视频传输优化

视频传输优化（共8篇）

视频传输优化 篇1

0 引 言

随着2009年1月中国3G牌照的发放,中国的移动互联网发展进入了一个全新的阶段,制约人们选择手机上网的最大两个问题“上网速度太慢”和“上网资费太贵”可以得到缓解。在3G环境下,原本奢侈的手机视频应用自然而然容易被用户所接受。据统计,截至2009年6月底,只有8%的手机网民使用“手机电视”,但有39.2%未来可能使用3G的手机网民愿意使用“手机电视”[1],说明目前存在大量的手机视频的潜在客户将随着3G的普及成为真实客户。手机视频应用具有良好的市场前景。

但是,互联网上的视频大多是面向固定宽带接入的PC机用户。这些视频的码率大都在200kbps以上,甚至在一些专为宽带用户在线观看的视频的码率超过了1Mbps。虽然3G极大增加了手机用户接入互联网的带宽,但3G手机的带宽一方面仍然相对有限,另一方面受环境影响变化大,不稳定,直接观看这些互联网上的视频会导致较差的用户体验。此外,由于手机屏幕分辨率相对PC机屏幕较低,过高分辨率的视频直接传输给手机用户无疑会造成带宽浪费,增加用户的使用成本。因此,研究针对移动互联网的视频传输优化解决方案,既能为网络运营商减轻网络压力,又能减少用户网络费用,还可以提高用户观看视频的流畅度,对3G移动互联网的视频应用推广具有重大意义。

互联网上的视频传输控制的研究,主要集中在服务器端与客户端上,服务器通过客户端传递的反馈信息来判断网络的拥塞程度,从而调整发送速度[2],或者改变码率[3],甚至同时从链路层、传输层和应用层多个层面同时采取优化手段[4],以适应当前的网络状况。总的说来,这些方法需要视频服务器和客户端播放器的同时配合才能达到效果,对运营商的现网环境和普通用户而言,具有较大的操作难度。本文提出了一套服务于运营商的、基于现网结构的移动互联网视频传输优化架构。该架构通过一个四层的负载均衡器接入现网的核心交换机中,将对互联网主流视频网站的视频请求以及相应的响应进行重定向,进入该传输优化架构,实现透明代理。该架构中的视频压缩服务模块可以提供视频流的实时压缩功能,将视频码率降低以减小接入网的负载,也使得用户在移动网络带宽不足的情况下尽可能流畅地观看视频;视频缓存服务模块可以将压缩好后的视频进行保留,用于将来响应针对同一视频的用户请求,既减小了运营商的骨干网负载,也降低了视频压缩服务模块的压力。在模拟环境下的实验结果表明,该视频传输优化架构可以显著减少接入网上和骨干网上的视频流量,而平均用户响应延时的增加在相对可以承受的范围内。

1 系统架构

移动终端接入互联网的方式通常是移动终端首先与附近的基站建立无线通信链路,基站与基站控制设备BSC(Base Station Controller)连接,再通过分组控制功能PCF(Packet Control Function)连接到分组数据服务节点PDSN(Packet Data Serving Node),然后接入核心交换机,穿过防火墙后由接入路由器接入互联网,如图1所示。

现在,我们将一个四层的负载均衡器加在核心交换机上,通过配置该负载均衡器,将对特定端口的用户请求重定向到视频加速服务器中。当前互联网上的视频基本上是通过HTTP协议进行传输,如优酷、土豆等这些知名视频服务网站。所使用的端口除了常规的80端口外,还会有9205等特殊端口。由于80端口的传输还会包含常规的网页浏览,因此视频缓存模块需要对URL进行判断,符合指定规则的URL请求可以进入视频传输优化的处理流程,否则进入常规的网络处理流程。

由于视频压缩的计算复杂度较高,通常需要部署多台视频加速服务器以实现较高的系统并发能力,负载均衡器可以将用户请求轮流重定向到其中的一台加速服务器上。此外,多台加速服务器也可以增强系统整体的鲁棒性,减小单点故障对系统的影响。

2 视频缓存

视频缓存模块可以暂时保留经过压缩后的用户访问较多的视频文件,用户可以直接访问保留在缓存中的视频而不必耗费计算资源和网络资源将视频网站上的视频文件再获取并压缩一遍,有效地减少运营商骨干网上的视频流量和视频压缩模块的压力。

本文在一个主流的开源代理软件Squid[5]基础上搭建视频缓存模块,通过对Squid进行配置并编写特定子模块来实现视频缓存功能。模块架构图如图2所示。

其中,客户端通讯负责接收用户的视频请求,并将从缓存管理器中得到的视频传输给用户;服务器端通讯根据视频请求去获取视频,这里的“服务器”一般情况下是视频压缩模块,但当视频压缩模块出现故障或负载过高无法连接时,为保证不使用户请求中断,需要直连视频网站的服务器;视频网站通常会把同一个视频文件分发到多台服务器上以实现负载均衡和网络优化,因此对同一个视频的请求往往会产生不同的URL,而缓存管理器需要根据URL来判断是否访问同一内容,为避免同一内容的视频因为URL不同而被压缩、缓存多次,我们编写了“URL重写”子模块,针对几大视频网站的视频请求URL的特征,找到其中可以唯一标识视频文件的部分,将同一视频文件的不同URL重写为同一个;缓存管理器根据URL来判断视频是否在缓存中,如果在则返回缓存中的视频,否则通过“服务器端通信”子模块去获取,并更新缓存。

2.1 URL重写

URL重写的流程如图3所示:当用户请求的URL信息传进来时,利用正则表达式分析URL的模式,可以判断出这条URL是否是可以识别的视频请求URL,如果不是则不做修改,否则根据URL的特定模式(优酷网、土豆网的视频请求有各自特定的模式)抽取出表示视频ID的那部分,利用ID在“可用URL库”(是视频ID和URL之间的一一映射集合)中进行查找,如果找到对应的URL,则将找到的URL替换原始的URL,使得缓存可以命中,否则不修改原始URL。

