|
1 引言 視頻監(jiān)控技術(shù)在國民生產(chǎn)的許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。隨著嵌入式技術(shù)的逐漸發(fā)展和成熟，手持監(jiān)控終端成為可能。而手持監(jiān)控終端的可攜帶性和低功耗更極大地?cái)U(kuò)展了視頻監(jiān)控的應(yīng)用范同。本課題探索了一種手持監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)方案。提供了簡捷易用的圖形用戶界面．實(shí)現(xiàn)了對(duì)MPEG4格式視頻壓縮數(shù)據(jù)的解碼及其在LCD上的播放。 2 系統(tǒng)的硬件平臺(tái) 本系統(tǒng)的處理器選用三星公司生產(chǎn)的具有ARM9內(nèi)核的S3C2410．S3C2410是32位RISC CPU．內(nèi)部帶有全性能的內(nèi)存處理單元(MMU)．主頻為203MHz,最高可達(dá)260MHz。芯片內(nèi)部集成了大量的功能單元．包括：外部存儲(chǔ)器控制器、LCD控制器以及8通道10位ADC和觸摸屏接口等。系統(tǒng)的電源模塊采用TI公司的TPS73HD3XX系列芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換．可以分別獲得1．8V和3．3V電壓。根據(jù)應(yīng)用的需要．本系統(tǒng)選用了1M NOR Flash AM29LV800DB，64M NAND Flash U-K9F1208UDM-YC80和兩片32M SDRAM K4S561632C-TC75。液晶采用的是320x240的TFT真彩(65536色，16位)液晶屏。觸摸屏采用的是四線制電阻式觸摸屏。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 
圖1 系統(tǒng)硬件框圖 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本手持終端選用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用了兩個(gè)開源軟件：圖形用戶界面庫MiniGUI和視頻編解碼庫ffmpeg。 3．1 基于MiniGUI的圖形用戶界面 MiniGUI是由北京飛漫軟件技術(shù)有限公司豐持的一個(gè)自由軟件項(xiàng)目．它為基于Linux的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)提供一個(gè)輕量級(jí)的罔形用戶界面支持系統(tǒng)。本系統(tǒng)的圖形用戶界面使用了這個(gè)庫來實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)運(yùn)用和管理FrameBuffer幀緩存驅(qū)動(dòng)、觸摸屏和鍵盤驅(qū)動(dòng)程序。通過MiniGUI庫。系統(tǒng)圖形用戶界面相關(guān)的部分得到廠很好的實(shí)現(xiàn)．成功的建立了包括按鈕、菜單和背景網(wǎng)片在內(nèi)的圖形用戶界面。特別需要指出的是．因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的數(shù)據(jù)接收和實(shí)時(shí)視頻解碼的操作涉及到大量的數(shù)據(jù)處理，所以應(yīng)用程序會(huì)分別為這些操作新開線程，如果一個(gè)線程因?yàn)閿?shù)據(jù)的處理失敗而阻塞，圖形用戶界面線程仍可正常工作。用戶仍可以和軟件交互．終止阻塞的線程。 3．2 視頻解碼線程 本課題中。手持設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)接收MPEG4格式的視頻數(shù)據(jù)所以需要在手持設(shè)備上移植MPEG4的解碼庫。經(jīng)過對(duì)比和分析，選擇了ffmpeg開源項(xiàng)目作為這個(gè)手持設(shè)備的解碼庫。ffmpeg是自南軟件，為多媒體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)MPEG4流媒體技術(shù)提供了完整的解決方案．主要的組成部分是libavformat和libavcodec庫。libavcodec包含了很多常見的音視頻編解碼器．而libavformat則能夠很好的支持大部分的音視頻文件格式。 實(shí)時(shí)接收到的視頻數(shù)據(jù)可以作為一種特殊的流媒體文件．這種文件與一般的視頻文件相同。都有若干個(gè)基本的組成部分。首先，文件自身可以被叫做一個(gè)“容器”(container)，“容器”的類型決定了視頻信息在文件中所處的位置。其次，文件包含有若干個(gè)“流”(stream)；比如，通常有一個(gè)音頻流和一個(gè)視頻流(一個(gè)“流”只是一個(gè)對(duì)于一系列數(shù)據(jù)組成單位的形象的稱呼)。一個(gè)流中的數(shù)據(jù)組成單位叫做“幀”(frame)。每一個(gè)流由不同的“解碼器”解碼。從流中可以讀出“包”(packet)。包是一些數(shù)據(jù)塊，這些數(shù)據(jù)塊中包含了壓縮后的原始幀的數(shù)據(jù)。