基于嵌入式Linux系統(tǒng)的視頻傳輸云終端平臺(tái)設(shè)計(jì)

陳 明,申培培

(國網(wǎng)河北省電力有限公司信息通信分公司，河北 石家莊 050000)

1 引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是采集監(jiān)控器前端視頻數(shù)據(jù)、處理視頻數(shù)據(jù)、傳輸視頻數(shù)據(jù)的重要平臺(tái)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響到前端設(shè)備硬件的使用效率與視頻數(shù)據(jù)的處理與傳輸速度[1-3]。為了控制視頻傳輸云平臺(tái)的應(yīng)用成本與客戶端的資訊獲取成本，本次研究設(shè)計(jì)了一套基于嵌入式Linux 系統(tǒng)的視頻傳輸云端平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)較低成本、較高效率的視頻監(jiān)控與數(shù)據(jù)管理。

2 視頻傳輸云端平臺(tái)的系統(tǒng)需求及特性

2.1 系統(tǒng)需求

出于無線視頻監(jiān)控工作的一般需求，本次研究所設(shè)計(jì)的視頻傳輸云端平臺(tái)以手持終端用戶和Web用戶為主要服務(wù)對象，將用戶系統(tǒng)權(quán)限分為管理員用戶和普通用戶兩個(gè)部分，主要提供以下幾項(xiàng)業(yè)務(wù)功能：(1)視頻調(diào)度，即對基于云平臺(tái)的視頻會(huì)話進(jìn)行創(chuàng)建、修改、刪除等操作，并對當(dāng)前的視頻會(huì)話實(shí)施管理與控制；(2)視頻項(xiàng)目的采集與調(diào)閱，其中包括歷史視頻調(diào)閱、實(shí)時(shí)視頻調(diào)閱、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控以及視頻監(jiān)控與調(diào)閱等具體功能；(3)視頻服務(wù)，其中包括針對視頻的轉(zhuǎn)碼和錄制、視頻資源的轉(zhuǎn)發(fā)以及其他的分布式視頻服務(wù)處理服務(wù)；(4)用戶管理，其中包括啟用/禁用用戶服務(wù)、查找歷史視頻會(huì)話、查看用戶信息、維護(hù)用戶權(quán)限等具體服務(wù)。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

本次研究針對視頻傳輸云端平臺(tái)的設(shè)計(jì)遵循適應(yīng)性、流暢性、可管理性三項(xiàng)基本原則。在適應(yīng)性方面，視頻傳輸云端平臺(tái)通過B/S 設(shè)計(jì)架構(gòu)，能夠通過瀏覽器在Windows、linux、Mac OS等不同類型的操作系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行；在流暢性方面，本次研究綜合考慮圖像質(zhì)量和視頻壓縮比兩方面的要求，決定采用MPEG-4 格式的圖像壓縮方案，為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差的用戶提供低碼率視頻輸出，確保用戶能夠得到流暢的視頻通訊體驗(yàn)。

3 視頻傳輸云端平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次研究所設(shè)計(jì)的視頻傳輸云端平臺(tái)采用模塊化的軟硬件設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)包含服務(wù)層、中間層和應(yīng)用層三個(gè)部分，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 視頻傳輸云端平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)

視頻傳輸云端平臺(tái)的應(yīng)用層分為基于Web的客戶端和基于嵌入式Linux的客戶端兩個(gè)部分[4-5]。嵌入式Linux的客戶端采用以ARM XScale架構(gòu)為基礎(chǔ)的MA86E508 AS20 嵌入式微處理器；在顯示端則采用以B/S 架構(gòu)和javascript語言為基礎(chǔ)的流媒體數(shù)據(jù)顯示技術(shù)。

分布式視頻服務(wù)主要用于接收視頻源上傳的視頻，支持視頻編解碼，并提供視頻存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)以及錄制等服務(wù)[6-7]。本次研究所設(shè)計(jì)的視頻傳輸云端平臺(tái)還引入多線程處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高性能、高并發(fā)的視頻數(shù)據(jù)處理；分布式視頻服務(wù)以及相應(yīng)的服務(wù)器部署能夠滿足大規(guī)模、大空間的視頻調(diào)度與視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)需求[8-13]。

Web應(yīng)用服務(wù)則以Apache Tomcat窗口為基礎(chǔ)，支持Web 客戶端與分布式視頻服務(wù)平臺(tái)、手持終端設(shè)備之間的通信，并提供相應(yīng)的HTTP服務(wù)[14-16]。

4 視頻傳輸云端平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸方案設(shè)計(jì)

