基于Linux/Qt的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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2.4 音視頻同步傳輸技術(shù)

i.MX51處理器包含了支持硬件視頻編解碼的VPU單元，并自帶了完整的多媒體解決方案。因此，系統(tǒng)中采用其自帶的多媒體軟件包進(jìn)行音視頻流的采集和編解碼[2]。

考慮到小區(qū)內(nèi)可視通話時(shí)因并發(fā)數(shù)過(guò)大而可能導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)擁塞情況，系統(tǒng)還需要提供一定的QoS機(jī)制來(lái)保證在網(wǎng)絡(luò)帶寬較低時(shí)也能達(dá)到音視頻的同步傳輸。本文采用基于時(shí)間戳的實(shí)時(shí)同步傳輸技術(shù)，通過(guò)設(shè)置可變大小的緩沖區(qū)機(jī)制，根據(jù)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)傳輸參數(shù)，以音頻質(zhì)量?jī)?yōu)先保證為原則，根據(jù)時(shí)間戳實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)視頻數(shù)據(jù)的播放。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下[3]：

(1)發(fā)送端采用兩個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程分別對(duì)音視頻信息進(jìn)行采樣和打包，然后放到各自的緩沖隊(duì)列中等待發(fā)送。

(2)音視頻數(shù)據(jù)通過(guò)同一個(gè)通道發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)(采用信號(hào)量機(jī)制保證音視頻數(shù)據(jù)對(duì)通道的互斥訪問(wèn))。

(3)由于音視頻兩個(gè)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度差別很大，所以將接收端收到的數(shù)據(jù)根據(jù)包的大小進(jìn)行區(qū)分。

(4)音視頻各自拆包組幀。由于人的聽覺(jué)對(duì)聲音的不連續(xù)比視覺(jué)對(duì)圖像的不連續(xù)更敏感，所以采用音頻流作為主流，視頻流作為從流?？蛻舳私邮盏揭纛l數(shù)據(jù)包后，不必與視頻數(shù)據(jù)包協(xié)調(diào)就可立即播放，而視頻幀到達(dá)時(shí)則根據(jù)時(shí)間戳進(jìn)行對(duì)比，從而進(jìn)行相應(yīng)的同步處理。

(5)為保證音視頻的實(shí)時(shí)同步，采用多線程分別對(duì)音頻和視頻進(jìn)行播放。

3 i.MX51平臺(tái)移植

3.1 搭建LTIB開發(fā)環(huán)境

LTIB(Linux Target Image Builder)是飛思卡爾公司開發(fā)的一個(gè)用于部署B(yǎng)SP的工具，含有U-Boot等引導(dǎo)加載程序，支持Bootloader和內(nèi)核映像的構(gòu)建。利用該工具，可以定制出符合GNU/Linux標(biāo)準(zhǔn)的跨平臺(tái)的根文件系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)選擇使用飛思卡爾公司提供的L2.6.31_10.07.11_ER_source.tar.gz集成源碼包，在一臺(tái)安裝了Ubuntu 10.04操作系統(tǒng)的PC機(jī)上配置安裝LTIB[4]。其過(guò)程如下：

(1)解壓縮源碼包，執(zhí)行./install進(jìn)入安裝LTIB的命令提示。

(2)執(zhí)行./ltib進(jìn)入LTIB的配置界面。

(3)在LTIB配置Platform時(shí)選擇i.MX51平臺(tái)。

(4)配置Kernel時(shí)選擇CLAA WVGA Panel(LCD觸摸屏驅(qū)動(dòng))和SoC Audio support for IMX - SGTL5000(聲卡驅(qū)動(dòng))，其他保持默認(rèn)。

(5)將交叉編譯工具arm-none-linux-gnueabi-gcc加入PATH環(huán)境變量，在ltib根目錄執(zhí)行下述命令，交叉編譯Qt庫(kù)：

./ltib -m prep -p qt-embedded.spec

./ltib -m scbuild -p qt-embedded.spec

(6)執(zhí)行make install，在ltib下的rootfs目錄就會(huì)生成相應(yīng)的U-Boot、內(nèi)核和文件系統(tǒng)，將將其復(fù)制到目標(biāo)板的TF卡上。

