d-scdma環(huán)境下數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用模型

1基于td-scda的視頻監(jiān)控系統(tǒng)3g時(shí)代的到來為人們享受廣播技術(shù)提供了新思路。傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用，但監(jiān)控區(qū)域有限，遠(yuǎn)程監(jiān)控反射光譜設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)也顯而易見?；赥D-SCDMA的視頻監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)以上問題加以改進(jìn)。通過無線反向控制系統(tǒng),對(duì)于視頻監(jiān)控?zé)o論時(shí)間或是空間上的約束都將不復(fù)存在。借助反向控制具有視頻錄制功能的小型移動(dòng)終端,可以隨時(shí)隨地執(zhí)行監(jiān)控任務(wù),而且通過對(duì)服務(wù)器端進(jìn)行反向控制從而達(dá)到提升監(jiān)控質(zhì)量、視頻應(yīng)急指揮、節(jié)省成本的目的本文主要論述了以TD-SCDMA無線環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控反向控制,并從整體結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)封裝、流程及其代碼實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行介紹,最后給出反向控制系統(tǒng)測(cè)試的結(jié)果分析。2監(jiān)控圖像源的后向控制的實(shí)現(xiàn)2.1數(shù)字視頻提取控制信息設(shè)計(jì)客戶端反向控制系統(tǒng)應(yīng)用程序,并在ARM-Linux服務(wù)器端進(jìn)行對(duì)控制信息的提取,用于實(shí)時(shí)傳輸最高分辨力640×480,編碼格式為MPEG-4的視頻流和采樣率8000Hz,量化位數(shù)16bit的雙聲道原始音頻流,調(diào)整QP,進(jìn)行SD卡錄像等多種控制功能的應(yīng)用2.2視頻壓縮封裝如圖1所示,ARM-Linux端基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)和重郵信科公司提供的基于TD-SCDMA的TD230A無線模塊,先通過音視頻現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)后存儲(chǔ)到緩存鏈表,然后由主線程封裝,并將封裝好的數(shù)據(jù)包傳遞給驅(qū)動(dòng)程序。具體過程是把音視頻數(shù)據(jù)通過AES加密封裝成AP幀然后通過傳輸層,進(jìn)行UDP協(xié)議封裝成UDP包,再到網(wǎng)絡(luò)層加上IP頭,最后封裝成TDM230A格式,然后寫串口?，F(xiàn)在考慮每隔一定時(shí)間發(fā)一個(gè)AP包。對(duì)讀線程來說,從串口讀到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包后,解TDM230A包,解IP包,解UDP包,解AP,把控制信息送到相應(yīng)的執(zhí)行單元?？蛻舳艘残璨捎?個(gè)線程,讀線程讀到UDP包的數(shù)據(jù)后,需要解AP包,重組音視頻幀,播放。寫線程需要把控制信息封裝成AP包,UDP包發(fā)送,從而反向控制ARM-Linux端。2.3rabid/nsapi見圖2反向控制數(shù)據(jù)封裝時(shí)的多功能通信幀格式如表1所示,幀頭長(zhǎng)度為1byte0X7E。1byte長(zhǎng)的幀頭后繼長(zhǎng)度為0XFF。幀序列號(hào)長(zhǎng)度為2byte,從零開始,幀類型標(biāo)識(shí)指出5種操作類型分別是ATCOMMAND,CSDATA,PSDATA,ERROREPORT和MBMSDATA。對(duì)于長(zhǎng)度為2byte的幀ID標(biāo)識(shí)有4種情況:1)如果幀類型標(biāo)識(shí)為ATCOMMAND,第1個(gè)字節(jié)填寫發(fā)起AT命令的應(yīng)用ID值,第2個(gè)字節(jié)填寫AT序列號(hào);2)如果幀類型標(biāo)識(shí)為CSDATA或者PSDATA,第1個(gè)字節(jié)保留,第2個(gè)字節(jié)填寫RABID/NSAPI值,當(dāng)多個(gè)PS或CS鏈路同時(shí)存在時(shí),通過RABID/NSAPI可區(qū)分各自鏈路,但本次項(xiàng)目采用的是PSDATA方式;3)如果幀類型標(biāo)識(shí)為ERRORREPORT,則填0X0000;4)如果幀類型標(biāo)識(shí)為MBMSDATA保留。