基于Linux/Qt的智能家居系統設計

}

2.4 音視頻同步傳輸技術(shù)

i.MX51處理器包含了支持硬件視頻編解碼的VPU單元，并自帶了完整的多媒體解決方案。因此，系統中采用其自帶的多媒體軟件包進(jìn)行音視頻流的采集和編解碼[2]。

考慮到小區內可視通話(huà)時(shí)因并發(fā)數過(guò)大而可能導致的網(wǎng)絡(luò )擁塞情況，系統還需要提供一定的QoS機制來(lái)保證在網(wǎng)絡(luò )帶寬較低時(shí)也能達到音視頻的同步傳輸。本文采用基于時(shí)間戳的實(shí)時(shí)同步傳輸技術(shù)，通過(guò)設置可變大小的緩沖區機制，根據小區網(wǎng)絡(luò )情況自動(dòng)調節傳輸參數，以音頻質(zhì)量?jì)?yōu)先保證為原則，根據時(shí)間戳實(shí)時(shí)調節視頻數據的播放。具體實(shí)現過(guò)程如下[3]：

(1)發(fā)送端采用兩個(gè)獨立的進(jìn)程分別對音視頻信息進(jìn)行采樣和打包，然后放到各自的緩沖隊列中等待發(fā)送。

(2)音視頻數據通過(guò)同一個(gè)通道發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )(采用信號量機制保證音視頻數據對通道的互斥訪(fǎng)問(wèn))。

(3)由于音視頻兩個(gè)數據包的長(cháng)度差別很大，所以將接收端收到的數據根據包的大小進(jìn)行區分。

(4)音視頻各自拆包組幀。由于人的聽(tīng)覺(jué)對聲音的不連續比視覺(jué)對圖像的不連續更敏感，所以采用音頻流作為主流，視頻流作為從流?？蛻?hù)端接收到音頻數據包后，不必與視頻數據包協(xié)調就可立即播放，而視頻幀到達時(shí)則根據時(shí)間戳進(jìn)行對比，從而進(jìn)行相應的同步處理。

(5)為保證音視頻的實(shí)時(shí)同步，采用多線(xiàn)程分別對音頻和視頻進(jìn)行播放。

3 i.MX51平臺移植

3.1 搭建LTIB開(kāi)發(fā)環(huán)境

LTIB(Linux Target Image Builder)是飛思卡爾公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)用于部署BSP的工具，含有U-Boot等引導加載程序，支持Bootloader和內核映像的構建。利用該工具，可以定制出符合GNU/Linux標準的跨平臺的根文件系統。本設計選擇使用飛思卡爾公司提供的L2.6.31_10.07.11_ER_source.tar.gz集成源碼包，在一臺安裝了Ubuntu 10.04操作系統的PC機上配置安裝LTIB[4]。其過(guò)程如下：

(1)解壓縮源碼包，執行./install進(jìn)入安裝LTIB的命令提示。

(2)執行./ltib進(jìn)入LTIB的配置界面。

(3)在LTIB配置Platform時(shí)選擇i.MX51平臺。

(4)配置Kernel時(shí)選擇CLAA WVGA Panel(LCD觸摸屏驅動(dòng))和SoC Audio support for IMX - SGTL5000(聲卡驅動(dòng))，其他保持默認。

(5)將交叉編譯工具arm-none-linux-gnueabi-gcc加入PATH環(huán)境變量，在ltib根目錄執行下述命令，交叉編譯Qt庫：

./ltib -m prep -p qt-embedded.spec

./ltib -m scbuild -p qt-embedded.spec

(6)執行make install，在ltib下的rootfs目錄就會(huì )生成相應的U-Boot、內核和文件系統，將將其復制到目標板的TF卡上。

3.2 架設NFS文件系統

為了簡(jiǎn)化調試過(guò)程和縮短開(kāi)發(fā)周期，在Linux主機上建立了NFS網(wǎng)絡(luò )文件系統，這樣就實(shí)現了宿主機與目標板的文件共享。開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)化為：Linux主機編譯生成目標平臺的可執行文件→復制文件到NFS共享目錄→目標板運行程序，從而省去了重復制作鏡像、下載鏡像、重啟開(kāi)發(fā)板等步驟，節省了大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間。目標板的NFS啟動(dòng)信息如圖3所示。

4 系統測試及結果

4.1 并發(fā)測試

并發(fā)測試主要用來(lái)測試多個(gè)用戶(hù)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)應用程序、同一個(gè)數據記錄時(shí)是否存在死鎖或其他問(wèn)題。由于本系統是面向一個(gè)小區的住戶(hù)，因此系統的并發(fā)測試尤為重要。

數據庫并發(fā)測試：室內機開(kāi)啟多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)中心機服務(wù)器，界面并不會(huì )因大量的數據操作而出現“凍結”現象，CPU占用穩定，數據庫返回結果顯示正常。

信息發(fā)布測試：中心機開(kāi)啟多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)發(fā)送廣播信息，各室內機接收正常，不會(huì )出現顯示錯誤或“丟包”現象。

4.2 跨網(wǎng)段測試

考慮到小區用戶(hù)一般在幾百甚至上千，一個(gè)網(wǎng)段的IP地址不能滿(mǎn)足需求。為了檢測在不同網(wǎng)段下通信模塊能否正常工作，使用一臺華為S5300交換機(switch)和兩臺華為5200交換機搭建了一個(gè)小型的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境進(jìn)行相關(guān)測試。如圖4所示，測試采用IPv4靜態(tài)路由，使不同網(wǎng)段的任意兩臺室內機之間能夠互通。測試表明，分屬不同網(wǎng)段的室內機之間，可視通話(huà)、信息互發(fā)等模塊均正常工作，從而驗證了本設計方案的可行性。

4.3 可視對講性能測試

可視對講性能測試主要是檢測室內機終端中音視頻的采集、編解碼、收發(fā)和顯示。對于音視頻的采集、收發(fā)和顯示，可通過(guò)揚聲器和LCD顯示直觀(guān)地檢測。而對編解碼的測試則比較復雜，本設計是從最長(cháng)時(shí)間、最短時(shí)間和平均時(shí)間三個(gè)方面來(lái)測試編解碼一幀音視頻所需要消耗的時(shí)間。i.MX51平臺上音視頻編解碼的性能測試如表1所示。

由表1可以看出，i.MX51平臺上能夠實(shí)時(shí)地完成音頻和視頻通信，且音頻清晰、視頻流暢、失真度小，達到了可視對講對音視頻編解碼器的實(shí)時(shí)性要求。

本文采用Linux和Qt相關(guān)技術(shù)，在飛思卡爾公司i.MX51平臺上設計了一種多功能的智能家居控制系統，實(shí)現了客戶(hù)端與服務(wù)器的Socke通信和音視頻同步傳輸等核心功能。下一步還需要擴展家電控制、安防控制等功能。

繼續閱讀