“可用URL库”在系统启动时创建,并在运行过程中不断进行更新维护,如图4所示。缓存管理器中的缓存库存有URL和它对应的内容,在系统启动时可以通过分析URL的模式,选择已知类型的视频请求URL,抽取其中的视频ID,建立起它和URL的一一映射关系,形成初始的“可用URL库”。在系统运行过程中,缓存库的内容可能会被更新,因此需要实时监控缓存库的变化:如果有视频被移出,则相应地删除“可用URL库”中对应的URL;如果有视频加入缓存库,则相应地添加URL。

2.2 缓存管理

本文使用了开源代理软件Squid来搭建视频缓存模块。Squid本身提供了比较丰富的配置方法来实现缓存管理。

首先,最基本的是设置缓存的写入机制、写入地址以及存储上限等,配置如下:

cache_dir aufs /var/cache 200000 16 256

表示采用异步线程写入机制(以减小磁盘阻塞带来的延时),并在/var/cache路径下建立缓存的存储结构,上限是200 000MB,约200GB,缓存的存储结构是两级目录式,第一级的目录数为16个,第二级为256个。

其次是缓存置换策略的配置。Squid的默认置换策略是“最近最少被使用”(LRU),这种策略在一些通用的缓存代理上是适用的,但是视频缓存不仅要考虑命中率的问题,更主要是要考虑“字节命中率”。比如说在缓存中有一段大小为20MB的视频,它的命中率只有1%;另有一段大小为5MB的视频,它的命中率有2%,比前者整整高出一倍。按照通用的以命中率为优化原则的缓存置换策略,会将20MB的视频优先移出缓存。然而该文件一旦被命中,则可以为主干网节约20MB的流量,远多于另外一段视频。将视频大小乘上命中率,可以得到主干网络流量减少的期望值,以此为优化目标(即提高缓存的字节命中率),更符合系统的需求,因此本文中采用的是以字节命中率为优化目标的缓存置换策略:heap LFUDA(Least Frequently Used with Dynamic Aging)。配置方法如下:

cache_replacement_policy heap LFUDA

缓存除了可以存储在磁盘上,还可以存储在内存中以获得更高的响应速度。相应的配置有:

cache_mem 1800 MB

maximum_object_size_in_memory 10 MB

分别表示最多用1800MB的内存来缓存,可以缓存在内存中的文件大小最大为10MB。根据互联网热门视频以短视频为主的特点,10MB足以存储一般的经过本系统压缩的互联网短视频(大约不超过10分钟)。

最后,由于很多互联网用户在观看视频时会在视频文件传输完成前提前结束观看。如果传输已经进行了很大一部分,那么中断传输并中止这段视频进入缓存是很可惜的,很有可能会造成这段视频的重复传输和压缩,浪费网络资源和计算资源。我们可以通过如下配置,减少这种情况带来的损失:

quick_abort_pct 85

表示如果传输已经进行了85%后用户中止了请求,Squid仍然会把这个请求继续并完成传输,以便该资源完整地保存下来并进入缓存库。

3 视频压缩

当前互联网视频服务网站提供的视频码率基本在250kbps以上,清晰度较高一些的视频可以达到500kbps～600kbps以上。虽然3G条件下接入带宽可以达到384kbps以上,但是由于网络条件受环境影响变化很大,如在某些地方基站信号覆盖较差或强度较弱,或者高速运动时,因此要保证移动终端流畅地观看这些高码率视频,必须对视频进行压缩,减小码率以适应接入端的带宽情况。另外,移动终端的屏幕尺寸和分辨率通常比PC终端要小,过高的视频分辨率对小屏幕、低分辨率的移动终端而言,是一种资源的浪费,在视频压缩的过程中,可以适当降低视频分辨率,也有利于视频码率的降低,为用户节约网络流量,并减轻运营商的接入端网络负载。

视频压缩模块的结构如图5所示。当视频请求从视频缓存模块发过来后,经过任务调度(因为视频压缩任务比较消耗计算资源),把请求发给视频服务器,然后可以得到原始的未压缩的视频,原始视频进入视频压缩子模块开始实时压缩,压缩好的视频再回传给视频缓存模块。图中的“客户端通信”子模块是与图2中的“服务器端通信”子模块进行通信,对于视频压缩模块而言,缓存模块是它的客户端;反之亦然。当然,如前文所述,如果视频压缩模块负载过高或者出现故障,视频缓存模块中的“服务器端通信”子模块会与视频服务器直接通信,获取未压缩的视频以保证持续提供网络服务。

视频缓存与视频压缩模块之间采用ICAP(Internet Content Adaption Protocol)协议[6]进行通信。该协议是一个类HTTP的轻量级协议,可以将透明网关对用户访问的Internet内容进行病毒扫描、内容过滤和适配等应用过程进行标准化。在本文中,仅将它用于视频适配过程的规范化。

ICAP的基本架构是Client/Server模式的,客户端位于视频缓存模块,服务器端位于视频压缩模块。我们采用Squid搭建的视频缓存模块,支持ICAP的客户端功能。在ICAP服务器端,我们采用C-ICAP这个开源软件来搭建视频压缩模块的框架。

视频压缩子模块是在这个框架下,基于开源的FFMpeg实现的。从服务器端得到原始视频流后,视频压缩子模块启动FFMpeg转码进程,设置好输入、输出以及转码参数。由于涉及进程间通讯,我们通过命名管道,将原始视频通过一个输入管道传给FFMpeg转码进程,并从一个输出管道将FFMpeg输出的压缩后视频流取出,交给客户端通讯子模块返回给视频缓存模块。

当前互联网视频的主流封装格式为FLV和MP4,视频编码格式基本上是H.264,压缩子模块在启动FFMpeg转码进程前,需要对原始视频的封装格式进行解析,保证压缩后的视频也是采用同种的封装格式,从而保证客户端播放器可以正常播放。

