基于Hi3510和无线发送模块的视频传输设计

近几年，嵌入式无线联网领域发送数据大都基于802．x或WI-FI技术，并用无线网卡或无线路由器实现。目前也出现了基于手机无线发送数据的嵌入式相关设计，但大都是基于2．5G技术的短信方式的监控设计。在此基础上设计了一个嵌入式Linux系统下基于3G无线发送模块的视频图像传输系统。采用SOC高性能视频编解码器Hi3510，具备强大的视频处理功能，实现D1画质的实时编码及传输。因此，该系统设计实现了在3G移动网络上传输视频。

1 系统总体设计
    选用Hi3510作为对视频数据的编码处理，选用DTM6211无线模块对视频数据进行发送处理。图l为系统工作原理框图，其整体工作原理是：摄像头采集的数据通过PAL制的CVBS信号输入工作在主模式TW2834芯片中，经A／D转换后，由BT．656接口接收转换为CIF格式的信号，并
通过AHB总线把接收到的图像数据存入到外存SDROM；Hi3510读取外存中视频数据，进行H．264编码，包括帧内预测、帧间预测、DCT变换、量化、熵编码等，得到编码后裸码流存储到外设中；将外设中视频数据通过USB端口经测试板发送到无线模块中，其中关于无线模块的UDP数据传输设置控制工作是通过Hi3510的RS232接口经测试板发送AT指令控制，而后无线模块将数据封装成符合UDP格式的IP数据包，最后利用PS业务发送到网络上。

2 系统硬件设计
2．1 视频处理模块
    视频处理模块远端摄像头采集视频信号，模拟视频信号通过CVBS信号格式输入TW2834，TW2834是一个视频控制器，内嵌PAL／NTSC视频解码器，彩色控制器和PAL／NTSC视频编码器，主要完成模拟信号到数字信号的转变。解码后，转换成的数字信号通过BT656接口输入到Hi3510处理器进行H．264编码。
    视频处理模块采用Hi3510，该器件是一款基于H．264BP算法的视频压缩芯片，它采用ARM+DSP+硬件加速引擎的多核高集成度的SoC构架，具备强大的视频处理功能，可实现DVD画质的实时编码，能自适应各种网络环境，确保画面的清晰度和实时性，低码率的H．264编码技术极大减少了网络存储空间，并通过集成DES／3DES加解密硬件引擎确保网络安全。图2为Hi3510逻辑框图。

    Hi3510内部包含一系列提高编解码速度的视频编解码协处理器，视频编解码部分完成图像的运动估计／补偿、DCT／IDCT变换、量化／反量化、zigzag扫描和环路滤波。最后将编码的视频数据存储在外存SDROM中。
2．2 视频发送模块
    图3为无线发送模块内部原理框图。DTM6211是60针0．5mm间距的板对板连接器和一个天线连接器，与天线连接器相匹配的线缆可实现与天线MHF Plug Cable Assembly的连接。串口通信采用RS232，可以与Hi3510串口相连接，模块采用5线制接法，默认开启硬件流控。USB接口可以作为通讯口和调试口，作为USB Device设备，遵循USB2．O协议规范，最高速率支持FULL SPEED(12 Mb／s)。发送部分采用SMA(FEMALE)接口馈入天线，外接天线采用棒状天线。

DTM6211接口有2个UART接口，使用UART1作为Hi3510的AT指令接收端口，传输速度设定为115 200 b／s。其UART1信号定义如表1所示。模块的USB接口作为通信口，用于视频数据的传输，其接口信号定义如表2所示。

2．3 模块硬件连接
    Hi3510和DTM6211之间通过测试板连接，测试板主要作用是连接Hi3510和DTM6211的USB及UART端口，起到一个物理接口转换作用，同时也起到存放USIM卡的作用。USB和UART之间的连接，只需把Hi3510板的USB口和RS232接口连接到测试板对应接口，DTM6211插针接口直接插到测试板上。其中测试板中主要部分USIM卡的硬件电路如图4所示。

