多路嵌入式H.264視頻服務器的設計

1 引　言

隨著計算機網(wǎng)絡和視頻壓縮技術(shù)的快速發(fā)展，多媒體技術(shù)的研究和應用受到了越來越多的重視，其中視頻服務器的發(fā)展尤為迅速，特別是嵌入式視頻服務器[1][2]，由于具有體積小，安裝靈活的特點，只要能接入到Internet, 它就可以為任何授權(quán)的用戶提供實時的視頻監(jiān)控服務，避免了鋪設專門線路進行視頻信號傳輸?shù)陌嘿F費用。

基金項目：河南省高校杰出人才創(chuàng)新工程項目資助 (2005KYCX003)

嵌入式視頻服務器是一種能提供視頻采集，視頻數(shù)據(jù)壓縮，網(wǎng)絡傳輸功能的一種多媒體信息服務器。其傳輸處理的是視頻流，而視頻傳輸具有實時性高、數(shù)據(jù)量大等特點，它需要滿足以下三點要求：一：高帶寬，高帶寬保證大數(shù)據(jù)量的多媒體數(shù)據(jù)傳輸效率；二：支持QoS，保證傳輸?shù)馁|(zhì)量、資源預留；三：支持多種傳輸方式。由于嵌入式環(huán)境資源的限制，在視頻數(shù)據(jù)的實時性傳輸和圖象質(zhì)量方面，其QoS一直得不到保證。特別是多路的情況，實時視頻的傳輸質(zhì)量隨路數(shù)的增加會急劇下降。嵌入式視頻服務器性能的瓶頸主要在于視頻數(shù)據(jù)的傳輸上，因此縮短視頻數(shù)據(jù)的傳輸時間就能提高視頻服務器的性能?？s減視頻數(shù)據(jù)的傳輸時間可以從兩個方面入手：一：減少視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘俊Ｖ饕ㄟ^采用高性能的壓縮編碼技術(shù)來減少傳輸?shù)男畔⒘?。二：采用適合多媒體數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議?？紤]到嵌入式的系統(tǒng)資源及其寶貴，故我們選用了目前編碼效率最高的H.264[3]技術(shù)和專門為傳輸多媒體數(shù)據(jù)的RTP[4]傳輸協(xié)議設計了本文這套系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，該嵌入式視頻服務器在不影響圖象質(zhì)量的前提下，能夠比以往的視頻服務器占用更低的帶寬。

2 系統(tǒng)的硬件組成

我們在設計中采用了HHARM2410嵌入式開發(fā)套件，它由核心板和底板組成，核心板上集成Samsung S3C2410 處理器（203M 的主頻，100M的總線速度），64M SDRAM以及16M 的FLASH。底板上提供以下外設接口：一個四線RS-232 串口，一個USB HOST接口，一個10M/100M自適應以太網(wǎng)接口，一個TFT LCD接口, 一個觸摸屏接口。操作系統(tǒng)采用裁減過的嵌入式Linux。該嵌入式視頻服務器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 嵌入式視頻服務器硬件組成

應用程序通過編碼器模塊采集H.264視頻流,按照RTP協(xié)議實時打包,并通過以太網(wǎng)接口 實現(xiàn)實時流傳輸( IP Streaming) 。另外還可以擴充一塊802. 11b /g無線模塊,來達到無線網(wǎng)絡傳輸?shù)哪康?并可通過IDE接口擴充一塊IDE硬盤作為本地H.264視頻圖像存儲之用。

3 服務器軟件設計

服務器是整個系統(tǒng)的核心，它工作在嵌入式Linux平臺上，嵌入式Linux是標準Linux經(jīng)裁減得到的，同Linux一樣，具有穩(wěn)定，安全，高效率，實時性好等優(yōu)點。服務器端采用模塊化設計，從功能角度，服務器端的軟件體系結(jié)構(gòu)可劃分為5個模塊：采集模塊，編碼模塊，網(wǎng)絡傳輸模塊，存儲模塊，設備控制模塊。其體系結(jié)構(gòu)如圖2所示：

（1）采集模塊，主要完成視頻的采集，圖像格式的轉(zhuǎn)換，在此處設定采集的圖像格式為YUV。采用Linux的v4l[5]來實現(xiàn)，v4l是Linux中提供的一個音視頻接口規(guī)范，所有的音視頻設備的驅(qū)動編寫要用到這些接口。