接下來是2byte的幀長(zhǎng)度,提供原始數(shù)據(jù)長(zhǎng)度,不包括幀結(jié)構(gòu)中其他成員的長(zhǎng)度。原始數(shù)據(jù)是根據(jù)實(shí)際的長(zhǎng)度來確定:1)ATCOMMAND,CDDATA,PSDATA,MBMSDATA直接填寫原始數(shù)據(jù);2)發(fā)送AT命令時(shí),所有AT指令以“AT”或者“at”開始,以<CR>結(jié)束;3)ERRORREPORT的數(shù)據(jù)固定為2byte的出錯(cuò)幀序列號(hào)。FCS所占2byte,該值為0XFFFF時(shí),表明用戶關(guān)閉了FCS校驗(yàn),不需要校驗(yàn)計(jì)算。最后是幀尾,固定為0X7E。在反向控制過程中,在客戶端對(duì)控制信息的封裝和定義結(jié)構(gòu)體如下在封裝的過程中,將反向控制數(shù)據(jù)封裝在如上定義的結(jié)構(gòu)體里面,然后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在其數(shù)據(jù)前面加上UDP和IP頭,但是在之前需要對(duì)IP地址和端口后進(jìn)行定義,系統(tǒng)自動(dòng)將數(shù)據(jù)加上幀頭,反向控制信息幀封裝完畢。通過TD-SCDMA無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸和下行傳輸速率可達(dá)到1Mbit/s以上,所以在數(shù)據(jù)傳輸過程中,丟包率和誤碼率都可以控制在很小的范圍。2.4反向控制系統(tǒng)d卡錄像對(duì)于無線環(huán)境下反向控制,數(shù)據(jù)的封裝和提取,傳輸過程中的丟包和誤碼都與以往的有線傳輸不同。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。1)當(dāng)用戶在監(jiān)控過程中發(fā)現(xiàn)服務(wù)器端監(jiān)控質(zhì)量不理想,傳輸數(shù)據(jù)時(shí)模塊出現(xiàn)死機(jī),或是在需要對(duì)監(jiān)控內(nèi)容進(jìn)行SD卡錄像,反向控制系統(tǒng)首先從客戶端發(fā)起。2)在控件中輸入需要調(diào)整的參數(shù)或點(diǎn)擊控制按鈕后,后臺(tái)封裝控制信息添加UDPIP頭部信息和TDM230幀格式,然后調(diào)用SENDTO函數(shù),通過TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)無線傳輸?shù)椒?wù)器端。3)判斷數(shù)據(jù)與所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式不符合,則會(huì)被丟棄。4)如果數(shù)據(jù)格式符合服務(wù)器端,根據(jù)定義的幀格式進(jìn)行判斷解幀,根據(jù)符合所規(guī)定的格式,把控制信息取出調(diào)用TDCONTROL函數(shù)。5)在調(diào)用的過程中如果發(fā)現(xiàn)控制信息里的數(shù)據(jù)與所定義的數(shù)據(jù)格式不符合,則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信息提示,服務(wù)器端會(huì)自動(dòng)發(fā)送錯(cuò)誤信息到客戶端并顯示出來,發(fā)送端會(huì)根據(jù)報(bào)錯(cuò)信息重新發(fā)送。6)最后,當(dāng)數(shù)據(jù)傳到執(zhí)行函數(shù)后,執(zhí)行相應(yīng)的功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程反向控制的功能。2.5tdcontrol中反相比例的調(diào)解碼設(shè)計(jì)對(duì)于ARM-Linux服務(wù)器端,在實(shí)現(xiàn)無線反向控制時(shí),所實(shí)現(xiàn)的功能就是把控制信息從串口讀出,對(duì)應(yīng)如上定義的通信幀幀格式,首先判斷串口接受到的數(shù)據(jù)是否為控制信息,如果符合,再解幀,把其中相關(guān)數(shù)據(jù)取出,并根據(jù)所賦給的不同的值執(zhí)行相應(yīng)的功能。如果不是所規(guī)定的幀格式則丟掉,并且發(fā)送錯(cuò)誤信息提示客戶端重發(fā)。