4 实验结果

为了测量本文提出的视频传输优化架构的性能,我们搭建了一个模拟环境进行实验,得到相关的实验结果。

如图6所示,测试终端是一台普通PC机,与视频加速服务器处在一个局域网内,在测试终端上将浏览器代理设置为视频加速服务器的地址,以模拟负载均衡器的作用。测试终端上还装有测试监控程序,该程序一方面模拟用户行为在视频网站上点击打开含有视频的网页,另一方面在后台监控浏览器发出的视频请求时间和接收到的响应时间,计算出时间差Δt。

在视频加速服务器上,也有相应的网络流量监测工具,监测该服务器的网络流入与流出的数据量,分别记为Ti与To。在该模拟环境下,可以认为Ti就是主干网上的数据量,To是接入网上的数据量。

接下来,我们关闭视频加速(缓存+压缩)功能,测得平均的Δt、Ti和To作为基准数据;然后仅关闭视频压缩、但打开缓存功能,测得平均Δt、Ti和To进行比较;再完全打开视频加速功能,测得平均Δt、Ti和To。得到结果如表1所示。

由表1可以看出,视频缓存功能对用户延时基本可以忽略不计,且一旦缓存命中,就可以避免主干网上的重复访问,有效降低主干网网络流量,在我们的模拟实验中测试结果约为40%。视频压缩模块需要对视频内容进行一定的缓存,并且有一定的处理时间,这会明显增大延时,在实验中,延时增加了约2秒左右,对于用户体验有一定的影响,但是我们可以看到接入网的流量极大降低,减少了约55%,这意味着用户的接入带宽要求也相应降低了55%,流量费用同时也大幅降低。因此,相比对用户延时的适当增加,总体说来启动视频加速对用户而言还是利大于弊的。

5 结 语

本文提出了一套服务于运营商的、基于现网结构的移动互联网视频传输优化架构。该架构通过一个四层的负载均衡器接入现网的核心交换机中,将对互联网主流视频网站的视频请求以及相应的响应进行重定向,进入该传输优化架构,实现透明代理。该架构中的视频压缩服务模块可以提供视频流的实时压缩功能,将视频码率降低以减小接入网的负载,也使得用户在移动网络带宽不足的情况下尽可能流畅地观看视频;视频缓存服务模块可以将压缩好后的视频进行保留,用于将来响应针对同一视频的用户请求,既减小了运营商的骨干网负载,也降低了视频压缩服务模块的压力。在模拟环境下的实验结果表明,该视频传输优化架构可以显著减少接入网上和骨干网上的视频流量,而平均用户响应延时的增加在相对可以承受的范围内。

摘要：随着3G移动互联网的快速发展,在手机等移动终端上看视频成为一种日常应用。但互联网上的大部分视频对于移动用户而言,其码率相对较大,而且移动用户的可用带宽受环境影响变化大,不稳定,影响了用户观看视频的体验。提出一种针对移动互联网的视频传输优化解决方案的系统架构,该架构从缓存和压缩两个方面入手,通过缓存缓解运营商的骨干网流量压力,通过视频压缩降低视频码率以满足用户的实际接入带宽。该架构既为运营商节约了带宽、降低了运营成本,同时也保证用户观看视频的连续性,提高用户体验。

关键词：移动互联网,视频传输优化,缓存,视频压缩

参考文献

[1]中国互联网络信息中心.第24次中国互联网络发展状况统计报告[R/OL].http://www.cnnic.cn/uploadfiles/pdf/2009/7/16/125126.pdf.

[2]李红,沈未名.基于模糊逻辑的Internet视频流拥塞控制[J].计算机应用研究,2009(5).

[3]谢建国.基于预取的流视频带宽适应性传输算法[J].计算机研究与发展,2009(2).

[4]张芃,白光伟,靳勇,等.无线实时流媒体传输性能的跨层优化设计[J].计算机应用,2008(8).

[5]Duane Wessels.Squid:The Definitive Guide[M].California:O'ReillyMedia,2004.

[6]Internet Engineering Task Force.Internet Content Adaptation Protocol(ICAP).[S/OL].[2003-04].http://tools.ietf.org/html/rfc3507.

便携式同步视频传输系统 篇2

摘 要：针对便携式同步视频传输系统是一个可以完成18个自由度的机械手，主要由底座、支臂、夹爪和小摄像头组成。采用手动驱动，手臂的运动主要包括连杆链关节的运动和夹爪夹取运动。该机械手用于教学演示。可以直接将视频投放在荧屏中也可以插入电脑录制。该该设备体积小，重量轻，整套设备装于箱内，便于携带、保管，适应性好，具有良好的推广价值。

关键词：便携式；机械手；视频传输；同步；自由度

教师在教室、实验室等教学场所做演示性教学实验时，学生需要围拢在实验现场，由于可视空间较小、学生拥挤，后排学生看不到，使得演示性教学不能达到预期的效果或者无法进行。为了解决我校及其他高校普遍存在的这一问题，特研发了这一作品。便携式同步视频传输系统可将教师做演示区域的音频及图像信号实时高保真的传送到教室配备的多媒体设备上，通过投影仪进行大屏幕显示，使学生都可看到，保证了教学效果，同时也可利用电脑将其储存，供教学交流。

该设备解决了各高校在教室、实验室等教学场所做演示性教学实验时普遍存在的多数学生看不见实验过程问题，同时也适用于各高校教学视频录制、教学演示、实验过程监控以及所有需要局部视频大屏显示的场所[1]。该设备适应性好，成本低廉，安装简单，便于携带、操作方便。极具推广价值。

1 传输系统结构

传输系统由底座、支架、夹爪和摄像头组成。传输系统结构图如1所示。

1.1 支架部分

支架部分由四个杆通过铰链联接而成。其中第一杆尾部与底座相联，可围绕底座360度旋转；第二杆通过铰链与第一杆联接，可相对旋转145度；第三杆通过铰链与第二杆联接，可相对旋转180度；第四杆通过铰链与头部支架联接，可旋转250度，同时头部支架也可以围绕第四节杆的中必360度旋转。整体支架部分具有任意自由度，可使摄像头在300毫米范围移动任何位置和旋转任何角度。

