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無線視頻模塊傳輸與基于Hi3510的設計

來源: 作者: 發布日期:2016-09-12 18:18:35 加入收藏 關注:
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        隨著科技的飛速進步,嵌入式無線聯網技術也飛速發展,在近幾年大都基于WiFi技術并用無線網卡或無線路由器實現無線網領域中的傳輸數據。雖然目前也有手機無線法術數據的嵌入式設計,但是大部分都是在2.5G技術上的監控設計。在這個基礎上設計了一個嵌入式Linux系統下基于3G無線視頻模塊發送的視頻圖像傳輸系統。因此,下列設計實現了3G移動網絡上傳輸視頻。

1 系統總體設計

    選用Hi3510作為對視頻數據的編碼處理,選用DTM6211無線視頻模塊對視頻數據進行發送處理。圖l為系統工作原理框圖,其整體工作原理是:攝像頭采集的數據通過PAL制的CVBS信號輸入工作在主模式TW2834芯片中,經A/D轉換后,由BT.656接口接收轉換為CIF格式的信號,并且通過AHB總線把接收到的圖像數據存入到外存SDROM;Hi3510讀取外存中視頻數據,進行H.264編碼,包括幀內預測、幀間預測、DCT變換、量化、熵編碼等,得到編碼后裸碼流存儲到外設中;將外設中視頻數據通過USB端口經測試板發送到無線視頻模塊中,其中關于無線模塊的UDP數據傳輸設置控制工作是通過Hi3510的RS232接口經測試板發送AT指令控制,而后無線模塊將數據封裝成符合UDP格式的IP數據包,最后利用PS業務發送到網絡上。

           圖1.png

 

2 系統硬件設計

2.1

    無線視頻模塊遠端攝像頭采集視頻信號,模擬視頻信號通過CVBS信號格式輸入TW2834,TW2834是一個視頻控制器,內嵌PAL/NTSC視頻解碼器,彩色控制器和PAL/NTSC視頻編碼器,主要完成模擬信號到數字信號的轉變。解碼后,轉換成的數字信號通過BT656接口輸入到Hi3510處理器進行H.264編碼。

    無線模塊采用Hi3510,該器件是一款基于H.264BP算法的視頻壓縮芯片,它采用ARM+DSP+硬件加速引擎的多核高集成度的SoC構架,具備強大的視頻處理功能,可實現DVD畫質的實時編碼,能自適應各種網絡環境,確保畫面的清晰度和實時性,低碼率的H.264編碼技術極大減少了網絡存儲空間,并通過集成DES/3DES加解密硬件引擎確保網絡安全。圖2為Hi3510邏輯框圖。

 

      圖2.png

    Hi3510內部包含一系列提高編解碼速度的視頻編解碼協處理器,視頻編解碼部分完成圖像的運動估計/補償、DCT/IDCT變換、量化/反量化、zigzag掃描和環路濾波。最后將編碼的視頻數據存儲在外存SDROM中。

2.2 無線視頻模塊發送

    3為無線發送模塊內部原理框圖。DTM6211是60針0.5mm間距的板對板連接器和一個天線連接器,與天線連接器相匹配的線纜可實現與天線MHF Plug Cable Assembly的連接。串口通信采用RS232,可以與Hi3510串口相連接,模塊采用5線制接法,默認開啟硬件流控。USB接口可以作為通訊口和調試口,作為USB Device設備,遵循USB2.O協議規范,最高速率支持FULL SPEED(12 Mb/s)。發送部分采用SMA(FEMALE)接口饋入天線,外接天線采用棒狀天線。

                               圖3.jpg

DTM6211接口有2個UART接口,使用UART1作為Hi3510的AT指令接收端口,傳輸速度設定為115 200 b/s。其UART1信號定義如表1所示。模塊的USB接口作為通信口,用于視頻數據的傳輸,其接口信號定義如表2所示。

 

                              圖4.jpg

2.3 模塊硬件連接

    Hi3510和DTM6211之間通過測試板連接,測試板主要作用是連接Hi3510和DTM6211的USB及UART端口,起到一個物理接口轉換作用,同時也起到存放USIM卡的作用。USB和UART之間的連接,只需把Hi3510板的USB口和RS232接口連接到測試板對應接口,DTM6211插針接口直接插到測試板上。其中測試板中主要部分USIM卡的硬件電路如圖4所示。

