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進入信息時代，汽車的智能化、個性化需求越來越高，汽車駕乘中的安全、娛樂以及信息服務越來越受到重視。但現有大部分的車載系統都存在功能單一，智能化低，使用不便，不易組網等缺點。隨著無線寬帶網絡的發展、數字移動電視的建設、多媒體技術的應用，集多種功能于一體的無線車載媒體處理系統應運而生，它可廣泛地應用于鐵路、地鐵、客運汽車等交通系統。 本文簡要介紹了基于Au1200處理器，包含無線傳輸、視頻播放、視頻監控等多種功能的嵌入式無線車載媒體處理系統的設計方案，詳細描述了基于ffmpeg的軟壓縮方法，設計并實現了車載系統中視頻監控部分的視頻采集和視頻壓縮。 1 無線車載媒體處理系統簡介 基于Au1200的無線車載媒體處理系統網絡架構如圖1所示。采用客戶端／服務器架構，由車載客戶端、車站服務器及通信網絡三部分組成。其中，客戶端選用 AlchemyTM Au1200作為主控芯片。該芯片采用了MIPS32核心，是針對數字多媒體播放器、汽車信息娛樂系統等應用領域設計的一款低功耗、高性能的嵌入式處理芯片。利用Au1200在媒體處理方面的優勢及其豐富的外圍接口，無線車載媒體處理器的系統框圖如圖2所示。用戶可以通過按鍵控制整個系統無線傳輸、視頻播放、視頻監控等多種功能。 服務器端使用通用的PC機服務器，為整個系統提供多媒體資源管理和無線網絡服務。 每個裝有無線車載媒體處理器的車輛，可以通過無線網絡連接服務器，并按照指定的方式傳輸媒體資源。 2 無線車載視頻監控的硬件設計 Au1200 嵌入式處理器采用MIPS32核心，能夠支持包括MEPG-1，MPEG-2，MPEG-4，WMV9，H．263，MP3，WMA，ASF，AVI和 JPEG等多種媒體格式，其內部集成了專門的媒體加速引擎(Media Acceler-ation Engine，MAE)，不需要外部DSP，因而可以簡化編程環境并減少組件，擁有豐富的片上資源和外部接口，支持USB 2．0，IDE，CCIR656攝像頭等接口。無線車載視頻監控硬件框圖如圖3所示。 其中包括： (1)視頻監控輸入部分：采用Omni Vision公司的彩色CMOS圖像傳感器OV9650作為系統的視頻輸入設備，利用Au1200自帶的CIM(Camera Interface Module)接口，可以方便地控制OV9650。通過I2C方式，配置OV9650攝像頭的工作模式，通過CIM接口讀入采集到的視頻數據，并映射到內存單元中。根據不同流向需求，處理視頻數據流，實現系統的錄制、存儲、播放、傳送等功能。 (2)視頻監控數據存放部分：通過ffmpeg軟壓縮方法，將采集到的視頻數據按指定視頻格式實時壓縮成文件存儲于硬盤中。 (3)視頻監控數據的實時播放部分：采集到的視頻數據映射到內存后，將RGB視頻數據直接輸出到LCD緩沖區中，即可實現監控視頻在LCD設備中的實時播放。系統也支持視頻輸出到VGA接口的顯示設備中實時播放。此時，需要將數字視頻數據轉換為模擬視頻數據。可采用ADI公司的ADV7123芯片實現三路高速、10位輸入的高速視頻數／模轉換。三路DAC可以分別處理紅、綠、藍視頻數據，實現模擬顯示終端的高分辨率顯示。 (4)視頻監控的遠程傳輸部分：通過客戶端系統的無線網卡(支持802．11b／g)連接無線局域網絡，將硬盤中的錄像文件以無線的方式，上傳到服務器中進行保存。 (5)用戶控制部分：系統設計功能按鍵，分別連接到支持中斷的GPIO口上，用戶通過按鍵選擇方式，方便地對視頻監控進行控制。 3 無線車載視頻監控的軟件設計 無線車載視頻監控的軟件部分主要包括： (1)內核及驅動部分 系統使用Linux 2．6．11內核作為系統的內核，通過make menuconfig命令，根據用戶需要配置合適的內核和驅動，生成內核文件鏡像。設備驅動程序與系統硬件緊密相關，通過修改和調試后模塊化的集成于內核之中。所涉及到的驅動程序包括用戶按鍵驅動、攝像頭驅動、LCD／VGA顯示驅動、硬盤驅動、播放器相關的MAE驅動和與無線傳輸相關的無線網卡驅動等。在此著重介紹系統攝像頭驅動的關鍵部分。 