1.2 底座部分

底座部分设计了两种方案可供选择，一种是采用即插式夹子，有5CM的金属超稳夹子，安装方便快捷。另一种是圆底底座，底座内置配重盘，保证系统稳底。底座上配有精致鋅合金插件，支杆可直接插入，插入后非常牢固可靠。

1.3 头部支架部分

头部支架部分选用的是可伸展的麦夹，可两边掰开，会伸展恢复。可夹范围在1.5cm到4.5cm之间。头部支架部分可伸缩。

1.4 摄像头

摄像头采用健康环保材料，旋转镜头可以调焦，USB2.0即插即用免驱动，而且有内置麦克风。视频拍摄1600*1200像素[2]。

2 系统特点

该传输系统体积小，重量轻，整套设备装于箱内，便于携带、保管，适应性好；摄像头支架采用四连杆铰接相联，铰链设计精巧，可使支架实现任意自由度的移动和旋转，操作方便；支架座底设计了两种类型，适应性好[3]。

3 结束语

便携式同步视频传输系统是一个和方便又快捷简单的设备。在现在的教学课堂和其他地点都可以用上，是很适合现代化教学的一个产品。通过一系列的实验测试，该便携式同步视频传输系统使用方便，完全能满足教学要求。

参考文献：

[1]刘颖.同步数字传输技术[M].科学出版社，2012.

[2]张飞碧，项珏.数字音视频及其网络传输技术[M].机械工业出版社，2010.

视频传输优化 篇3

目前,传统的省电机制在TCP/IP的各层均有涉及,目前难以获得进一步的改进。文献[1]中提出了在TD-LTE系统中采用非连续接收( DRX) 机制改善用户终端( UE) 的电池寿命,该机制允许UE在进入空闲模式时处理器关闭接收器使其进入低功耗的睡眠模式,如果长时间处于空闲状态的连接模式下,如访问因特网等数据业务,UE可以节省大量电池消耗[1]。然而在文献[2 - 3]中,发现单纯采用DRX机制,高服务质量( Qo S) 要求和低唤醒延迟的数据业务达不到预期效果。在文献[4]中,描述了目前LTE系统中连接模式DRX机制和空闲模式DRX机制及其对实时业务的省电结果,然而,仍未确定DRX对视频质量的影响。因此,如何在TD - LTE系统中通过优化DRX机制,既保证视频Qo S,同时实现省电最大化仍是TD - LTE系统中未解决的技术难题。

因此,本文着重于设计一种TD-LTE系统基于预测功能的基站( e Node B) 架构和DRX优化机制。通过在基站处增加预测功能块,优化DRX周期,在接受视频流的过程中间歇性地关闭UE接收器,从而达到省电功效。

1基于预测功能的基站架构及DRX跨层优化视频传输机制

为解决TD-LTE系统中视频传输的实时性问题,在原有系统架构和DRX机制基础上提出了一种基于预测功能的基站结构和DRX优化机制。

1. 1 基于预测功能的基站架构

基于预测功能的基站架构不需要修改现有的EPS网络架构[5],且基站中的预测功能块由附加硬件模块实现,不需对协议栈进行大的修改,基站架构下为视频流传输机制示意图如图1 所示,预测功能块根据应用层的视频流量特性,与e Node B的PDCP层、RRC协议层和MAC层进行消息交互。

TD-LTE网络中,视频服务器中视频数据采用JM( 18. 0) 编码器[6]进行编码,编码后的数据包经由EPS核心网络传送至基站,基站对EPS核心网络的IP数据包进行处理后传递到PDCP层,这些IP数据包中包含封装好的RTP/ UDP数据包[7 - 8]。PDCP层捕获到IP数据包送至预测功能块的视频帧重构子块,PDU( 携带DRX消息)和视频帧在视频帧重构子块被跟踪重构,视频帧预测子块对视频帧跟踪数据进行处理,并以此为依据对未来的视频帧进行预测,数据发送时间计划可根据预测的视频帧尺寸进行创建,并给出下行OFDM帧是否被占用的信息,休眠时间估计子块结合传输计划、缓冲区溢位和延迟截止时间进行休眠期估计,实现DRX周期的调整和优化[9 - 10]( 其算法实现过程如图2 所示) ,最终将数据包( 含视频信息、传输计划和DRX周期) 结果传回基站,送至用户设备( UE) 。

1. 2 DRX跨层优化视频传输机制

如上所述,根据视频流的跟踪数据提取视频尺寸,进行未来帧尺寸的预测,可以实现DRX周期的优化,其核心环节未来帧的预测具体处理过程分为建模、参数估计及预测三步骤。

1. 2. 1 建模［11 －12］

对视频跟踪数据进行建模可为预测视频传输流量提供依据。视频帧的尺寸信息根据画面组( Go P) 参数编码后显示出周期性,可以认为是一个时间序列。首先,视频帧尺寸信息作为一个时间序列可以建模为以下p阶自回归模型( AR) 。

式中:φi是第i个AR模型参数;et是零均值白噪声(方差σ2和c为常数)。序列中的AR分量建立了当前值与历史值之间的关系。该序列可以有平均分量,且为了使模型变得平滑,并降低其噪声成分。因此,进一步建模为以下自回归滑动平均模型(ARMA)进行建模,其中后继算子为B。

以上建模仅对具有平稳性质的时间序列有效,一般来讲,视频跟踪的时间序列都不是平稳序列。为了使其数据序列成为平稳序列,则需要对数据进行差分处理,所以差分自回归移动平均模型ARIMA ( P,D,Q) 可以表示为

