目前，視音頻技術(shù)在各項(xiàng)工作和生活領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，還為人們提供了高效的傳輸平臺(tái)以及接入和處理手段。多媒體監(jiān)控系統(tǒng)以其能夠?qū)崟r(shí)、形象、真實(shí)地反映被監(jiān)控對(duì)象的特性而逐漸成為現(xiàn)代化管理、檢測(cè)、控制的重要技術(shù)手段之一。而網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)的一個(gè)主要熱點(diǎn)就是嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在基于嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究中，國外起步較早，并處于領(lǐng)先水平，已經(jīng)有成熟的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)產(chǎn)品，采用MPEG或者小波壓縮方法，其性能普遍比較好，但價(jià)格昂貴。國內(nèi)在這方面的研究還處于剛剛起步的階段，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)，芯片成本的不斷下降，從事研究的單位也就越來越多。本系統(tǒng)利用美國ADI公司2004年4月最新推出的ADSP-BF532 DSPCPU芯片實(shí)現(xiàn)嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，將其用于構(gòu)建高可靠性的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。ADSP-BF532摒除了基于傳統(tǒng)架構(gòu)的傳統(tǒng)DSP和RISC控制器不能滿足視頻應(yīng)用的廣泛性、靈活性以及標(biāo)準(zhǔn)的多樣性的缺陷，利用ADI公司采用的全新的MSA架構(gòu)技術(shù)，充分滿足了實(shí)時(shí)多媒體數(shù)字信號(hào)處理的要求。本文研究的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的設(shè)計(jì)方案，與傳統(tǒng)的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有體積小、成本低、穩(wěn)定性高和實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)，有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
1 嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的原理
　　嵌入式視頻服務(wù)器是一種提供網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸和共享的嵌入式設(shè)備。它采用嵌入式一體化結(jié)構(gòu)，以面向?qū)崟r(shí)處理的軟件平臺(tái)，集成了多通道視頻、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N功能，將視頻和音頻信號(hào)進(jìn)行采集、壓縮、復(fù)合后轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)IP包，采用合適的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)了視頻和音頻壓縮數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸，使得用戶無論身在何處都能通過網(wǎng)絡(luò)獲得指定現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像和聲音信息。此外，通過視頻服務(wù)器內(nèi)置的一個(gè)嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻服務(wù)器的遠(yuǎn)程配置和其他附屬設(shè)備的遠(yuǎn)程控制與狀態(tài)獲取。
　　由于把視頻壓縮和網(wǎng)絡(luò)功能集中到一個(gè)體積很小的設(shè)備內(nèi)，可以直接連入局域網(wǎng)，達(dá)到即插即看，省掉多種復(fù)雜的電纜，安裝方便(僅需設(shè)置一個(gè)IP地址)。用戶也無需安裝任何硬件設(shè)備，僅用瀏覽器即可觀看，也可以在上端主機(jī)編制控制程序，通過人機(jī)界面進(jìn)行瀏覽。
2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
　　基于ADSP-BF532的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的主要硬件功能模塊為：視頻輸入模塊、核心的ADSP-BF532 CPU、視頻輸出模塊、外部存儲(chǔ)模塊、仿真調(diào)試接口(JTAG)模塊以及電源模塊。

　　圖1為該系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖，具體設(shè)計(jì)如下：系統(tǒng)前端視頻采集由ADV7183實(shí)現(xiàn)，視頻數(shù)據(jù)" title="視頻數(shù)據(jù)">視頻數(shù)據(jù)采集格式為YUV422Planar，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過ADSP-BF532的PPI接口直接存儲(chǔ)在SDRAM里，ADV7183在自己的時(shí)鐘控制下通過PPI接口自動(dòng)向SDRAM單元送數(shù)據(jù)，當(dāng)采集完一場(chǎng)數(shù)據(jù)時(shí)DMA產(chǎn)生中斷，在DMA的中斷服務(wù)程序里根據(jù)實(shí)際設(shè)定情況完成視頻處理；音頻采集由AD1836以及外圍相應(yīng)的電路來實(shí)現(xiàn)，音頻采集格式為單聲道，8000Samples/s，每個(gè)采樣用16Bits量化，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過ADSP-BF532的PPI接口直接存儲(chǔ)在SDRAM里，當(dāng)設(shè)定存放音頻采集數(shù)據(jù)的緩存器滿時(shí)DMA產(chǎn)生中斷，在DMA的中斷服務(wù)程序里根據(jù)實(shí)際設(shè)定情況處理音頻數(shù)據(jù)； ADSP-BF532一方面把采集來的視頻音頻數(shù)據(jù)經(jīng)SPI接口送入MPC860進(jìn)行處理，通過MPC860的MII接口與物理網(wǎng)絡(luò)相連接，然后送到PC機(jī)上供實(shí)時(shí)監(jiān)看和監(jiān)聽；一方面實(shí)時(shí)處理采集的音視頻數(shù)據(jù)，壓縮編碼完成后的數(shù)據(jù)送到PC機(jī)，并存入硬盤。系統(tǒng)配置JTAG接口，運(yùn)用于調(diào)試階段。本文主要研究嵌入式視頻服務(wù)器中的視頻數(shù)據(jù)的處理，對(duì)于音頻數(shù)據(jù)不予介紹。
3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與優(yōu)化
　　系統(tǒng)在Blackfin系列的軟件開發(fā)環(huán)境Visual DSP++3.1下實(shí)現(xiàn)，主要分為視頻外設(shè)編程、視頻編碼編程、視頻傳輸編程以及系統(tǒng)優(yōu)化部分。
3.1 系統(tǒng)外設(shè)軟件設(shè)計(jì)
　　視頻輸入設(shè)備ADV7183：ADSP-BF532通過I²C總線配置ADV7183采集圖像的亮度、對(duì)比度、色度和飽和度等。ADV7183的內(nèi)部控制寄存器訪問通過I²C總線接口完成。
　　視頻輸入PPI接口：半雙工形式，最大16位數(shù)據(jù)傳輸，輸入時(shí)采用二維DMA方法，每采集一幀圖像進(jìn)行一次處理。二維DMA程序如下：
　　本程序采用標(biāo)準(zhǔn)的ITU－656接收模式，接收視頻數(shù)據(jù)字節(jié)流：
　　X_COUNT=360; Y_COUNT=288;
　　X_MODIFY=4;　　Y_MODIY=4；
　　按以上設(shè)置執(zhí)行二維DMA后，從首地址開始的內(nèi)存數(shù)據(jù)排列：
　　0，　　　　　　4，　　　　　　　　 8，　　　　　　……　　 356
　　360，　　 　　360+4，　　　　 　　360+8，　　　　 ……　　 360+356
　　2×360，　　　2×360＋4， 　　?? 2×360+8　　　　……　　 2×360+356
　　……　　　　　　……　　　　　　 ……　　　　　　……　　 ……
　　284×360，284×360+4，284×360+8，……284×360+356
　　視頻輸出UART接口：利用ADSP-BF532提供的UART口，加快調(diào)試過程。
　　串行SPI和網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備MPC860的編程：利用SPI接口，將ADSP-BF532作為傳輸數(shù)據(jù)的主設(shè)備，MPC860作為從設(shè)備，將數(shù)據(jù)傳送給MPC860處理,接收視頻數(shù)據(jù)并提供網(wǎng)絡(luò)接口。其中網(wǎng)口、SPI接口接收數(shù)據(jù)的流程如圖2所示。

