远程监控测量系统中视频压缩的设计与实现

唐聪

摘要:本文设计一种视频压缩系统,应用于远程监控系统中视频数据的传输与处理。该系统硬件平台采用ARM处理器为核心,软件部分完成H.264编码库的移植,最终通过网络传输将压缩处理后的数据发送到远程上位机进行解压和显示。

关键词:视频压缩移植ARM

中图分类号:TP277 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(b)-0013-01

1 设计结构与基本原理

该系统通过CMOS相机采集现场数据,将采集到的视频数据通过网口传输给ARM 架构的主处理器上,在SDRAM中以H.264标准对视频信号进行压缩处理,最后按照UDP包的格式打包,将数据发送到远程上位机进行计算与处理。系统构成框架图如图1所示。

2 系统的实现

2.1 系统平台的搭建

本文选择S3C6410作为该系统主处理器,S3C6410是由三星公司推出的一款低功耗、高性价比的RSIC处理器,它基于ARM11内核(ARM1176JZF-S),主频667M,可广泛应用于移动电话和通用处理等领域。外部ROM采用64M Nand flash 和64M SDRAM 分别用于系统和数据的存储等功能。为了实现对视频数据的采集以及压缩传输,在硬件平台的基础上移植Linux内核,裁剪Linux2.6.28内核,保留内核对TCP/IP协议的支持,并在基于Linux内核的嵌入式系统上完成相机驱动、视频采集应用程序的编写以及H.264视频编码库的移植。采用UBOOT引导内核,文件系统采用cramfs,使其操作简单、速度快、节约内存空间。最后为嵌入式系统添加网口芯片DM9000驱动吗,至此整个系统的硬件平台搭建完毕。现场数据经过采集,编码,最终被处理器通过网口协议发送给远程上位机。

2.2 基于H.264编码库的视频压缩

为了达到较高的编码效率,本文选用第三代视频编码标准H.264。在同等条件下,与MPEG-4 ASP编码标准相比较,H.264压缩的数据占用空间小,节约50%的码流,而且在此前提下并不影响图像的质量,即高质量视频流压缩。假如原始大小为88GB的视频文件,若使用MPEG-2压缩过后大小为3.5GB,其压缩率为25∶1,换成H.264编码后文件大小则为879MB,它的压缩率将高达102∶1。不但如此,H.264能够更好的运用于网络传输的领域。它采用内容自适用可变长编码(CAVLC)和内容自适用二进制算术编码(CABAC),作为纠错编码,具有较强的抗误码特性,可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。(图1)

H.264标准的编码如图2:它采用基于块的混合编码模式,其基本思想是通过对帧间和帧内预测确定出视频序列中的时间和空间冗余,然后通过固定算法的变换和量化编码来消除频域冗余。H.264视频编码相对于其他的编码标准,在一定模式下提高了视频压缩编码性。

3 测量与结果

经过大量的分析、计算和论证,本文提出的设计系统符合大部分的远程监控测量系统的应用标准,实际应用于激光测量系统的远程监控,使得该系统性能得到了较大的改善。本文设计中,编解码过程全部应用H.264标准,经测试,监控系统再接收数据和发送控制指令时具有较快的响应速度。

4 结语

本文采用当前主流的嵌入式微处理器S3C6410,借鉴传统的视频压缩处理方案的基础上,加大容量的FLASH 芯片存储,移植较高版本的linux内核,使得本系统具有通用性、安装方便、稳定、可靠、成本低等优点,拥有相当广泛的应用前景。

参考文献

[1] 周怡,吴昊,方向忠.针对硬件实现的H.264视频编码算法改进[J].电子技术应用,2004,7(12):110-112.

[2] 李驹光,聂雪媛,江泽明,王兆卫.ARM应用系统开发详解[M].清华大学出版社,2003.

[3] 杜春雷.ARM体系结构与编程[M].清华大学出版社,2003.

[4] 熊茂华,谢建华,熊昕.嵌入式Linux C语言应用程序设计与实践[M].北京:清华大学出版社,2010.