式中: q为滑动平均项数; d为使之成为平稳序列所做的差分次数( 阶数) ; φp( B) 和 θq( B) 是B的p、q阶特征多项式。φp( B) 和 θq( B) 在| B | < 1 时,没有根,从而确保系统的因果性和可逆性。用固定的Go P参数m编码的视频文件在滞后m帧后,显示出重复码型,呈现周期性,因此可用季节时间序列模型ARIMA模型实现

式中: Φp,Θq和D是季节性AR,MA和差分次数。可以表达为以m为周期的ARIMA ( p,d,q) 的( P,D,Q) 。

1. 2. 2 参数估计［12］

数据序列建模后最关键的是寻找的相应模型参数。赤池信息量准则( AIC) 是用来筛选统计模型的判别标准[13],赤池信息量准则通过比较不同模型的赤池信息量来比较模型的优劣,并且,该准则认为具有较小的赤池信息量的模型为优。其实现过程如下[14 - 15]: 对消除季节性的数据进行单位根检验,确定数据是平稳序列( d = 0)后,根据赤池信息量准则( AIC) 找出AIC值最小的p和q组合( 取值范围: 0,1,…,5) ,P、Q组合( 取值范围: 0,1,2) ,得到AIC值最小的( p,q,P,Q) 组合为( 1,1,1,1) ; 使用开源统计性语言R[16]及其ARIMA( ) 函数对上述结果进行分析和下一步预测。

1. 2. 3 预测

以ARIMA ( p,d,q,P,D,Q) 模型参数为基础,运用1. 2. 2节推导出的ARIMA模型参数( 1,0,1,1,1,1) 来预测未来帧。使用R[16]语言中的predict. arima( stats) 函数预测未来值。

1) 选取样本数据。视频数据采用JM( 18. 0) 编码器对表1 中所列参数进行MPEG - 4 容器格式编码后,选取200 个携带相关参数和季节性值( Go P大小) 的样本数据。

2) 将样本数据输入ARIMA ( ) 和predict. arima( stats)函数,采用最大似然法进行参数估计,预测出未来样本数据( 65 个) ,如图3 所示。

得到预测视频帧尺寸数据后,根据预测数据完成传输计划的创建,并结合基站缓冲区溢位标志和延迟截止时间估计休眠期持续时间,完成DRX周期的调整和优化,最终传送给用户设备( UE) 。

2 仿真和分析

对新型基站架构的性能分析主要包括视频帧跟踪数据的传送和重建。仿真所需的TD-LTE的系统参数配置如表2 所示。

在仿真中,跟踪记录了由于在基站的缓冲和延迟而被丢弃的视频帧序列号,具体接收情况如表3 所示。

根据文献[17]中提到的峰值信噪比( PSNR) 和视频质量的关系,在仿真中使用Eval Vid质量评估工具去测量视频的PSNR[18],在对多个视频文件进行仿真的过程中发现: 对于给定的带宽,视频文件越大,对应的DRX休眠时间越短。表4 中列出了不同视频文件在平均比特率下的跟踪统计数据: DRX关闭持续时间( OD) 和视频质量( PSNR) 。图4 给出了UE给定带宽后采用DRX机制和不采用DRX机制两种情况下视频帧的接收( 丢弃) 数量和PSNR变化趋势。结合图4 和表4 可以得到一定质量保证下的带有休眠机制的视频传输所需的最佳带宽,视频1 可接受的视频传输质量的最佳带宽大于4. 9 Mbit / s,对应的PSNR值大于39 d B[18]。

安全工作区域( 带宽> 4. 9 Mbit /s) 的用户设备( UE)接收到的视频质量仿真结果如图5 所示,采用优化后DRX机制的视频质量指数基本在0. 9 ~ 1 之间波动,可见采用基于预测机制的DRX视频传输在节电的同时并没有过多降低视频质量。

3 结论

视频传输优化 篇4

河南有线电视全新摩托罗拉M3媒体服务器的部署提供了一个视频点播内容的传输网络，使河南有线电视能够为其360多万用户提供一个庞大的视频点播内容库，并通过M3系统内置的网络数字视频录像功能为这些用户提供电视直播的按需接入服务。

摩托罗拉M3媒体服务器使河南有线电视能够将其越来越丰富的电影、电视节目、MV和其他内容库集中起来，并根据对节目受欢迎程度和对服务器及网络情况的精密分析进行传输。这种创新方式降低了河南有线电视的操作复杂性和成本，同时使其能为用户提供先进的服务和选择范围更广的个性化内容。

摩托罗拉公司已在全球部署了超过100万的音视频内容流，为全球用户带来了包括领先的技术，出色的按需服务体验和丰富的本地专业知识等优势。摩托罗拉M3媒体服务器系列为有线电视和IPTV机顶盒、电脑和移动终端之间高质量的媒体传输提供了一个固态平台。使用摩托罗拉M3媒体服务器将便于视频提供商为跨网络、跨终端的用户提供先进的按需视频服务。

基于IP的视频传输技术 篇5

随着多媒体计算机技术和通信技术的发展,以及IP技术的迅速普及,人们对网络的要求不再局限于网页浏览、文件下载、电子邮件的收发以及网络游戏等传统的应用,而更多的是希望通过网络能随时随地、自由地进行可视电话通信,通过网络收看或点播全球任何地方的电视节目。目前,在IP网络下分发视频内容的技术途径已成为广泛的研究热点之一,而如何在IP网络中实现视频的更好更快的传输更是其中研究的重要内容。此技术正是利用了IP完善的协议体系和丰富的应用层开发工具,来完成视频信号的网络传输,从而实现廉价且简单易行的跨地域的网络视频管理系统的建设。

IP技术介绍

利用IP网络传输视频,就是利用IP协议的数据包在交换网络上承载和传输视频,IP协议数据包的内容就是视频内容。在IP网络上传输视频技术从开始产生到得到广泛认可是一个迅速的过程,推动其发展的原因主要有以下几个方面:一是越来越多的用户体会到了使用IP技术的优点;二是由于芯片技术的快速发展,IP网络带宽不断加大,设备处理能力不断提高,使得在IP网络上传输实时视频变得可能;加之针对视频处理的一些优化处理软件,使得海量实时视频数据能够可靠顺利地传送到目的地。另外,在交互式数字电视增值业务VOD的系统中,由于越来越多地使用服务器以及硬盘阵列系统,数据交换基于千兆或者万兆以太网网络,传统的ASI传输由于受到传输能力的限制已经不能满足系统使用的需要,因此,在IP交换网络上传输视频也正好发挥了千兆以太网传输视频的技术优势,使得该技术得到广泛应用。

