嵌入式視頻編碼服務器軟件系統(tǒng)應用設計研究

摘要：針對傳統(tǒng)視頻監(jiān)控領域中布線和線路維護費用成本高等缺點。該文以整個視頻編碼服務器(ES)系統(tǒng)的軟、硬件為主要研究對象，采用ARM9(S3C2440A)與TMS32ODM642進行整個系統(tǒng)的設計，給出了硬件設計框圖，該文著重對視頻編碼服務器(ES)軟件的體系結構進行了設計，構建了整個系統(tǒng)的分析模型和實體框架，對各個模塊之間的功能定義以及模塊之間的關系進行研究。該系統(tǒng)的設計經過了初步的調試，基本達到了初步設計的要求。

關鍵詞：S3C2440A；ES；TMS320DM642；實體

中圖分類號：TP277文獻標識碼：B文章編號：1009-3044(2009)04-0966-02

Embedded Video Encoding Server Application Design and Research

WANG Chang-qing， XU Guang-ming， TU Bing

(Department of Electronics and Computer Science， Guilin University of Technology， Guilin 541004， China)

Abstract: The cost of cabling and wiring maintenance is high in traditional video surveillance. Aim at reducing the cost，this paper research on the hardware and software of the ES system. Based on software and hardware as the main study， the ES system use the ARM9(S3C2440A) and TMS320DM642 for the whole system design， it also give out the design diagram of the hardware. This paper focus on the software architecture of ES for design ， build up analysis model and entity framework of the whole system and also give a research on functional definition and relation of every module. The design of system have finished initial debugging and the result reached preliminary design.

Key words: S3C2440A; ES; TMS32ODM642; Entity

1 引言

隨著通信、網絡、微電子技術、視頻壓縮算法的迅速發(fā)展，視頻信號以其直觀、方便和信息內容豐富的特點而被廣泛的應用。視頻監(jiān)控廣泛應用于學校、醫(yī)院、城市道路、交通管理、地鐵、郵電、機場、海關、監(jiān)獄、商業(yè)場所、智能小區(qū)等。視頻監(jiān)控中最核心的部件就是視頻編碼服務器（ES）的設計；它的好壞直接關系到視頻信號的質量；它能把現場的圖像和聲音記錄下來并對視頻信號進行基于H.264算法的壓縮，將信號實時的傳送到控制中心，可使相關管理人員對各個現場情況了如指掌，對出現的各種情況進行實時的處理，而且還可以在需要的時候回放相關的歷史資料，通過IP網絡還可以在個人PC或者手機用戶上實時的查看相關的視頻圖像等。

2 視頻編碼服務器系統(tǒng)定位

ES現在廣泛的應用于視頻監(jiān)控信號的采集終端，做為IP視頻采集終端，將傳統(tǒng)的模擬視頻信號轉換為數字信號，經H.264算法壓縮后通過無線或有線IP網絡傳輸到監(jiān)控中心的媒體服務器(3SS)上。在監(jiān)控中心對選定這段的圖像進行實時監(jiān)控；3GSS對各路監(jiān)控終端的圖像進行分類存放和轉發(fā)，供客戶進行檢索或實時查看。它的整個系統(tǒng)架構如圖1所示。

軟件編碼服務器是基于IP的流媒體系統(tǒng)的前端視頻、音頻采集編碼設備；視頻呢編碼服務器(ES)通過網絡連接到流媒體服務器(SS)，將編碼內容推入SS的某一端口，然后用手機播放器或PC播放器觀看編碼內容，它的簡單系統(tǒng)框圖如圖2所示。

3 視頻編碼服務器硬件設計

本文運用ARM9(S3C2440A)和DM642進行ES的設計，S3C2440A是三星公司的ARM9處理器芯片之一，它的主頻為400MHz，最高頻率能達到533MHz；片上可用資源非常豐富，產品的兼容性也非常高，本文的系統(tǒng)設計主要分為主控制器模塊（ARM9）模塊，視頻音頻采集編解碼（DM642）模塊、無線通訊模塊這三大模塊組成。在主控模塊上采用開源的LINUX遠程設備管理、媒體處理器（DM642）的管理和媒體處理算法的管理。在視頻音頻采集編解碼模塊中，DM642采用TI的DSP/BIOS專用嵌入式操作系統(tǒng)，負責視頻音頻信號的采集、前處理和編碼算法。ARM9芯片S3C2440A作為主控方通過DM642提供的HPI接口訪問DM642的內外部地址空間和寄存器，并實現以太網和串口通信。ES的總體設計框圖如圖3所示。

