无线视频传输系统的设计范文

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《无线通信技术杂志》2014年第二期

1视频数据的采集和编码

1．1基于V4L2的视频数据采集设计V4L2(VideoforLinuxTwo)是V4L的改进版，V4L2改进了V4L中的不足，具有更好的扩展性和灵活性，并且支持的硬件设备更多。利用V4L2接口函数获取视频帧数据有3种方式:read、write方式，用户指针方式，内存映射mmap方式。本系统通过内存映射方式采集，采用这种方法不仅读取方便，而且省去了大量的内存拷贝，效率较高［8］。视频采集过程如图3。(1)打开视频设备文件。fd=open(Device-name，mode);第一个参数是注册在/dev/目录下的设备名，打开模式可分为阻塞和非阻塞模式。(2)获取设备属性。调用函数ioctl(fd，VIDIOC_QUERYCAP，＆cp)获取打开设备文件的相关参数并存放到cap结构中。(3)设置视频的制式和帧格式。调用函数ioctl(fd，VIDIOCS_FMT，＆fmt)设置捕获图像的存储格式、宽带、高度、像素大小等。(4)申请帧缓冲区，并进行内存映射。调用函数ioctl(fd，VIDIOC_REQBUFS，＆req)向内核申请req．count个帧缓存。通过VIDIOC_QUERBUF获取缓存帧在内核空间的地址，通过mmap方式将内核空间中的内存映射到用户空间。(5)采集视频数据。调用函数ioctl(fd，VIDIOC_STREAMON，＆type)将数据存放到缓存中。(6)处理采集的数据。当应用程序将最先采到的一帧数据取走时，帧缓冲重新放入队列尾，从而循环采集数据。(7)关闭视频设备。调用close(fp)实现设备的关闭。

1．2基于MFC的H．264编码设计本系统利用S3C6410提供的MFC硬件编解码器实现了H．264标准的视频压缩。硬编码具有不占用CPU资源，运算速度快等优点，从而满足视频数据实时性的要求。H．264编码器要求输入数据为YUV420格式，而V4L2输出的视频数据是YUV422格式，因此在完成编码工作之前，要利用函数DoConvert()将YUV422格式转换为YUV420格式。编码的过程如图4。(1)创建H．264编码器。调用函数Ssb-SipH264EncodeInit(width，height，frame_rate，bitrate，gop_num)实现。(2)设置编码器参数，初始化H．264编码器，分别调用函数SsbSipH264EncodeSetConfig(handle，type，value)和函数SsbSipH264EncodeExe(handle)来实现。(3)获取要编码的视频数据的输入缓冲区地址，调用SsbSipH264EncodeGetInBuf(handle，0)来实现，该函数返回视频数据的输入地址。(4)读取要编码的视频数据，调用函数memcpy(p_inbuf，in_addr，frame_size)将需要编码的视频数据复制到上一步骤的输入缓冲区中。(5)编码视频数据，调用函数Ssb-SipH264EncodeExe(handle)实现H．264编码。(6)输出已编码的视频数据，调用函数Ssb-SipH264EncodeGetOutBuf(handle，size)获取编码后数据的输出缓冲区和编码数据大小。(7)关闭设备，调用函数Ssb-SipH264EncodeDeInit(handle)释放编码器资源，并且关闭MFC设备。图4H．264编码流程图

2视频数据的传输

2．1基于RTP/RTCP的流媒体实时传输设计为满足视频监控实时性的要求，需要RTCP(实时传输控制协议)和RTP(实时传输协议)协同使用，以有效的反馈和最小的开销使传输效果达到最好。RTP负责实时性传输，但它本身不提供QoS，需要RTCP提供视频质量控制的手段和方法。而控制RTP包的发送则通过RTSP协议完成。

2．1．1live555简介本系统利用开源Live555库实现了基于RTP、RTCP的实时传输。Live555库是一种为流媒体传输提供解决方案的跨平台C++开源项目，在嵌入式环境中运行稳定，性能较好，支持RTP/RTCP/RTSP/SDP等协议，支持多种音视频编码格式(如H．264、MPEG4、JPEG、DV等)的音视频数据的发送、接收和处理。Live555包含四个基本的库分别是BasicUsageEnvironment＆TaskScheduler、UsageEnvir-onment、GroupSock和LiveMedia。LiveMedia模块是最重要的模块，基类是Medium，其它所有类都派生自该类［9］。

2．1．2基于Live555的流媒体服务器的设计针对Live555开源项目不支持H．264实时视频流的接收，我们继承FramedSource类写一个Camer-aH264StreamFramer类，这个类负责实时的采集视频图像，使用MFC进行H．264硬编码，然后覆盖成员函数doGetNextFrame()。H．264编码的每一帧交给VideoServerMediaSubsession处理。另外，还需要继成OnDemandServerMediaSubses-sion类，写一个H264LiveVideoServerMediaSubsession类，这个类负责管理Source和Sink，指示输入和输出。函数createNewStreamSource返回了实例化的CameraH264StreamFramer;函数createNewRTPSink返回了实例化的H264VideoRTPSink，其父类为RTP-Sink，这个类的作用是把原始的H264流封装成RTP数据包［10－12］。类结构图如图5:

2．1．3流媒体主程序设计流媒体主程序步骤如下:(1)构造应用程序环境类:包括任务调度器TaskScheduler，构造UsageEnviRonment对象的时候需要TaskScheduler作参数。(2)构造RTSPServer对象，代表整个流媒体VideoServer，配置监听端口，这里设置为8554，可以选择是否使用用户名密码方式访问。(3)构造MediaSession对象和MediaSubsession对象，表示具体的输入视频流和输出流。MediaSub-session就是我们构造的H264LiveVideoServerMediaSubsession。(4)把MediaSession加入到RTSPServer，调用RTSPServer的doEventLoop进入消息循环，开始监听用户请求接入，处理消息请求。图5类结构图图6视频监控效果图

2．23G模块联网3G模块与ARM是通过USB相连的。3G网络的连接是通过点对点(PPP)协议来完成的，PPP是在串行连接的数据链路实现IP以及其它网络协议的一种机制［13］。在Linux内核中已经添加了3G模块的驱动和PPP协议的支持，还需要移植相应的拨号软件实现拨号上网。本文选择拨号软件pppd，下载ppp－2．

2．4源码包，进行交叉编译生成拨号所需的应用程序pppd和chat，将这两个应用程序拷贝到开发板/usr/sbin文件夹下，更改其属性为可执行文件。配置好拨号的脚本文件后，通过pppdcall命令即可实现WCDMA无线网络的接入。通过AT指令对视频数据进行UDP打包，最终将视频数据包发送到3G网络上。

3终端设备

在Window平台下，用VLC播放器可以接收传输过来的视频流。如果终端设备IP:221．6．52．114，在VLC的地址栏输入rtsp://221．6．52．114:8554/live就可以播放流媒体视频。运行效果如图6。

4结束语

经测试，本系统采集分辨率为320*240的图像，经H．264硬编码后，每帧图像大小只有5KB左右，帧率可达25f/s。对于WCDMA无线网络的传输率一般在2Mbit/s左右，因此，该无线网络能够满足实时视频传输的需求。本文设计的视频传输系统结合了嵌入式技术﹑视频压缩编码技术﹑流媒体实时传输技术、无线通信技术等多项技术，系统具有实时性好、稳定性高、低成本、低功耗等优点，有很高的应用价值和较为广阔的市场前景。

作者：陈岚 鲍可进单位：江苏大学计算机科学与通信工程学院