尽管IP拥有巨大的容量,但该网络不是设计用来处理具有独特特性的视频数据的,在基于IP网络的视频传输中也面临一些挑战如下:

(1)抖动:IP包内的延时变化;

(2)丢包:当网络超载时,可能会出现误码或者丢包;

(3)重排序:IP网络的糊状拓扑使数据包可能沿不同的路由到达,导致包的接收顺序错误。

基于IP的视频传输技术

基于IP技术构建视频传输系统的技术要求

利用IP技术传输视频内容除了上述的一些特点之外,我们还需要掌握在IP网络上建立视频传输系统需要的多种技术支持,以保证能安全可靠的使用IP构建视频传输系统。

带宽要足够大

要在IP网络上实现视频传送,必须要有足够的网络带宽,视频数据才能通过网络传输。

要有好的压缩技术

采用高压缩比的压缩算法,有效降低数据量,达到时间上的同步,才能使视频和音频数据在IP网上传输成为可能。

要有相应的传输协议

IP传输采用UDP协议或者RTP协议,而不是TCPAP协议,这主要是由实时视频的特点决定的,因为TCP/IP协议虽然可靠,但它是面向连接的,即数据包丢失后可以要求重新再传一次。但是视频主要应用于广播系统,重新传送数据是不可能,只能通过其它技术手段,如UDP,它是非面向连接的协议,能保证数据在传输过程中不发生丢失。

服务质量要保证

网络服务质量是网络与用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质量的约定。首先,视频传输系统要求有较高的实时性和可靠性,这就要求视频在网络传输时的时延要满足一定的要求,观众才能获得真实的现场感。其次,在视频传输中,只有达到时间上的同步才能实现唇音同步,才能自然有效地表达关于现场的完整消息。最后,可以允许一定的传输误码,丢包率应控制在人能接受的范围内,让人眼感觉不到,这样才不会影响视频的传输质量。

IP视频通信的网络构成

目前电信级VoIP系统一般由IP电话终端、IP接入网关、网关(Gateway)、关守(Gatekeeper)、网管系统、认证计费系统等几部分组成的。

(1)终端:IP电话终端包括传统的语音电话机、PC机、可视IP电话机,也可以是集语音、数据和图像于一体的多媒体业务终端。

(2)接入网关:即前置交换机,它的作用是与PSTN网、移动网、专网PBX实现互联互通及信令转换、话务收敛、呼叫分配。

(3)网关:由于不同种类的终端产生的数据源结构不同,要在同一个网络上传输,就要由网关或者是通过一个适配器将数据转换,形成统一的IP数据包,成为可以在因特网上传输的IP分组视频信号,然后通过因特网传送到被叫用户端的网关,由被叫端的网关对IP数据包进行解包、解压和解码,还原为能识别的模拟语音信号,再通过PSTN传到被叫方的终端。

(4)关守(Gatekeeper):关守实际上是IP电话网的智能集线器,是整个系统的服务平台,负责系统的管理、配置和维护。关守提供的功能有拨号方案管理、安全性管理、集中账务管理、数据库管理和备份、网络管理等等。

(5)网管系统:网管系统的功能是管理整个IP电话系统,包括故障管理,计费管理,配置管理、性能管理和远程监控等。

(6)认证计费系统:认证计费系统的功能是判别用户是否为有权用户并对其呼叫进行费用计算,并提供相应的单据和统计报表。

IP视频系统的建设目标

多媒体化

同步、实时传送需要的视频图像及声音信号;实时采集前端各种传感器的告警信息,出现告警时,及时给出提示;可根据需要,在前端、监控中心及客户端分别或同时存储。

网络化

通过LAN或WAN进行多媒体信息的传输;监控现场的视频与音频信号汇集到总监控室集中管理,而用户可以在任何地点通过Internet,随时看到监控现场的实时图像、遥控监控设备、调看录像文件。

集成化

已建或待建监控系统可合理集成,避免不必要的资源浪费。

扩展化

系统具有简单、灵活的特点以及扩容和智能化升级功能,方便监控点的不断扩展。

安全性

监控信号在进行网络传输时,具有加密功能,能保证监控信号的准确性。

几种基于IP技术的视频传输模式

模式一:客户端直接访问前端视频服务器,前端每个视频服务器均配有一个公网固定IP地址。此种模式简单稳定,但需为公网固定IP地址支付一定费用。适合于监控点数有限、跨度大、监看人员不多,且对系统稳定性要求较高的用户。

模式二:客户端直接访问前端视频服务器,前端视频服务器通过拨号方式接入网络。由于每次拨号后,前端视频服务器的IP地址都会发生变化,即其地址是动态的,解决前端动态IP地址问题。

模式三:客户端——多媒体管理服务器模式。此种模式工作方式是,前端视频服务器首先将视音频等信息发送给网络上的多媒体管理服务器(具有公网固定IP地址),由多媒体管理服务器完成DDNS及视音频等多媒体信息的转发(Relay)工作。该模式依托于安卫士TM网络多媒体管理平台,适合构建大规模或超大规模的网络视频应用系统。

结束语

随着网络、多媒体、通信技术的迅速发展和性能的不断提升,以及IP视频通信技术费用的低廉化和视频传输技术的不断进展,基于IP技术而构建视频传输系统,将会实现广泛的发展和不断的完善,而且它将与现有的电信语音网络综合,形成综合的语音、数据和视频网络,为政府机关、商业集团、科研院所、医疗机构及普通个人等进行异地交流提供方便条件,成为工作、学习、生活中不可或缺的工具。

无线视频传输与上位机显示 篇6

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.

