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基于Hi3510和无线发送模块的视频传输设计

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基于Hi3510和无线发送模块的视频传输设计

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DOI:10.14022/j.cnki.dzsjgc.2010.10.018 第 18 卷 第 10 期 Vol.18 No.10 电子设计工程 Electronic Design Engineering 2010 年 10 月 Oct. 2010 基于 Hi3510 和无线发送模块的视频传输设计 王绍磊, 程永强, 王 鹏 (太原理工大学 信息工程学院, 山西 太原 030024) 摘要: 为了在嵌入式系统中增加图像数据的无线传输功能,实现终端实时监控的目的,设计了一种嵌入式系统下基 于 3G 无线模块的视频图像数据传输系统。 该系统以 Hi3510 嵌入式 Linux 系统为平台,采用 DTM6211 无线发送模块 实现视频数据的无线发送。 详细介绍了系统各组成部分的功能与实现方法,给出了系统的整体结构框图,程序流程图 和嵌入式 Linux 下无线发送模块设备驱动解决办法。 实验结果表明,该系统上行数据的传输速度在 150~200 KB/s,与 传统 2.5G 技术的短信方式监控方法相比,数据速度得到很大提高,并实现实时监控。 关键词: Hi3510; 无线发送模块; 嵌入式 Linux; DTM6211; 视频传输 中图分类号: TN919.81 文献标识码: A 文章编号:1674-6236(2010)10-0148-04 Design of video transmission based on Hi3510 and wireless transmission module WANG Shao-lei, CHENG Yong-qiang, WANG Peng (College of Information Engineering, Tai yuan University of Technology, Tai yuan 030024, China) Abstract: In order to add the wireless communications functions of image data in embedded systems and achieve the purpose of terminal real-time monitoring, this paper designs a embedded system which adds 3G wireless modules to send image data. By Hi3510 embedded linux system as a platform, which added to the DTM6211 wireless transmission module, this system achieved sending the video data wirelessly.This paper introduced the components’ functions and implementation method.At the same time it gave the overall structure of the system, the program flowcharts and embedded Linux device driver solutions about the wireless transmission module. The result shows that the system can realize real-time monitoring and its uplink data transmission speed is 150~200KB/s.Compared to the method of text message monitoring with traditional 2.5G technology,the data speed is greatly improved. Key words: Hi3510; wireless transmission module; embedded Linux; DTM6211; video transmission 近几 年 , 嵌 入 式 无 线 联 网 领 域 发 送 数 据 大 都 基 于 802.x 或 WI-FI 技 术 ,并 用无 线 网 卡或 无 线 路由 器 实 现。 目 前 也 出 现了基于手机无线发送数据的嵌入式相关设计,但大都是基 于 2.5G 技 术的 短 信 方 式 的 监 控 设 计 。 在 此 基 础 上 设 计 了 一 个嵌 入 式 Linux 系 统 下 基 于 3G 无 线 发 送 模 块 的 视 频 图 像 传 输 系 统[1]。 采用 SOC 高 性 能 视 频 编 解 码 器 Hi3510,具 备 强 大 的视频处理功能,实现 D1 画质的实时编码及传输 。 因此,该 系统设计实现了在 3G 移动网络上传输视频。 测、帧间预测、DCT 变换 、量化、熵编码等,得到编码后 裸 码 流 存储到外设中;将外设中视频数据通过 USB 端口经测试板发 送到无线模块中,其中关于无线模块的 UDP 数据传输设置控 制 工 作 是 通 过 Hi3510 的 RS232 接 口 经 测 试 板 发 送 AT 指 令 控制, 而后无线模块将数据 封装 成 符 合 UDP 格 式 的 IP 数据 包,最后利用 PS 业务发送到网络上。 