在平臺(tái)服務(wù)器和客戶端的信息交互體系中，監(jiān)控和調(diào)度消息單元是最關(guān)鍵的部分，既擔(dān)負(fù)路由功能，也擔(dān)負(fù)系統(tǒng)消息的處理和解析任務(wù)。為了方便表述，本文對相關(guān)重要概念進(jìn)行定義：以MesgServer 指代監(jiān)控與調(diào)度消息服務(wù)單元；以WebServer指代基于B/S架構(gòu)的Web應(yīng)用服務(wù)單元；以VideoTerminal指代基于嵌入式Linux的視頻采集終端；以VideoServer指代分布式視頻服務(wù)單元。

系統(tǒng)消息的協(xié)議頭格式如表1所示，長度為12Bytes，字段定義如下：

表1 監(jiān)控與調(diào)度消息協(xié)議頭格式

#define MSGCOMMON

ushrot msgid；//消息ID

uint msgseqnum； //消息的順序號(hào)

uchar msgerror； //錯(cuò)誤信息

uchar msgtype； //消息類型

ushort msgcmd； //控制命令

ushort msgcat； //協(xié)議分類，模式識(shí)別不同服務(wù)單元之間的消息

手性藥物領(lǐng)域在1997年于倫敦舉辦的國際藥物成分大會(huì)上發(fā)生了根本性地改革，對于已經(jīng)開發(fā)上市的消旋體藥物或者非對映異構(gòu)體的混合物而言，可以將其轉(zhuǎn)換為單一的活性對映體進(jìn)行開發(fā)，這種方式被稱之為手性轉(zhuǎn)換（chiral switch）［10‐11］。該政策無疑擴(kuò)大了手性藥物的專利保護(hù)范圍并延長了藥物的專利壽命。值得注意的是，給定藥物的手性轉(zhuǎn)換并不一定意味著外消旋體以前已經(jīng)上市而手性轉(zhuǎn)換的基本標(biāo)準(zhǔn)是藥物手性狀態(tài)的改變。手性轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢包括：（1）通過提高藥效，降低毒性以及更好的選擇性來改善藥物的治療指數(shù)；（2）藥物起效更快；（3）降低藥物‐藥物間的相互作用；（4）降低患者藥物的暴露劑量。

(1)msgcat

系統(tǒng)根據(jù)不同的交互主體設(shè)立三種通信協(xié)議：

◆WebServer 與MesgServer 之間的通信協(xié)議：MSG_CAT_WEB；

◆VideoTerminal與MesgServer之間的通信協(xié)議：MSG_CAT_DEV；

◆VideoServer 與MesgServer 之間的通信協(xié)議：MSG_CAT_VSER；

(2)msgcmd

各種協(xié)議類型所對應(yīng)的具體控制命令。

(3)msgtype

(4)msgerror

負(fù)責(zé)對業(yè)務(wù)處理的錯(cuò)誤加以定義，幫助業(yè)務(wù)系統(tǒng)查清出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因。

(5)msgseqnumt和msgid

負(fù)責(zé)維持消息傳遞的有效性，并借由msgid 對消息傳輸進(jìn)度進(jìn)行查看。

5 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

以分布式視頻服務(wù)器設(shè)計(jì)為例，對于視頻傳輸云終端平臺(tái)來說，視頻服務(wù)器是實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)功能的核心機(jī)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)可性能、可擴(kuò)展的系統(tǒng)服務(wù)，本次研究采用分布式架構(gòu)的視頻服務(wù)器設(shè)計(jì)方案，具體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 分布式視頻服務(wù)器設(shè)計(jì)架構(gòu)

在系統(tǒng)操作界面設(shè)計(jì)方面，本次研究采用的界面設(shè)計(jì)軟件為QCustomPlot，該產(chǎn)品本質(zhì)上是一個(gè)基于Qt C++的圖形庫，在數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，能夠?yàn)閷?shí)時(shí)可視化應(yīng)用程序提供高性能服務(wù)，基于該技術(shù)所建立的Web端視頻調(diào)閱實(shí)時(shí)界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)Web端視頻調(diào)閱實(shí)時(shí)界面

6 結(jié)束語

本次研究詳細(xì)介紹了嵌入式Linux系統(tǒng)的視頻傳輸云終端平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、平臺(tái)系統(tǒng)功能方案以及數(shù)據(jù)傳輸方案。在未來的研究工作中，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)Web 端調(diào)度軟件方面的設(shè)計(jì)，以流媒體的形式提高視頻傳輸效率，實(shí)現(xiàn)碎片化、實(shí)時(shí)性的視頻查看。