3D视频传输同步管理的研究 篇7

随着Internet和多媒体技术的飞速发展, 特别是, 近年来宽带技术的迅速发展, 终端处理能力的大幅度提高, 及视频编码技术的快速发展, 使得原本在Internet传输高质量的视频的诸多限制因素如低带宽、高时延和高复杂计算等缺陷因素正在逐步消除。高质量的传输服务的得到广泛应用。人们已远远不满足从传统的二维播放型视频业务中被动地获取信息。追求实时性、空间感、真实感的图像和视频可以更直观、更生动地反映客观世界的事物和场景。

2 系统框架结构

基于RTP[1]的3D视频传输系统主要包括流媒体服务器端和客户机端两部分, 如图1所示。

2.1 流媒体服务器端简介

流媒体服务器端包括视频采集、视频编码、视频数据存储及视频数据传输等功能模块。

视频采集功能实现摄像采集数据实时画面捕捉。

视频编码完成视频采集数据压缩编码, 视频数据压缩编码采用是基于H.264视点内运动补偿预测及视点间视差补偿编码。

视频数据存储完成编码数据存储功能。

视频数据传输模块包括不对称前向纠错 (FEC) [2]模块、拥塞控制模块、及数据打包发送模块。不对称前向纠错 (FEC) 模块实现对重点保护数据的纠错保护功能。拥塞控制模块根据当前网络拥塞情况调整媒体数据的发送速率, 确保当网络发生拥塞时预警, 当发生严重拥塞时缓解网络拥塞措施。数据打包发送模块实现媒体数据的发送。

2.2 客户端简介

客户端包括视频数据接收、缓存管理、视频解码及视频合成再现等功能模块。

数据接收模块完成流媒体服务器发送数据的接收。缓存管理模块完成数据接收模块的数据缓存。视频解码模块完成接收数据的解码。视频合成再现模块完成媒体数据的合成及显示。客户机端的交互控制模块以及服务器端的交互响应模块分别与客户机、服务器的各个模块相连, 它们之间则通过一条独立的网络链路通信。

3 同步管理

RTCP要求发送方给每个传送一个唯一的标识数据源的规范名, 尽管由一个数据源发出的不同的流具有不同的同步源标识 (SS-RC) , 但具有相同的规范名, 这样接收方就知道哪些流是有关联的。而发送方报告报文所包含的信息可被接收方用于协调两个流中的时间戳值。发送方报告中含有一个以网络时间协议NTP (Network Time Protocol) 格式表示的绝对时间值, 接着RTCP报告中给出一个RTP时间戳值, 产生该值的时钟就是产生RTP分组中的Time Stamp字段的那个时钟。由于发送方发出的所有流和发送方报告都使用同一个绝对时钟, 接收方比较来自同一数据源的两个流或多个流的绝对时间, 从而将一个流中的时间戳值映射为其它流中的时间戳值。同一个终端发送多个流媒体时, 其绝对时间 (NTP时间戳) 是同一个时间基准点的, 也就是说同一时刻, 其不同流媒体的SR报告中的NTP时间应该相同, 而根据NTP时间基准, 可以得出其RTP时间相关性, 根据NTP时间戳保证视频之间的同步。

设PLi、PRi分别是左视点、右视点视频序队列中的第帧;NTPLi、NTPRi是两队列中第帧的时间戳;NLi、NRi为丢失帧的位置;n为队列长度。首先进行第一帧匹配, 比较NRPLl和NTPRl的大小。如果相等, 则两路视频的第一帧已经匹配;如果VTPLl>NTPRl, 则说明左视点视频序列中可能存在丢帧。为了同步, 需要在右视点视频帧中去掉相应的帧, 将NTPLl在{NTPRi}查找与之最接近的NTPRi。假设为第t帧, 则将第t帧放在队列之首, 并且将t之前的帧抛弃, 同时判断t之前的帧是否丢失。如果没有, 则与NTPRt匹配的就是NTPLl或NTPL2;否则在NTPLi中与NTPRt最匹配的可能不是NTPLl或者NT-PL2, 需要用同样的方法在{NTPLi}中搜索与NTPRt最匹配的NTPLi。之后继续判断寻找, 直到在两队列中找到排在最前的且时间戳最匹配的帧, 分别把它们放在第一帧的位置上。查找算法如2图。

结束语

本文阐述了立体视频系统结构, 介绍流媒体服务器端功能模块组成, 客户播放端功能模块组成。发送数据、接收数据的缓冲管理等功能分析设计和实现, 设计和实现了立体视频的同步功能。经过测试, 其运行稳定、画面清晰, 能够给观察者逼真的立体感知。

参考文献

[1]RTP:A Transport Protocol for Real-Time Application[S].RFC-1889, 1996-01[1]RTP:A Transport Protocol for Real-Time Application[S].RFC-1889, 1996-01

基于网线传输的视频交换机 篇8

随着现代电子技术的发展, 视频技术越来越广泛的应用到社会生活中。各种各样的视频信号需要处理和关注, 比如在居住小区、各大商场的安保视频, 现代家居中的卫星电视、DVD、数字机顶盒等视频。如何在众多的视频信号中进行合理的处理和分配, 成为必需要面对的问题。

本文以一个具有多输入视频的家庭为例, 采用视频交换机的结构, 视频交换机与各个输出之间使用一根5类非屏蔽双绞线进行连接, 成本低廉。

二、视频交换机的整体结构

视频交换机的整体结构如图1所示。

主控CPU:协调控制视频矩阵、音频矩阵和遥控矩阵的正常工作;判断识别输出端反馈的切换, 进行正确的切换操作。采用性价比高的51系列单片机实现。

视频切换矩阵:实现视频源和各输出点的视频切换, 并可以改变信号的幅度, 具体切换由主控CPU控制。为了简化电路结构、节约产品的成本, 采用Fairchild公司的FMS6501视频矩阵来进行电路的设计。