1 系统总体设计 选 用 Hi3510 作 为 对 视 频 数 据 的 编 码 处 理 , 选 用 DTM6211 无线模块对视频数据进行发送处理。 图 1 为系统工 图 1 系统工作原理 Fig. 1 Working principle of system 作原理框图, 其整体工作原理是: 摄像头采集的数据通过 PAL 制 的 CVBS 信 号 输 入 工 作 在 主 模 式 TW2834 芯 片 中 ,经 2 系统硬件设计 A/D 转换后, 由 BT.656 接口 接 收 转换 为 CIF 格 式的 信 号 ,并 2.1 视频处理模块 通 过 AHB 总 线 把 接 收 到 的 图 像 数 据 存 入 到 外 存 SDROM; 视频处理模块远端摄像头采集视频信号,模拟视频信号 Hi3510 读 取 外 存 中 视 频 数 据 ,进 行 H.264 编 码 ,包 括 帧 内 预 通过 CVBS 信 号 格式 输 入 TW2834,TW2834 是一 个 视 频控 制 收 稿 日 期 :2010-04-15 稿 件 编 号 :201004067 器,内嵌 PAL/NTSC 视频解码器 ,彩色控制器和 PAL/NTSC 视 作者简介:王绍磊(1984—),男,江苏徐州人,硕士研究生。 研究方向:嵌入式系统,通信系统。 -148- 王绍磊,等 基于 Hi3510 和无线发送模块的视频传输设计 频编码器,主要完成模拟信号到数字信号的转变。 解码后,转 换成 的 数 字信 号 通 过 BT656 接 口 输 入到 Hi3510 处 理 器进 行 H.264 编码。 视 频 处 理 模 块 采 用 Hi3510, 该 器 件 是 一 款 基 于 H.264 BP 算法的视频压缩芯片, 它采用 ARM+DSP+硬件 加 速 引擎 的多核高集成度的 SoC 构架, 具备强大的视频处理功能 ,可 实现 DVD 画质的实时编码 ,能自适应各种网 络 环 境 ,确 保 画 面的 清 晰 度和 实 时 性,低 码 率 的 H.264 编 码 技 术 极 大 减 少 了 网络存储空间, 并通过集成 DES/3DES 加解密硬件引 擎 确保 网络安全[2]。 图 2 为 Hi3510 逻辑框图。 图 2 Hi3510 逻辑框图 Fig. 2 Hi3510 logic diagram Hi3510 内 部 包 含 一 系 列 提 高 编 解 码 速 度 的 视 频 编 解 码 协处 理 器 ,视频 编 解 码部 分 完 成图 像 的 运动 估 计/补偿 、DCT/ IDCT 变换、量化/反量化、zigzag 扫描和环路滤波。 最后将编码 的视频数据存储在外存 SDROM 中。 2.2 视频发送模块 图 3 为无线发送 模 块 内部 原 理 框图 。 DTM6211 是 60 针 0.5 mm 间距的板对板连接器和一个天线连接 器,与 天 线 连接 器 相 匹 配 的 线 缆 可 实 现 与 天 线 MHF Plug Cable Assembly 的 连 接 。 串 口 通 信 采 用 RS232,可 以 与 Hi3510 串 口 相 连 接 ,模 块采用 5 线制接法 ,默认开启硬件流控 。 USB 接 口可 以 作 为 通讯口和调试口,作为 USB Device 设备,遵循 USB2.0 协 议 规 范 , 最 高 速 率 支 持 FULL SPEED (12 Mb/s)。 发 送 部 分 采 用 SMA(FEMALE)接 口 馈 入 天 线 ,外 接 天 线 采 用 棒 状 天 线 [3]。 DTM6211 接 口 有 2 个 UART 接 口 , 使 用 UART1 作 为 Hi3510 的 AT 指 令 接 收 端 口 , 传 输 速 度 设 定 为 115 200 b/s。 其 UART1 信号定义如表 1 所示。 模块的 USB 接口作为通信 口,用于视频数据的传输,其接口信号定义如表 2 所示。 表 1 DTM6211 UART1 信号描述 Tab. 1 DTM6211 UART1 signal description 信号名 UART1_TXD UART1_RXD UART1_RTS UART1_CTS UART1_RI 属性 描述 参数 输出 数据发送 逻辑 0 为低电平 输入 数据接收 逻辑 1 为高电平 输入 数据终端发送请求信号 - 输出 发送允许信号 - 输出 保留 - 图 3 无线发送模块内部原理图 Fig. 3 Internal schematic diagram of wireless transmission module 表 2 DTM6211 USB 接口信号描述 Tab. 2 DTM6211 USB signal description 信号名 VUSB_IN 属性 电源 描述 USB 电源 参数 5V DBB_USB_DP I/O USB 差分线 - DBB_USB_DN I/O USB 差分线 - -149- 《电子设计工程》2010 年第 10 期 2.3 模块硬件连接 Hi3510 和 DTM6211 之 间 通 过测 试 板 连接 , 测 试 板主 要 作用是连 接 Hi3510 和 DTM6211 的 USB 及 UART 端 口,起 到 一 个 物 理 接 口 转 换 作 用 , 同 时 也 起 到 存 放 USIM 卡 的 作 用 。 USB 和 UART 之 间 的 连 接 , 只 需 把 Hi3510 板 的 USB 口 和 RS232 接 口 连 接到 测 试 板对 应 接 口,DTM6211 插 针 接 口直 接 插到测试板上。 