    DTM62ll模块的射频接口包括一个天线连接器，通过线缆实现与外部天线的连接，天线连接器采用I-PEX公司的20279-001E-01，连接线缆采用苏州万旭电子HM5A-12289-A1DE的50 mm的长双端子线缆，天线连接器端Plug CableAssembly使用MHFⅡPlug Cable Assembly。

3 系统软件设计
3．1 操作系统与驱动设计
    选用Hi3510自带嵌入式Linux-2．6．14内核操作系统，开发前需要搭建开发环境，可以安装一款Fedoral 9．0服务器，同时建立交叉编译器、安装SDK包。SDK是基于Hi3510视频评估板的软件开发工具，包含了在Linux相关应用开发时使用的各种工具，是用户开发中最基本的平台软件。Bootloader采用uboot-1．1．4初始化硬件设备并通过网口下载Linux内核。内核通过make menuconfig配置可实现系统的量身定做，去除与本系统无关部分，缩减内核，最后将配置后的内核使用mkimage工具做成映像文件，通过网口下载到Hi3510中。
    无线发送模块通过重新配置内核Usb Serial Driver选项可实现其在内核的驱动部分，但需把Usb Driver的PID和VID设置成本模块的ID，重新编译便可支持无线发送模块。
    ID更改步骤如下：
    首先进入linux-2．6．14＼drivers＼usb＼serial，打开文件option．c，在其中定义两个宏(DTM6211的VID：0x1AB7 PID：Ox6000)：
   

3．2 视频处理软件设计
    视频处理软件主要是对采集过来的视频数据进行H．264压缩，编码中涉及的参数需调用SDK提供的API进行配置，其中包括图像组长度(GOP)、编码帧率(帧／秒)、量化参数(maxqp)、比特率(b／s)和用户数据的插入等，然后将压缩过的裸流，发送到USB端口。其中为了提高压缩率将GOP设置15；为了减少网络数据流量将编码速率设置8帧／秒；量化参数的数值选择在30～40之间，其设计总流程如图5所示。

    其中关于配置摄像头部分，open()打开／dev／misc／tw2834dev摄像头设备文件，完成normal为PAL制式，mode为GIF格式的选择；配置输入公共属性部分，首先打开视频编码器，并关闭视频输入通道，然后完成工作模式为从模式，VIU与A／D转换器的接口类型BT656，通道分布模式4路CIF，BT656为场模式，视频消耗内存为1Ox1 024x1 024等设置工作。
    VSTART输入通道号之后需要创建一个线程，完成后续数据的存储和转发，使用pthread_create()函数，随后执行线程venc_start()，其核心程序如下：


3．3 无线模块控制设计
    无线模块DTM6211内提供TCP／IP协议栈，可利用PS业务通道发送IP包，以AT指令配置和控制TCP／IP协议栈。利用APP处理器配置TCP／  IP相关环境，注册UDP端口，APP处理器将要发送的数据直接发给模块，由模块将数据封装成符合UDP格式的IP包，然后利用PS业务通道发送给3G网络。其控制流程如图6所示。

    开机初始化部分，主要完成激活SIM卡、TCP／IP协议栈和注册网络工作；激活场景移动部分主要完成PDP和context的参数设置，包括配置使用IP协议，申请上行速度1．5 MB／s，建立用户面的分组传输路由。在完成以上初始化工作后，需要建立监听端口号为13000，指定UDP模式下要发送数据的目的地址218．18．141．79和端口号3000，最后还需要指定发送的字节数。数据发送完成后，释放UDP端口号等相关资源。

4 结论
    采用Hi351O+Linux方案，其自带的SDK开发包使得应用程序开发的难度降低，同时Hi3510本身采用了ARM+DSP+硬件加速引擎的技术，具备强大的视频处理功能，具有低成本，低开发难度优点。配合DTM62ll无线发送模块，通过AT指令对数据进行UDP打包，最终将视频数据包发送到3G网络上。测试结果表明，受网络环境影响数据的上行传输速率为150～200 KB／s。该系统可用于远程网络监控的应用，相对于2．5G技术的短信监控方式，使用者可以获得更多有效的信息。