音频切换矩阵:实现音频源和各输出点的音频切换, 具体切换由主控CPU控制。在此采用Intersil公司的CD22M3494音频矩阵来进行电路的设计。

遥控信号切换矩阵:为了实现在各个输出节点上可以实现对自己选择的设备进行准确的遥控, 在电路上还必需设计一个遥控信号却换电路。在此可以使用模拟开关或者矩阵来实现, 但为了节约成本, 简化电路结构, 在此使用廉价的6时钟的单片机来实现。使用单片机来作为遥控信号的切换, 可以大大提高电路的灵活性。

视频输出驱动:由于视频交换机的主机和各个输出点之间的距离较长 (最远达到100米) , 为了减小信号的衰减, 需要在主机端将信号先进行差分, 然后再在远端输出端, 进行差分接收处理。在主机端, 使用Intersil公司的EL5171差分芯片进行电路设计。

电源部分:主机使用外接12V稳压电源供电。在主机内部需要使用+5V、-5V和+3.3V的直流电源, 为了提高电路的可靠性, 减小电路体积和整机功耗使用, 使用小型PWM开关电源芯片进行。

三、视频交换机硬件电路

1、主控CPU

采用飞利浦的高性能51单片机P89V51RD2作为交换机系统的控制主机, 提高了主机的运算速度和可靠性。P89V51RD2内部具有64K字节的Flash ROM程序存储器和1K字节的数据存储器, 可以满足复杂程序的设计。在该应用中, 单片机的I/O端口分配是:P2端口和P1端口的低4位作为系统的当前学习按键状态指示;P3.6和P3.7最为系统的I2C接口, 连接外部的存储器件AT24C02和视频切换矩阵器件FMS6501;P3.4、P3.5和P0端口连接声音切换矩阵;主机和各个输出模块之间采用串口进行信号的联络。主控CPU在系统中主要完成以下几点任务:

1) 当刚开机时, 主机读出存储器件AT24C02中存放的各通道的选择信息, 将各输出通道的视频和音频切换到相应的输入通道上, 完成系统的初始化。

2) 初始化完成后, 主机开始利用UART和各输出端口进行定时通信, 实时检测各模块的状态。如果各输出端口检测到有切换要求, 各输出模块通过UART向主机发出切换要求, 主机通过控制视频矩阵和音频矩阵进行切换。

2、视频矩阵和音频矩阵

在该应用中, 分别使用FMS6501和CD22M3494作为交换机的视频和音频切换。使用IN1-IN4作为信号源的视频输入, 视频信号切换后通过OUT1-OUT6输出到各输出端上;使用M_IN1-M_IN4作为信号源的音频输入, 视频信号切换后通过M_OUT1-M_OUT6输出到各输出端上。

视频矩阵FMS6501具有12个输入通道, 9个输出通道, 每个输出通道可以选择输出的信号强度, 分别有6dB、7dB、8dB和9dB四个级别。主机和FMS6501之间使用I2C接口协议进行通信。在FMS6501内部, 每一个输出通道对应一个8位的控制寄存器 (表1) 。其中EN为使能信号, 表示该通道输出允许;GAIN1和GAIN0表示输出的信号强度选择, 1、1表示输出9dB, 1、0表示输出8dB, 0、1表示输出7dB, 0、0表示输出6dB;IN0~IN4用于选择该输出通道对应的输入通道号。在对视频的切换过程中, 主机通过控制该寄存器实现切换控制。

音频矩阵CD22M3494具有16个输入通道, 8个输出通道。主机和CD22M3494之间通过单片机的并口P0口以及P3.4、P3.5进行连接。在音频的切换控制中, 通过控制CD22M3494的编码寄存器进行控制 (表2) 。DATA为1, 表示连接一个输入和输出通道, DATA为0, 表示断开一个输入和输出通道;AX3、AX2、AX1、AX0表示输出通道号的编码 (通道0~通道15) ;AY2、AY1、AY0表示输入通道号的编码 (通道0~通道7) 。

3、视频输出驱动

为了避免视频信号在双绞线的传输中信号强度的衰减, 使用具有250M信号带宽的差分驱动芯片EL5171进行信号的差分驱动, 在远端使用相应的差分接收器件进行信号的还原。在电路上, 可以通过电阻 (R58、R102和R100) 的调节, 改变输出信号的幅度。

四、视频交换机的软件设计

在该视频交换机的系统中, 使用KEIL C进行主机程序的开发。在这个软件设计中主要包含以下几个部分的内容:

1、系统的初始化。

首先进行P89V51RD2中I/O端口、定时器、外中断、UART串口等初始化。其中定时器T0作为产生内部50毫秒定时的时间基准信号, T1作为串口的波特率发生器, 串口设定为9600bps波特率的数据传输速率。其次进行I2C总线的初始化, 从AT24C02中读出上次关机时保留在其中的通道切换数据, 进行各输出通道的初始状态选择设定。

2、主机进入正常的监控状态。

当各输出通道没有向主机发送状态变化信息时, 主机维持视频和音频矩阵的交换状态, 当下位机有状态变化时, 利用UART串口向主机发送需要改变的状态。主机和各通道之间的联络需要设定固定的通信协议, 保证系统的正常工作。

五、结论

该交换机可以广泛应用于工程实际, 它可以很好的管理各种视频和音频信号源, 为工程应用提供了一种很好的选择。在电路的设计中, 选择功能强大的交换矩阵芯片FMS6501和CD22M3494, 简化了电路设计, 提高了系统的可靠性, 降低了系统的综合成本, 为实现广泛应用提供了条件。在音视频交换机的PCB设计中, 为了防止各输入通道、输出通道之间的串扰, 需要很好的考虑相互之间的干扰问题和电源的退耦, 提高该交换机的信号输出品质, 减小信号的衰减。

参考文献

[1]马忠梅、张凯、马岩、籍顺心《单片机的C语言应用程序设计》北京航空航天大学出版社.