3.2 視頻編碼
　　考慮到壓縮效率和碼率，視頻服務(wù)器的核心采用了MPEG-4 Simple Profile標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行視頻壓縮編碼。只進(jìn)行幀內(nèi)編碼(I幀)和幀間預(yù)測(cè)編碼(P幀)，而不進(jìn)行雙向預(yù)測(cè)編碼(B幀)，適合矩形視頻對(duì)象(Video Object)編碼?！　?BR>　　其中的核心算法有DCT和IDCT，它采用2D 8×8 DCT,并且采用循環(huán)緩沖，充分利用了Blackfin DSP的優(yōu)勢(shì)，減少了循環(huán)體內(nèi)部的指令執(zhí)行數(shù)；MPEG-4采用兩種方法確定量化步長(zhǎng)，一是采用TM5速率控制方式，二是采用MPEG-4中定義的速率控制模型，它們都是通過碼流速率大小以及圖像質(zhì)量的要求來改變量化系數(shù)。MPEG-4的直流系數(shù)量化采用非線性量化方式，交流系數(shù)既可以選擇H.263量化也可以使用MPEG量化，這里采用H.263模式。表1為MPEG-4量化操作表。

　　運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)使用條塊SAD(當(dāng)前的圖像與預(yù)測(cè)圖像的絕對(duì)差值和)最小搜索出最匹配的宏塊，而且Blackfin DSP提供了一條視頻專用指令SAA，大大提高了速度；最后用邊界填充(PADDING)減少在宏塊邊界上的運(yùn)動(dòng)誤差。
3.3 視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)　　
　　經(jīng)過視頻采集、壓縮后的視頻數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，其傳輸層用TCP傳輸協(xié)議" title="傳輸協(xié)議">傳輸協(xié)議傳輸信息包很小的操作控制命令，用UDP傳輸協(xié)議傳輸視頻圖像數(shù)據(jù)。因?yàn)門CP這種傳統(tǒng)的連接協(xié)議必須要求數(shù)據(jù)無誤地順序傳輸?shù)娇蛻舳说膽?yīng)用層，可以利用TCP傳輸協(xié)議傳輸網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中的控制命令，保證服務(wù)器和客戶端正確接收到操作命令。UDP傳輸協(xié)議沒有提供網(wǎng)絡(luò)流量控制和數(shù)據(jù)包丟失、出錯(cuò)處理，在高級(jí)壓縮算法如MPEG-4采用了幀間壓縮的方法，數(shù)據(jù)包丟失可能影響到連續(xù)幾幀視頻圖像。所以，基于UDP傳輸協(xié)議的應(yīng)用程序必須靠設(shè)計(jì)解決可靠性問題。
　　上端軟件提供友好的用戶界面，用Visual C++6.0實(shí)現(xiàn)。根據(jù)用戶的需求，通過網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)程終端接收視頻數(shù)據(jù)，包括MPEG-4的解碼過程、網(wǎng)絡(luò)傳輸控制和網(wǎng)絡(luò)命令編碼等。有兩種編寫方式，第一種需要專門寫一個(gè)服務(wù)器/客戶端軟件來發(fā)送和接收視頻圖像數(shù)據(jù)；第二種可以采用服務(wù)器/瀏覽器模式，即將客戶端軟件做成控件，嵌入到網(wǎng)頁中，做成基于WEB的數(shù)字視頻服務(wù)器。本文采用第一種方式。
　　網(wǎng)絡(luò)通訊模塊采用組播技術(shù)，提高程序的效率。系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信流程圖如圖3所示。本文為實(shí)現(xiàn)組播服務(wù)特別寫了一個(gè)類CMulticast，它是專門為視頻傳輸而封裝的類，用于服務(wù)器和客戶機(jī)兩端。下面對(duì)此類的公共訪問函數(shù)進(jìn)行介紹。