4 視頻編碼服務器軟件組成

視頻編碼服務器(ES)軟件體系架構的設計主要由3部分組成：Media Engine(ME)、Media Filter和Media Flow三部分組成。這三者的之間的關系設計如下圖所示；其中Media Filter主要完成某一功能的節(jié)點，每一個節(jié)點都是一個線程，在ME中有三種類型的Filter：分別是source（圖4中的MediaSource）、transform（圖4中的Media(Encoder_Decoder_Process)）和render（圖4中的MediaSink）。其中Source Filter獲取原始數據后轉給相關聯(lián)的下一節(jié)點，沒有前續(xù)節(jié)點；Transform Filter對上一節(jié)點的數據進行某種轉換后轉給相關聯(lián)的下一節(jié)點；Render Filter決定數據的最終歸宿，寫入文件或者通過網絡發(fā)送出去等等，沒有后續(xù)節(jié)點。Media Flow把開始的Source Filter以及一系列（≥0）的Transform Filter和最后的Render Filter連接起來的Filters鏈表的稱呼。

5 視頻編碼服務器的流程

創(chuàng)建需要的Filters并設置相應的參數進行初始化；Filter之間通過AddSink接口連接起來；啟動各Filter，線程函數為Entry()。Media Flow中各Filter的連接和工作流程如圖5所示。其中源Filter（圖5左邊列）主要根據配置文件中的采集參數，通過ReadFrame()采集到相應的原始數據，負責對音頻和視頻源的采集，生成原始的音視頻數據，然后通過ForwardFrame()傳送到處理Filter；處理Filter（圖5中間列）對原始的音視頻數據進行前后處理算法以及編碼壓縮等操作，生成處理過的音視頻數據，從WaitForFrame()獲取源Filter傳過來的原始數據，通過TransformFrame()對原始數據進行前后算法和編碼壓縮，然后通過ForwardFrame()傳送到渲染Filter；渲染Filter（圖5右邊列）把處理過的音視頻數據傳送到流媒體服務器上(SS)，從WaitForFrame()獲取處理Filter傳過來的編碼壓縮數據，然后通過RenderFrame()把數據發(fā)送給SS。

6 總結

本文提出了運用ARM9(S3C2440A)與DM642雙核進行了視頻編碼服務器的設計，能對視頻信號進行實時的處理；整個ES的設計主要將視頻信號進行二方面的處理：一是將攝像投采集到的圖像在DSP內經H.264壓縮后，通過HPI口，主機ARM進行數據的讀取，并可經USB接口把數據存儲到USB存儲設備上。二可將壓縮后的碼流通過ARM擴張的有線與無線兩種方式把數據傳送出去，在PC終端或者手機終端用戶通過相應的視頻解碼程序對傳送過來的數據進行解碼，能實時的觀看相應的視頻信號。本文對整個視頻編碼服務器的軟件結構進行了分析研究與設計，并給出了相應的分析模型和實體框圖。本系統(tǒng)的設計經過了初步的調試，基本上達到了初步的要求，目前正在進行進一步的調試。

參考文獻：

[1] 牛金行. 基于ARM和DSP硬件平臺的實時圖像處理系統(tǒng)[D].北京:北京郵電大學，2007.

[2] 吳旖旎，吳建平. DSP的HPI與PC機并口通信接口設計[J].中國測試技術，2007(5):94-96.

[3] Texas Instrument Inc. TMS320DM642 Data Sheet[M].Dallas，Texas，U.S.A.，Texas Instrument Inc.2005.

[4] 何泉，熊煒.基于DM642的視頻壓縮板卡的設計與實現[J].計算機測量與控制，2006，14(2):250-252.

[5] S3C2440A 32-BIT RISC MICROPROCESSOR USER'S MANUAL Revision 1.0，2004.

[6] Texas Instrument Inc. TMS320C6000 DSP External Memory Interface(EMIF)Reference Guide[M].Dallas，Texas，U.S.A.，Texas Instrument Inc.，2005.

[7] 梁立偉，蔣建國，齊美彬. 一種基于DSP的嵌入式多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現[J].系統(tǒng)仿真學報，2004(12):2828-2830.

[8] 張杰.基于DSP的視頻采集系統(tǒng)設計[J].微計算機信息，2005，9(2):87-88.

王長清（1981-），男，河南信陽人，碩士，研究方向：計算機應用，嵌入式系統(tǒng)，數字圖像處理。