范, 定义好MAC与PHY接口信号时序、数据格式。此设计方案的各个模块各自分别设计, 设计完成后将各个模块设计集成在一起, 完成一个UWB无线视频传输系统。
2.1 以太网控制器
以太网控制器采用如图3的开发板实现, AX88180以太网MAC控制器和M88E1111以太网PHY芯片采用RGMII接口相连接, AX88180以太网MAC控制器采用local bus接口与UWB设计相连接。
以太网卡控制器可以提供千兆的传速速率, local bus接口时钟频率可达百兆, 此处接口不是UWB无线视频传输系统速率的瓶颈[4]。
2.2 UWB MAC与PHY接口
UWB设备MAC与PHY之间接口由ECMA-369规范进行了限制, 便于MAC与PHY的各自独立设计实现。该接口包括了8 bit数据接口、控制接口、CCA接口与管理接口[5]:
1) 数据接口用于MAC与PHY的数据传输;
2) 控制接口用于指示MAC关于PHY的收发状态;
3) CCA接口用于指示空闲信道状态;
4) 管理接口用于访问PHY的寄存器。
2.3 工作过程
UWB无线视频传输系统在发送过程中, 主机端 (PC、Modem或其他主机) 通过以太网线连接到UWB设备端并且下发以太网数据, 由UWB设备端的以太网卡解调并接收, 以太网卡配置为不对数据地址做任何匹配, 并且不对数据做任何修改, 将数据保存在自己的缓存中, 然后通知UWB MAC存在新的数据。UWB MAC接收到通知后启动ECMA-368发送数据帧过程, 并将以太网卡中的数据取出, 作为发送数据帧的帧体内容, 将组好的帧发送至UWB BBP。最后UWB BBP协同RF/DAC将数据帧发送到无线信道中。
UWB无线视频传输系统在接收过程中, 首先UWB BBP协同RF/ADC将无线信道中的数据调制解调下来, 之后UWB MAC接收UWB BBP解调得到的数据帧时, 对数据帧进行解析, 并获取数据帧中的帧体部分, 然后将帧体数据发送到以太网卡中, 最后由以太网卡通过网线将数据发送至主机端。
本设计中的UWB系统实际上实现了两个主机设备之间的以太网数据通过无线媒介的透明传输。UWB设备端中的以太网卡没有对收到的以太网帧进行匹配或过滤工作, UWB组帧过程中也并没有修改以太网帧的内容, 因此当两个UWB系统点对点连接时, 两个主机端发送接收的以太网帧与它们通过网线连接时的帧完全一致, 因此实现了以太网数据的透明传输。
3 测试结果
3.1 吞吐率
通过Ix Chariot测试对等网络环境下吞吐率的实验, 实现了TCP层260 Mbit/s左右的吞吐率, 同时能够长时间在高吞吐率下保持稳定的数据传输, 说明了本UWB无线视频传输系统的可行性, 见图4。
3.2 点到点高清视频播放
通过点到点高清视频播放实验, 说明了本方案实现了点对点通信, 同时可以支持多达4路高清视频源的播放, 较好地满足了对高速视频显示的要求, 播放效果如图5所示。
4 结论
本文提出的UWB无线视频传输系统作为一种比较通用的设计方案, 可以加速UWB技术转换, 特别适用于点对点高速传输应用 (如高清视频播放) 的场合, 进而可以为超宽带无线通信技术的标准化和产业化提供有力支撑, 经过测试验证, 该设计方案可行。
参考文献
[1]王一强, 孙罡, 侯祥博.UWB超宽带技术研究及应用[J].通信技术, 2009, 42 (3) :70-75.
[2]周祥为, 冯金振, 郑国莘.UWB无线通信关键技术与应用[J].电视技术, 2007, 31 (9) :51-53.
[3]田晶磊, 肖振宇, 金德鹏.超宽带无线视频监控系统的设计与实现[J].电视技术, 2010, 34 (8) :117-120.
[4]亚信电子AX88180数据手册[EB/OL].[2014-02-25].http://www.asix.com.tw/cs/download.phpsub=briefdetail&PItem ID=88.
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