其中测试板中主要部分 USIM 卡 的硬 件 电 路 如图 4 所示。 TION_PRODUCT_COLT) }, … {USB_DEVICEDTM6211_OPTION_VENDOR_I,DTM6211_ OPTION_PRODUCT_COLT) }, } 3.2 视频处理软件设计 视频处理软件主要是对采 集 过来 的 视 频数 据 进 行 H.264 压 缩 ,编 码 中 涉 及 的 参 数 需 调 用 SDK 提 供 的 API 进 行 配 置 , 其 中 包 括 图 像 组 长 度 (GOP)、 编 码 帧 率 ( 帧/秒 )、 量 化 参 数 (maxqp)、比 特 率 (b/s)和 用 户 数 据 的 插 入 等[5],然 后 将 压 缩 过 的裸流,发送到 USB 端口。 其中为了提高压缩率将 GOP 设置 15;为 了 减 少 网 络 数 据 流 量 将 编 码 速 率 设 置 8 帧/秒 ;量 化 参 数的数值选择在 30~40 之间,其设计总流程如图 5 所示。 图 4 USIM 卡硬件电路图 Fig. 4 Hardware circuit diagram of USIM card DTM6211 模块的射频接口包括一 个 天 线连 接 器 ,通过 线 缆 实 现 与 外 部 天 线 的 连 接 , 天 线 连 接 器 采 用 I-PEX 公 司 的 20279-001E-01,连接线缆采用苏州万旭电 子 HM5A-12289A1DE 的 50 mm 的 长 双端 子 线 缆 , 天 线 连 接 器 端 Plug Cable Assembly 使用 MHF Ⅱ Plug Cable Assembly。 3 系统软件设计 3.1 操作系统与驱动设计 选用 Hi3510 自带嵌入式 Linux-2.6.14 内核 操 作 系统 ,开 发前需要搭建开发环境, 可以安装一款 Fedoral 9.0 服 务器 , 同 时 建 立 交 叉 编 译 器 、安 装 SDK 包 。 SDK 是 基 于 Hi3510 视 频评估板的软件开发工具, 包含了在 Linux 相 关 应 用开 发 时 使 用 的 各 种 工 具 , 是 用 户 开 发 中 最 基 本 的 平 台 软 件 。 Boot- loader 采 用 uboot -1.1.4 初 始 化 硬 件 设 备 并 通 过 网 口 下 载 Linux 内核。 内核通过 make menuconfig 配置可实现系统的量 身定做,去除与本系统无关部分,缩减内核,最后将配置后的 内 核 使 用 mkimage 工 具 做 成 映 像 文 件 , 通 过 网 口 下 载 到 Hi3510 中。 无 线 发 送 模 块 通 过 重 新 配 置 内 核 Usb Serial Driver 选 项 可 实 现 其 在 内 核 的 驱 动 部 分 , 但 需 把 Usb Driver 的 PID 和 VID 设 置 成 本 模 块 的 ID , 重 新 编 译 便 可 支 持 无 线 发 送 模 块 [4]。 ID 更改步骤如下: 首先进入 linux-2.6.14\drivers\usb\serial,打开文件 option.c, 在其中定义两个宏(DTM6211 的 VID:0x1AB7 PID:0x6000): #define DTM6211_OPTION_VENDOR_ID 0x1AB7 #define DTM6211_OPTION_PRODUCT_COLT 0x6000 然后将两个宏增加到下列结构体中: static struct usb_device_id option_ids[]={ {USB_DEVICE -150- (OPTION_VENDOR_ID, OP- 图 5 视频处理总流程 Fig. 5 Total flow chart of video processing 其 中 关 于 配 置 摄 像 头 部 分 ,open () 打 开 /dev/misc/ tw2834dev 摄像 头 设备 文 件 , 完成 normal 为 PAL 制 式 ,mode 为 GIF 格 式 的 选 择 ;配 置 输 入 公 共 属 性 部 分 ,首 先 打 开 视 频 编码器,并关闭视频输入通道,然后完成工作模式为从模式, VIU 与 A/D 转 换 器 的 接 口 类 型 BT656, 通 道 分 布 模 式 4 路 CIF,BT656 为 场 模 式,视 频 消 耗内 存 为 10×1 024×1 024 等 设 置工作。 VSTART 输入通道号之后需要创建一个线程, 完成后续 数 据 的 存 储 和 转 发 ,使 用 pthread_create()函 数 ,随 后 执 行 线 程 venc_start(),其核心程序如下[6]: while (1) { /* 得到数据流 */ hiRet =HI_VENC_GetStream (venc_chn,&venc_stream, HI_TRUE); /* 发送数据到 DTM6211*/ for( i = 0;i < venc_stream.u32DataNum;i++ ) 王绍磊,等 基于 Hi3510 和无线发送模块的视频传输设计 { aucWriteLen =fwrite (venc_stream. struData [i].pAddr, venc_stream.struData [i].u32Len,1,pfile); }/* 指 针 pfile 指 向 DTM6211 所 代 的 USB 接 口 文 件/dev/ ttyUSB*/ /* 释放数据流占用的内存空间 */ hiRet=HI_VENC_ReleaseStream(venc_chn,&venc_stream); } 3.3 无线模块控制设计 无线模块 DTM6211 内提供 TCP/IP 协议栈,可利用 PS 业 务通道发送 IP 包,以 AT 指令配置和控制 TCP/IP 协议栈[7]。 