基于DSP的H264數字視頻服務器設計

0 引言

隨著科技的日新月異，視頻監控應用得到了飛速發展。視頻監控以其直觀、方便、信息內容豐富而廣泛應用于許多場合。近年來，隨著互聯網的大范圍普及以及計算機網絡和圖像處理、信息傳輸技術的發展，視頻監控技術也有了長足的發展。視頻監控已經滲透到教育、政府、娛樂場合、醫院、酒店、運動場館、城市治安等多種領域。目前安防監控的要求對于設備提出了較高的要求：比如對于傳輸的實時性，畫面的質量的要求。本文實現一個基于DSP的H264視頻監控服務器的(DVS)設計，它具有較高的壓縮比，低誤碼率以及較低的失真對視頻進行編碼，由TCP/IP協議實現了視頻的網絡輸出，可以達到視頻傳輸的實時性。

1 系統設計

如圖1所示，本系統采用TI的DM6467處理器，DSP架構的硬件平臺系列，具有強大的計算能力，在低功耗的前提下可達到1.2GHz，以及包含了H26x的編解碼庫，可以滿足對視頻算法的需求，此外，此平臺支持多種外設，諸如PCI、LAN、以及各種視屏輸入，廣泛應用于視頻會議、監控系統、機頂設備。因此，此平臺可以用來設計H264的視頻服務器。

視頻服務器的系統構架主要包括視頻采集模塊、視屏編碼模塊以及網絡傳輸模塊。

在系統上電之后，加載程序編譯成功的.out文件，初始化DSP/BIOS系統，以及視頻編碼庫。視頻采集處理過程如下：攝像機的PAL視頻通過AD轉為數字信號，并且通過內部算法轉為YUV(4：2：2)，然后通過接口EMIF把數據傳遞至存儲器EEPROM中，然后DSP采用視頻編碼庫中的H264算法對數據進行壓縮，通過TCP協議將壓縮后的視頻信號通過以太網LAN傳輸出去，從而構成了視頻服務器，而客戶端只需要按照TCP協議接收數據并解碼，就可以實時顯示圖像。

1.1 視頻采集模塊

圖3為視頻采集模塊的原理圖，CVBS為視頻輸入，可以將模擬視頻信號轉換為YUV分量，輸出為ITU—R BT.656，其中對該編碼器的配置是通過IIC總線將指令寫入內部寄存器，就可以正常采取視頻信號并把數據傳給存儲器做進一步的處理。

在此系統中，使用了ROM對視頻信號做緩存以及編碼處理(圖4)，芯片通過CS、OE來控制芯片并對其做讀取操作。它和DSP的連接示意圖如圖4所示。

1.2 H264算法

H264具有壓縮率高以及失真率低的優點，其實現過程如下：1)把當前的圖像劃分成若干個子模塊，以子模塊作為編碼的基本單元;2)通過當前幀減去預測值經過變換、量化、重排、熵編碼，從而加強了壓縮率;3)采用了時域運動補償的方法，從而減少了冗余以及增強信道傳輸的容錯性。

DM64xx芯片本身具有H264編碼庫，在開發的時候只需加載h264enc.lib并調用函數int h264.enc即可，參數聲明如下：

Unsigned char*pic原始圖像首地址

Unsigned char*ostream編碼后輸出數據流緩沖地址

int channel對應的編碼通道號，不重疊的正整數

int *frametype幀類型

1.3 TCP協議以及IEEE802.3以太網

控制傳輸協議(TCP)是一種可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。高可靠性是通過發送數據前先建立連接，結束數據傳輸時關閉連接，在數據傳輸過程中進行超時重發、流量控制和數據確認，對亂序數據進行重排校驗等機制來實現的。利用協議網絡通信，通信進程間相互作用的主要模式是服務器，客戶機模式通信的具體編程由套接字來實現，套接字是網絡程序設計接口，分為流式套接字和用戶數據報，流式套接字提供一種面向連接的、可靠的雙向數據傳輸服務，實現數據無差錯無重復的發送，流式套接字內設流量控制，被傳輸的數據看做是無記錄邊界的字節流在協議族中，使用TCP協議實現字節流的傳輸，當要發送大批量數據或者對數據傳輸有較高的要求時，使用流套接字。

在本設計中，如圖5所示，首先創建Socket，綁定IP地址和端口值，協議設置為IPv4同時設定掩碼值，設定最大字節數目，然后創建連接請求，若連接成功則從緩存區讀取若干字節發送出去，否則的話將阻塞在該進程中。此外為了保證視頻的流暢性，在網絡情況不好的情況下進行丟幀處理，同時在緩存區設置標志位，當緩存區的數據全部被套接字處理之后，該標志位設置為有效，從而清理緩存區，從而加載新的視頻數據做進一步處理。

該處理器外設的以太網結構如圖6所示。在DSP處理器和EMAC控制器之間用設備總線相連，EMAC控制器可以使用DSP內存，并且控制中斷和復位，及內存使用的優先級。另外EMAC單元還可以提供網絡和處理器內核的接口，支持1 0、100Mpbs數據傳輸。MDIO可以查詢和控制以太網PHY，它可以配置以太網的參數，從而達到糾錯的目的，同時又可以獲取數據傳輸結果。

2 客戶端的實現

客戶端無論是Windows或者Linux系統都具有Socket API，可以實現TCP傳輸協議，首先創建Socket并連接服務器端，并讀取來buffer的數據，在接收到數據之后，需要通過解碼將視頻顯示出來，通過加載動態鏈接庫，調用視頻播放器的API接口函數即可。Windows程序加載DLL的流程如圖7所示，客戶端工作流程如圖8所示。

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