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基于Davinci平台的多通道网络视频编码器设计

作　者: 骆燕清
导　师: 戚正伟; 程煜明
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 视频编码器 TMS320DM816X ASoC 流量整形 Media Server
分类号: TN762
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 45次
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内容摘要

数字视频监控系统是一种综合系统，其防范能力较强。作为安全防范系统的一个关键部分,数字视频监控广泛应用于金融、交通、零售、城市安防等许多场合，发挥着保护企事业单位正常生产工作的重要作用。近年来，随着计算机技术、图形图像处理技术、视、音频压缩技术及网络传输技术的快速发展，数字视频监控技术获得了快速的发展。目前视频监控系统的发展主要经历了三个时代:第一个时代是模拟视频监控时代，该时代产生、存储的都是模拟视频数据；第二个时代为数字视频监控时代，主要以数字硬盘机为代表，该阶段产生、存储的都是数字视频数据；第三个时代为数字化网络视频监控时代，其前端设备形态主要包括IP摄像机和嵌入式网络视频编码器。TMS320DM816X是德州仪器(TI)最新推出的新一代达芬奇（DAVINCI）技术数字媒体SoC (System on Chip，片上系统)，本文在此基础上设计了一款多通道网络视频编码器产品。相对于公司的前一代单通道网络视频编码器产品,本文的主要工作体现在如下几个方面：1)相对上一代单路视频编码器产品，本课题研究的产品需求支持更多的编码视频路数，并且需要集成度更高的SoC来减少元器件数量和PCB（PrintedCircuit Board，印刷电路板）板面积，另外整体BOM（Bill of Material,物料清单）成本不超过50%，并且还有良好的扩展性。基于上述考虑，本课题采用TI新一代DAVINCI技术平台TMS320DM816X SoC芯片，并在其基础上设计和实现了硬件系统。2)基于Linux的Traffic Shaping(流量整形技术)，解决了在一个网络交换机上支持16个四路网络视频编码器产品同时进行网络视频流传输时，出现网络视频丢帧问题。3)为了支持标准的ALSA（Advanced Linux Sound Architecture，高级Linux声音架构的简称）音频接口，本文在TMS320DM816X SoC上设计和实现了ASoC（ALSA System On Chip）架构的Linux音频设备驱动，解决了上一代产品和现有大量Linux的音频应用程序不兼容性问题。4)对于视频监控产品，在兼顾性能的前提下，如何设计一套稳定的、可扩展、可定制性的Media Server(媒体服务器)是关键。相对于上一代单通道视频编码器产品采用的基于Gstreamer的架构用在多路视频产品的性能和效率不足，并同时考虑到公司全球视频产品技术路线是基于TI处理器平台，我们基于TI LinksAPI来设计四路视频编码器产品的Media Server(媒体服务器)。采用新架构，没有出现视频丢帧情况。本文最终实现了四路网络视频编码器产品的设计，达到设计要求，目前本产品已处于量产上市阶段。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-14
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 技术可行性  11-12
  1.3 论文的主要内容和章节安排  12-14
2 网络视频编码器的相关技术  14-24
  2.1 应用  14-16
  2.2 几种视频监控设备视频信号格式  16-17
    2.2.1. 复合视频信号格式  16
    2.2.2. S 视频信号格式  16-17
    2.2.3. RGB 信号格式  17
  2.3 视、音频编解码技术  17-19
  2.4 Linux 设备驱动开发简介  19-21
    2.4.1. 总体的模块结构框架  20
    2.4.2. 设备驱动动态加载与静态加载  20-21
    2.4.3. 驱动的编译与移植  21
  2.5 RTP/RTCP 实时流媒体传输协议  21-23
    2.5.1. RTP 实时传输协议  21-22
    2.5.2. RTCP 实时传输控制协议  22
    2.5.3. RTSP 实时流协议  22-23
  2.6 本章小结  23-24
3 视频编码器系统整体设计及硬件系统设计  24-33
  3.1 视频编码器系统整体设计  24-26
  3.2 硬件系统设计  26-31
    3.2.0. 硬件平台整体设计  26-27
    3.2.1. 存储系统模块设计  27
    3.2.2. 视频音频采集模块设计  27-28
    3.2.3. 以太网模块设计  28-29
    3.2.4. 高速总线及串口模块设计  29
    3.2.5. 其它模块设计  29-30
    3.2.6. 电源模块设计  30-31
  3.3 本章小结  31-33
4 视频编码器底层软件设计  33-55
  4.1 BootLoader 移植  33-37
    4.1.1. U-Boot 简介  33
    4.1.2. TMS320DM816x BootLoader 框图  33-34
    4.1.3. U-Boot 移植  34-37
  4.2 Traffic Shaping(流量整形)设计及实现  37-44
    4.2.1. 流量整形的意义  37-38
    4.2.2. 流量整形模块软件层次结构  38
    4.2.3. Linux 的流量控制机制和流量整形的算法选择  38-40
    4.2.4. 配置 Linux Kernel，在内核层对流量控制的支持  40-42
    4.2.5. 流量控制服务在应用层的 TC Bash 脚本服务实现(tc_ad.bash)  42-43
    4.2.6. 为应用程序提供流量整形服务接口 TC API(tc_ad-api.c)  43
    4.2.7. 流量整形模块在 WebUI 的界面  43-44
  4.3 基于 ASoC 标准的嵌入式 Linux 音频设备驱动开发  44-54
    4.3.1. ALSA 简介  44-46
    4.3.2. ASoC 音频驱动框架分析  46-47
    4.3.3. 基于 TMSDM816x 和 TW2867 的 ASoC 音频设备驱动的实现  47-54
  4.4 本章小结  54-55
5 视频编码器应用软件设计及实现  55-66
  5.1 应用软件整体设计  55-56
  5.2 D-Bus 模块实现  56-58
  5.3 Media Server 模块设计及实现  58-65
    5.3.1. 创建  59
    5.3.2. Video Pipeline  59-63
    5.3.3. Audio Pipeline  63
    5.3.4. Streaming Server  63-65
  5.4 本章小结  65-66
6 原型系统和测试  66-76
  6.1 原型系统  66-68
    6.1.1. 硬件型号及操作系统  66
    6.1.2. 四路网络视频编码器的外观  66-67
    6.1.3. 系统测试环境图  67-68
  6.2 测试数据  68-76
    6.2.1. 流量整形实验数据  68-70
    6.2.2. 基于 ASoC 架构的音频设备驱动测试实验数据  70-72
    6.2.3. 媒体服务器测试实验数据  72-76
7 总结与展望  76-79
  7.1 总结  76-78
  7.2 展望  78-79
参考文献  79-81
致谢  81-82
攻读学位期间发表的学术论文目录  82-84

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