利 用 APP 处 理 器 配 置 TCP/IP 相 关 环 境 , 注 册 UDP 端 口 ,APP 处理器将要发送的数据直接发给模块,由模块将数据封装成 符 合 UDP 格 式 的 IP 包 ,然 后 利 用 PS 业 务 通 道 发 送 给 3G 网 络。 其控制流程如图 6 所示。 图 6 无线模块控制流程 Fig. 6 Control flow chart of wireless module 开机 初 始 化部 分 , 主 要完 成 激 活 SIM 卡 、TCP/IP 协 议 栈 和注册网络工作;激活场景移动部分主要完成 PDP 和 context 的参数设置,包括配置使用 IP 协 议,申 请 上 行速 度 1.5 MB/s, 建立用户面的分组传输路由。 在完成以上初始化工作后,需 要 建 立 监 听 端 口 号 为13000,指 定 UDP 模 式 下 要 发 送 数 据 的 目的地址218.18.141.79和端 口 号3000, 最后 还 需 要指 定 发 送 的字节数。 数据发送完成后,释放 UDP 端口号等相关资源。 4结论 采用 Hi3510+Linux 方 案, 其 自 带 的 SDK 开 发 包 使 得 应 用程序开发的难度降低,同时 Hi3510 本身采用了 ARM+DSP+ 硬件加速引擎的技术, 具备强大的视频处理功能, 具有低成 本,低开发难度优点。 配合 DTM6211 无线发送模块,通过 AT 指令对数据进行 UDP 打包, 最终将视频数据包发送到 3G 网 络上。 测试结果表明,受网络环境影响数据的上行传输速率为 150~200 KB/s。 该 系 统 可 用 于 远 程 网 络 监 控 的 应 用 , 相 对 于 2.5G 技 术 的 短 信 监 控 方 式 , 使 用 者 可 以 获 得 更 多 有 效 的信息。 参考文献: [1] 李 文 仲.ARM9微 控 器 与 嵌 入 式 无 线 网 络 实 战[M].北 京 :北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ,2008. [2] 海 思 Hi3510处 理 器 用 户 手 册 [M].Revision1.3.2.深 圳 :海 思 公 司 ,2006. [3] DTM6211模 块 开 发 板 使 用 手 册[M].上 海 :联 芯 科 技 有 限 公 司 ,2009. [4] 宋 宝 华 . 设 备 驱 动 开 发 详 解 [M]. 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社 , 2009. [5] 毕厚杰,王健.新一代视频压缩编码标准— ——H.264/AVC[M]. 北 京 :人 民 邮 电 出 版 社 ,2009. [6] Richard S W, Rago S A. Advanced programming in the UNIX enviroment[M].北 京 :人 民 邮 电 出 版 社 ,2003. [7] 王迎孟,卫国. LC6311 at command set user manual[Z].上海: 联 芯 科 技 有 限 公 司 ,2009. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! (上接第 147 页) [4] 陈春宁,王延杰.基于TMS320DM642 BAYER格式图像色彩 复 原 [D].长 春 :中 国 科 学 院 研 究 生 院 ,2007. [5] 安博文.基于双 模 板 极值 滤 波 器的 传 像 光纤 束 的 盲元 消 除 [J].中 国 图 像 图 形 学 报 ,2007(9):1555-1557. AN Bo-wen.The elimination of blind pixels in fiber bundle based on double-module extremum filter [J].Journal of Image and Graphics, 2007(9):1555-1557. [6] 薛小刚,葛毅敏.Xilinx ISE 9.X FPGA/CPLD 设计指南[M].北 京 :人 民 邮 电 出 版 社 ,2007. [7] 徐颖.基于FPGA与USB2.0的数据采集系统设计[D].南京:南 京 理 工 大 学 ,2007. [8] 段雷. 基于DSP+FPGA的图 像 处 理电 路 板 硬件 设 计 [D].成 都 :西 南 交 通 大 学 ,2008. """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""# 欢迎投稿! 欢迎订阅! 欢迎刊登广告! """"""""""""# """"""""""""# 国内刊号: CN61-1477/TN 在线投稿系统: http://mag.ieechina.com 地 址: 西安市劳动南路 210 号 5-1-3 信箱 国际刊号:ISSN 1674-6236 ad@ieechina.com( 广告) 邮政编码:710082 -151- """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""#

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