下面詳細(xì)地介紹一下利用ffmpeg的API函數(shù)進(jìn)行解碼的過程。 首先，利用av_register_all()函數(shù)進(jìn)行庫的初始化，向編解碼庫注冊(cè)所有可用的文件格式和編碼器，所以當(dāng)有對(duì)應(yīng)的格式的文件被打開的時(shí)候．相應(yīng)的解碼器可以被自動(dòng)地調(diào)用。通過av_open_input_file()函數(shù)打開視頻文件，把關(guān)于文件格式的頭和儲(chǔ)存信息讀到一個(gè)AVFormatContext結(jié)構(gòu)體中。接著，利用av_find_stream_info()函數(shù)檢查存儲(chǔ)在AVFormatContext結(jié)構(gòu)體中的文件的流信息，這個(gè)函數(shù)把正確的信息存儲(chǔ)在一個(gè)指針集合中．在這個(gè)集合中就可以找到需要的視頻流。關(guān)于流的編解碼器信息在AVCodecContext結(jié)構(gòu)體中，通過它就可以找到真正的編解碼器并且打開它。 利用avcodec_alloc_frame()函數(shù)分配一個(gè)用來存儲(chǔ)幀的空間pFrame。因?yàn)槭殖纸K端播放的視頻是565-bit的圖像，所以還需要把幀從原始格式轉(zhuǎn)化成RGB格式。ffmpeg提供了img_convert()函數(shù)做這個(gè)轉(zhuǎn)換。注意為轉(zhuǎn)換還需另外分配一個(gè)幀pFrameRGB用來存放轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。接下來依次從視頻流中讀原始幀的數(shù)據(jù)包把數(shù)據(jù)包解碼到上面分配的pFrame中，一旦完成了一個(gè)幀的解碼，就把這個(gè)幀轉(zhuǎn)換成要求的RGB數(shù)據(jù)格式并且在液晶屏上顯示解碼后的視頻圖像。系統(tǒng)解碼的過程如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)解碼的過程 3．3 數(shù)據(jù)接收線程 手持監(jiān)控終端通過SOCKET與視頻采集設(shè)備建立連接接收視頻數(shù)據(jù)．但是接收到的MPEG4數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行一定量的緩沖．然后才能調(diào)用ffmpeg的API函數(shù)進(jìn)行解碼處理。本手持監(jiān)控終端在內(nèi)存中建立兩個(gè)隊(duì)列，一個(gè)是空閑的緩沖隊(duì)列，用以存放接收到的數(shù)據(jù)：另一個(gè)是尚未處理的數(shù)據(jù)隊(duì)列．等待處理．兩個(gè)隊(duì)列頭尾相連組成一個(gè)環(huán)形緩沖列表。數(shù)據(jù)接收線程方面：當(dāng)手持監(jiān)控終端接收到一個(gè)包的數(shù)據(jù)，就從緩沖隊(duì)列的頭拿出一個(gè)緩沖區(qū)塊，把接收到的數(shù)據(jù)存放到這個(gè)緩沖區(qū)塊中，然后將這個(gè)緩沖區(qū)塊加入到數(shù)據(jù)隊(duì)列的尾部等待視頻解碼線程的讀取。視頻解碼線程方面：從數(shù)據(jù)隊(duì)列的頭拿出一個(gè)緩沖區(qū)塊，讀取數(shù)據(jù)，將讀完的緩沖區(qū)塊加到緩沖隊(duì)列的尾部，等待再一次地接收數(shù)據(jù)。經(jīng)過測試，選擇32個(gè)緩沖區(qū)塊，每個(gè)緩沖區(qū)塊的大小選為24KB，會(huì)獲得比較好的抗擾動(dòng)，抗延時(shí)的播放效果。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)軟件框圖 4 結(jié)束語 本文針對(duì)S3C2410硬件平臺(tái)和Linux操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并完成了在手持監(jiān)控終端上對(duì)實(shí)時(shí)視頻的播放，基本上達(dá)到了，預(yù)期的要求。由于本課題只是借鑒了流媒體的思想，利用的不是真正的流媒體技術(shù)所以會(huì)產(chǎn)生一定的播放延時(shí)，接下來的工作會(huì)探索流媒體技術(shù)在手持視頻終端上的應(yīng)用，進(jìn)一步減少延時(shí)，以便可以更好的將流媒體技術(shù)利用到視頻監(jiān)控中。 創(chuàng)新點(diǎn)：本文所提出的手持監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)方案充分利用了S3C2410的功能，并且創(chuàng)新性的把ffmpeg視頻編解碼庫移植到了基于S3C2410的硬件平臺(tái)上．通過建立循環(huán)數(shù)據(jù)鏈表的方法實(shí)現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)的接收和解碼的同時(shí)運(yùn)行。 目前整套設(shè)備的市場價(jià)格預(yù)計(jì)在0．5萬元左右。 作者：黨帥，王庫 來源：《微計(jì)算機(jī)信息》(嵌入式與SOC)2009年第9-2期 |