如圖3所示,以上為整個(gè)反向控制代碼的函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖,TDCONTROL為總的控制函數(shù),部分代碼如下:客戶端把控制信息封裝成幀后,通過TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到Linux端,從串口接收到反向控制數(shù)據(jù)后,通過解幀程序把所需要的控制數(shù)據(jù)取出然后傳到該函數(shù),首先進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換類型,把控制信息轉(zhuǎn)到所定義好的結(jié)構(gòu)類型,然后判斷控制信息的長(zhǎng)度,如果符合所規(guī)定的控制信息長(zhǎng)度將數(shù)據(jù)拷貝到pcommand當(dāng)中。部分代碼如下:調(diào)用SERVER_PROCESS_CMD來實(shí)現(xiàn)具體功能,該函數(shù)利用SWITCH-CASE結(jié)構(gòu)對(duì)消息進(jìn)行判別并分類處理,根據(jù)傳進(jìn)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷,如果數(shù)據(jù)類型為視頻類型調(diào)用ON_MEDIA_CONTROL函數(shù)后,根據(jù)在控制信息經(jīng)過解幀后提取的具體十六進(jìn)制數(shù)值來判斷客戶端所要完成的功能,如果客戶端要求執(zhí)行SD卡錄像,則調(diào)MEDIA_SEVER_STARTRECORD函數(shù),同理當(dāng)反向控制數(shù)據(jù)為QP或是BITRATE方面的就調(diào)用ON_CONFIG函數(shù),所執(zhí)行的流程與調(diào)用ON_MEDIA_CONFIG原理一樣?？傊?這里只是代碼的一部分,還有更多函數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的功能,比如反向控制服務(wù)器端是否待機(jī),幀速率的大小等,另外可以根據(jù)用戶的要求添加更多的功能。2.6td-scda網(wǎng)絡(luò)視頻特性如圖4所示,以上便是后臺(tái)服務(wù)器端反向控制臺(tái)的界面,從圖中可以看到視頻有3個(gè)分辨力控件調(diào)整,最高分辨力可以達(dá)到640×480,也就是VGA格式,同時(shí)可以調(diào)整FPS,現(xiàn)在最大可以達(dá)到30f/s(幀/秒)。由于現(xiàn)在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)還處于測(cè)試階段,上行速率最高只為128Kbit/s,所以對(duì)音視頻的傳輸限制比較大,現(xiàn)在上行1Mbit/s的測(cè)試也正在進(jìn)行中,圖像質(zhì)量也會(huì)得到很大的提升,視頻傳輸也將更加流暢。從圖4中看到,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制SD卡錄像,并可隨時(shí)裝卸,攜帶方便,即使不能在客戶端及時(shí)存儲(chǔ)視頻錄像,通過無線反向控制功能便可以及時(shí)解決這個(gè)問題,反向控制服務(wù)器端保證SD卡錄像信息不會(huì)遺漏,確保監(jiān)控的過程不被中斷。3arm-linux反向控制圖5是基于TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的視頻反向控制的兩組視頻截圖。圖5a所示,通過TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)原始的監(jiān)控視頻圖像采用的分辨力是QCIF,看起來屏幕雖然流暢沒有誤碼但是圖像質(zhì)量不理想,傳統(tǒng)的監(jiān)控裝置需要到ARM-Linux端進(jìn)行參數(shù)修改或者通過有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制,通過無線環(huán)境下反向控制選擇CIF后,如圖5b所示,圖像質(zhì)量有了很好的提升,當(dāng)然反向控制并不僅僅應(yīng)用在圖像質(zhì)量提升方面,在視頻應(yīng)急指揮方面,當(dāng)流媒體服務(wù)器出現(xiàn)發(fā)送AT指令失敗的情況,也可以通過反向控制讓它重新?lián)芴?hào),服務(wù)器端死機(jī)也可通過反向控制重啟。經(jīng)過在Z228開發(fā)平臺(tái)上測(cè)試,如果出現(xiàn)反向控制信息在傳輸過程中丟失或者在串口數(shù)據(jù)提取過程中出現(xiàn)誤碼,ARM-Linux服務(wù)器端會(huì)實(shí)時(shí)自動(dòng)向客戶端發(fā)送報(bào)錯(cuò)信息。在TD-SCDMA無線傳輸環(huán)境下,由于反向控制下行傳輸速率能達(dá)到約1Mbit/s的傳輸速度。在實(shí)際反向控制測(cè)試中丟包率不超過1%。4數(shù)據(jù)傳輸誤碼率控制綜上