在攝像頭驅動中，定義數據結構cim_cmos_cam-era_config對攝像頭設備進行描述： 通過上述數據結構，可以有效地描述攝像頭設備的各種參數。其中，config_cmd是一個十六進制的數組，對應不同工作模式的攝像頭配置攝像頭寄存器。 驅動程序為上層應用提供了API接口，通過對應file_operations數據結構中的各個成員函數進行系統調用，在上層程序中，利用函數調用，讀取驅動中fileoperations的相應成員函數指針，完成對應函數功能。 在系統的CIM接口的驅動程序中做如下定義： 其成員函數分別完成了與Au1200 CIM接口相連攝像頭設備的打開、控制、讀寫、映射以及釋放等基本功能。例如通過ioctl操作對攝像頭進行配置： (2)庫與協議棧部分 為了支持上層應用程序的運行，軟件系統中還必須包含眾多與之相關的函數庫和協議棧。其中，主要包括了與系統運行相關的基本函數庫，與音視頻編解碼相關的音視頻編碼庫，與用戶界面相關的Qtopia庫以及各種接口協議組成的協議棧。 (3)應用層部分 視頻監控的軟件流程圖如圖4所示。啟動攝像頭后，將采集到的視頻數據映射到內存中。通過輸出控制，選擇視頻數據的流向。其中，數據處理部分主要涉及與ffmpeg相關的視頻壓縮處理。 (4)用戶控制部分 系統采用Qtopia-core-opensource-4．2．2開發用戶界面。由于采用按鍵控制的方式，需要將按鍵驅動程序添加到QT庫中。通過中斷的方式，可以捕獲按鍵信號，并通過QT中的信號與槽的機制控制信號傳輸，使得當每個按鈕被按下時，觸發用戶程序中的某個函數，并將相應的信號量傳遞出去，從而實現對整個系統的控制。 4 基于ffmpeg的軟壓縮方法 ffmpeg是一個開源免費的軟件，它提供了錄制、轉換以及流化音視頻的完整解決方案。使用ffmpeg軟壓縮的方式，不增加系統額外的硬件開銷，對采集到的視頻數據進行實時壓縮。在視頻處理應用程序的編寫過程中，需要按照ffmpeg定義的數據結構來描述視頻數據，調用ffmpeg中的各種庫函數，將攝像頭采集到的視頻數據按照設定的格式進行壓縮，并存成視頻文件，其處理流程如圖5所示。 其中包括： (1)ffmpeg初始化：定義與視頻處理相關的數據結構 AVFormatContext，AVOutputFormat，AVStream，AVCodecContext，AVCodec，AVFrame，AVPicture 等，并通過av_register_all()，av_alloc_format_context()等函數初始化相應的數據結構。 (2)壓縮參數設置：主要涉及到視頻壓縮的相關參數，如幀率、視頻分辨率、編碼類型等，通過av_set_parameters()函數進行設置。 (3)圖像格式轉換和視頻數據填充：按照視頻監控要求，利用img_convert()等函數對圖像格式進行轉換，并將轉換后的視頻數據通過 avpicture_fill()，fill_yuv_image()等函數填充到AVPicture數據結構中，以供編碼器使用。 (4)ffmpeg視頻編碼：利用avcodec_encode_rid-eo()，av_rescale_q()等函數，調用ffmpeg編碼庫進行視頻編碼。 (5)文件存儲操作：利用av_write_header()，av_write_frame()，av_write_trailer()等函數將壓縮后的視頻數據寫入指定文件中。 (6)采集結束：采集結束后，利用avcodec_close()，av free()等函數釋放內存資源，退出程序。 ffmpeg提供功能豐富的音視頻函數庫，包括libav- codec，libavformat，libavdevice，libavfilter，libavutil和libswscale等，可為用戶提供許多音視頻處理相關的操作。系統應用程序中調用到的ffmpeg相關函數主要依賴libavformat庫(支持所有的普通音視格式的解析器和產生器的庫)和 libavcodec庫(具有高效、高可復用的音頻／視頻編解碼庫)。 5 結 語 本文介紹了基于Au1200無線車載視頻監控的設計與實現，著重介紹了基于ffmpeg軟壓縮方法對視頻數據的壓縮和存儲的實現，在實際應用中具有價值。 |