                                  圖5.jpg

    DTM62ll無線視頻模塊的射頻接口包括一個天線連接器,通過線纜實現與外部天線的連接,天線連接器采用I-PEX公司的20279-001E-01,連接線纜采用蘇州萬旭電子HM5A-12289-A1DE的50 mm的長雙端子線纜,天線連接器端Plug CableAssembly使用MHFⅡPlug Cable Assembly。

 

3 系統軟件設計

3.1 操作系統與驅動設計

    選用Hi3510自帶嵌入式Linux-2.6.14內核操作系統,開發前需要搭建開發環境,可以安裝一款Fedoral 9.0服務器,同時建立交叉編譯器、安裝SDK包。SDK是基于Hi3510視頻評估板的軟件開發工具,包含了在Linux相關應用開發時使用的各種工具,是用戶開發中最基本的平臺軟件。Bootloader采用uboot-1.1.4初始化硬件設備并通過網口下載Linux內核。內核通過make menuconfig配置可實現系統的量身定做,去除與本系統無關部分,縮減內核,最后將配置后的內核使用mkimage工具做成映像文件,通過網口下載到Hi3510中。

    無線發送模塊通過重新配置內核Usb Serial Driver選項可實現其在內核的驅動部分,但需把Usb Driver的PID和VID設置成本模塊的ID,重新編譯便可支持無線發送模塊。

    ID更改步驟如下:

    首先進入linux-2.6.14\drivers\usb\serial,打開文件option.c,在其中定義兩個宏(DTM6211的VID:0x1AB7 PID:Ox6000):

                            圖6.jpg

3.2 視頻處理軟件設計

    視頻處理軟件主要是對采集過來的視頻數據進行H.264壓縮,編碼中涉及的參數需調用SDK提供的API進行配置,其中包括圖像組長度(GOP)、編碼幀率(幀/秒)、量化參數(maxqp)、比特率(b/s)和用戶數據的插入等,然后將壓縮過的裸流,發送到USB端口。其中為了提高壓縮率將GOP設置15;為了減少網絡數據流量將編碼速率設置8幀/秒;量化參數的數值選擇在30~40之間,其設計總流程如圖5所示。

                                        圖7.jpg

    其中關于配置攝像頭部分,open()打開/dev/misc/tw2834dev攝像頭設備文件,完成normal為PAL制式,mode為GIF格式的選擇;配置輸入公共屬性部分,首先打開視頻編碼器,并關閉視頻輸入通道,然后完成工作模式為從模式,VIU與A/D轉換器的接口類型BT656,通道分布模式4路CIF,BT656為場模式,視頻消耗內存為1Ox1 024x1 024等設置工作。

    VSTART輸入通道號之后需要創建一個線程,完成后續數據的存儲和轉發,使用pthread_create()函數,隨后執行線程venc_start(),其核心程序如下:

                                      圖8.jpg

3.3 無線視頻模塊控制設計

    無線視頻模塊DTM6211內提供TCP/IP協議棧,可利用PS業務通道發送IP包,以AT指令配置和控制TCP/IP協議棧。利用APP處理器配置TCP/  IP相關環境,注冊UDP端口,APP處理器將要發送的數據直接發給模塊,由模塊將數據封裝成符合UDP格式的IP包,然后利用PS業務通道發送給3G網絡。其控制流程如圖6所示。

 

                                                         圖9.jpg

    開機初始化部分,主要完成激活SIM卡、TCP/IP協議棧和注冊網絡工作;激活場景移動部分主要完成PDP和context的參數設置,包括配置使用IP協議,申請上行速度1.5 MB/s,建立用戶面的分組傳輸路由。在完成以上初始化工作后,需要建立監聽端口號為13000,指定UDP模式下要發送數據的目的地址218.18.141.79和端口號3000,最后還需要指定發送的字節數。數據發送完成后,釋放UDP端口號等相關資源。

 

4 結論

    可以明顯看出,采用以上無線視頻模塊傳輸方案,因為它自帶的SDK開發板使得應用程序發發難度降低,用時具有強處理能力,低成本低開發難度等有點,配合無線視頻模塊發送,相對于2.5G技術的短信監控方式,用戶可以獲得更多的消息。

 

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