3.2 架設(shè)NFS文件系統(tǒng)

為了簡(jiǎn)化調(diào)試過(guò)程和縮短開發(fā)周期，在Linux主機(jī)上建立了NFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了宿主機(jī)與目標(biāo)板的文件共享。開發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)化為：Linux主機(jī)編譯生成目標(biāo)平臺(tái)的可執(zhí)行文件→復(fù)制文件到NFS共享目錄→目標(biāo)板運(yùn)行程序，從而省去了重復(fù)制作鏡像、下載鏡像、重啟開發(fā)板等步驟，節(jié)省了大量的開發(fā)時(shí)間。目標(biāo)板的NFS啟動(dòng)信息如圖3所示。

4 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果

4.1 并發(fā)測(cè)試

并發(fā)測(cè)試主要用來(lái)測(cè)試多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)應(yīng)用程序、同一個(gè)數(shù)據(jù)記錄時(shí)是否存在死鎖或其他問(wèn)題。由于本系統(tǒng)是面向一個(gè)小區(qū)的住戶，因此系統(tǒng)的并發(fā)測(cè)試尤為重要。

數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)測(cè)試：室內(nèi)機(jī)開啟多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)中心機(jī)服務(wù)器，界面并不會(huì)因大量的數(shù)據(jù)操作而出現(xiàn)“凍結(jié)”現(xiàn)象，CPU占用穩(wěn)定，數(shù)據(jù)庫(kù)返回結(jié)果顯示正常。

信息發(fā)布測(cè)試：中心機(jī)開啟多個(gè)線程同時(shí)發(fā)送廣播信息，各室內(nèi)機(jī)接收正常，不會(huì)出現(xiàn)顯示錯(cuò)誤或“丟包”現(xiàn)象。

4.2 跨網(wǎng)段測(cè)試

考慮到小區(qū)用戶一般在幾百甚至上千，一個(gè)網(wǎng)段的IP地址不能滿足需求。為了檢測(cè)在不同網(wǎng)段下通信模塊能否正常工作，使用一臺(tái)華為S5300交換機(jī)(switch)和兩臺(tái)華為5200交換機(jī)搭建了一個(gè)小型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。如圖4所示，測(cè)試采用IPv4靜態(tài)路由，使不同網(wǎng)段的任意兩臺(tái)室內(nèi)機(jī)之間能夠互通。測(cè)試表明，分屬不同網(wǎng)段的室內(nèi)機(jī)之間，可視通話、信息互發(fā)等模塊均正常工作，從而驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)方案的可行性。

4.3 可視對(duì)講性能測(cè)試

可視對(duì)講性能測(cè)試主要是檢測(cè)室內(nèi)機(jī)終端中音視頻的采集、編解碼、收發(fā)和顯示。對(duì)于音視頻的采集、收發(fā)和顯示，可通過(guò)揚(yáng)聲器和LCD顯示直觀地檢測(cè)。而對(duì)編解碼的測(cè)試則比較復(fù)雜，本設(shè)計(jì)是從最長(zhǎng)時(shí)間、最短時(shí)間和平均時(shí)間三個(gè)方面來(lái)測(cè)試編解碼一幀音視頻所需要消耗的時(shí)間。i.MX51平臺(tái)上音視頻編解碼的性能測(cè)試如表1所示。

由表1可以看出，i.MX51平臺(tái)上能夠?qū)崟r(shí)地完成音頻和視頻通信，且音頻清晰、視頻流暢、失真度小，達(dá)到了可視對(duì)講對(duì)音視頻編解碼器的實(shí)時(shí)性要求。

本文采用Linux和Qt相關(guān)技術(shù)，在飛思卡爾公司i.MX51平臺(tái)上設(shè)計(jì)了一種多功能的智能家居控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了客戶端與服務(wù)器的Socke通信和音視頻同步傳輸?shù)群诵墓δ?。下一步還需要擴(kuò)展家電控制、安防控制等功能。

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