一種3G移動(dòng)視頻監控系統設計與實(shí)現

3 軟件方案設計

本系統選用嵌入式MontaVista Linux操作系統平臺，其具有安全、穩定、高效率、高實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。本文系統軟件采用模塊化設計，從功能角度，其軟件體系結構主要劃分為以下五部分：采集模塊、編碼模塊、3G 傳輸模塊、GPS 衛星定位模塊、設備監測模塊。由于3G無(wú)線(xiàn)傳輸受到其帶寬的限制，如何能保證視頻圖像質(zhì)量和實(shí)時(shí)性尤為關(guān)鍵，因此，3G 傳輸模塊是系統軟件的核心部分。

3.1 采集模塊

本模塊主要完成視頻的采集、圖像格式轉換。采用V4L2接口采集攝像頭的視頻數據，V4L2 是Linux 下開(kāi)發(fā)視頻采集設備驅動(dòng)程序的一套規范，這套規范使用分層的方法給驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)提供了清晰的模型和一致的接口。應用程序處于最上層，V4L2 處于中間層，而硬件設備處于下層，從而通過(guò)驅動(dòng)程序，應用程序對設備的操作如同一個(gè)文件一樣，屏蔽了硬件設備的具體操作。

TVP5150 驅動(dòng)程序以包含在Linux內核中，本設計是基于該驅動(dòng)程序實(shí)現視頻采集的，視頻采集程序基本流程如圖3所示。

圖3 視頻采集程序基本流程圖

3.2 編碼模塊

本模塊主要完成了OSD 字幕信息添加及圖像的壓縮編碼。

設計中充分利用了Davinci 編解碼引擎接口進(jìn)行應用程序編程，對采集到的視頻數據進(jìn)行YUV 格式轉換后，通過(guò)自己設計的OSD 字幕算法加入OSD 字幕信息，采用優(yōu)化的TI 公司H.264 壓縮算法，對完成處理的YUV4:2:0 格式數據進(jìn)行幀間編碼壓縮。

OSD 字幕算法實(shí)現了在YUV 圖像上面添加中英文字幕信息，并可設置字體的字和邊界為兩種顏色，以在不同背景色下清晰顯示字體。其基本原理為根據字符的ASCII 從點(diǎn)陣字庫中讀入其點(diǎn)陣數據，進(jìn)行一次外圍邊界像素點(diǎn)擴展，這樣就可以判斷每位數據中為1 的相鄰8 個(gè)像素點(diǎn)對應位的值，為0則表示該點(diǎn)是字符的邊框，為1 則表示該點(diǎn)是字符邊框內的背景色。

3.3 3G傳輸模塊

本部分主要完成視頻數據及系統數據的3G 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸，用于支持視頻監控及系統控制通訊等功能。設計中采用RTP/RTCP 協(xié)議配合使用，由于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的不穩定性，加入了自適應幀碼率處理機制及QoS 處理機制，保證了視頻圖像質(zhì)量和實(shí)時(shí)性要求。其基本過(guò)程是壓縮編碼完成后，進(jìn)行視頻預存緩沖處理，對編碼數據進(jìn)行RTP 封包處理，然后經(jīng)過(guò)USB總線(xiàn)傳輸到3G 模塊中，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行發(fā)送；接收數據完成后，進(jìn)行命令解析處理，判斷是否有自適應或重傳控制命令，實(shí)現動(dòng)態(tài)調整幀碼率以降低無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸負載，或者通過(guò)預存緩沖機制提取出丟失視頻數據，完成重傳數據傳輸。