软件方案设计 - 基于3G网络的移动视频监控系统解决方案

　　3 软件方案设计

　　本系统选用嵌入式MontaVista Linux操作系统平台，其具有安全、稳定、高效率、高实时性等特点。本文系统软件采用模块化设计，从功能角度，其软件体系结构主要划分为以下五部分：采集模块、编码模块、3G 传输模块、GPS 卫星定位模块、设备监测模块。由于3G无线传输受到其带宽的限制，如何能保证视频图像质量和实时性尤为关键，因此，3G 传输模块是系统软件的核心部分。

　　3.1 采集模块

　　本模块主要完成视频的采集、图像格式转换。采用V4L2接口采集摄像头的视频数据，V4L2 是Linux 下开发视频采集设备驱动程序的一套规范，这套规范使用分层的方法给驱动程序开发提供了清晰的模型和一致的接口。应用程序处于最上层，V4L2 处于中间层，而硬件设备处于下层，从而通过驱动程序，应用程序对设备的操作如同一个文件一样，屏蔽了硬件设备的具体操作。

　　TVP5150 驱动程序以包含在Linux内核中，本设计是基于该驱动程序实现视频采集的，视频采集程序基本流程如图3所示。

　　

　　3.2 编码模块

　　本模块主要完成了OSD 字幕信息添加及图像的压缩编码。

　　设计中充分利用了Davinci 编解码引擎接口进行应用程序编程，对采集到的视频数据进行YUV 格式转换后，通过自己设计的OSD 字幕算法加入OSD 字幕信息，采用优化的TI 公司H.264 压缩算法，对完成处理的YUV4:2：0 格式数据进行帧间编码压缩。

　　OSD 字幕算法实现了在YUV 图像上面添加中英文字幕信息，并可设置字体的字和边界为两种颜色，以在不同背景色下清晰显示字体。其基本原理为根据字符的ASCII 从点阵字库中读入其点阵数据，进行一次外围边界像素点扩展，这样就可以判断每位数据中为1 的相邻8 个像素点对应位的值，为0则表示该点是字符的边框，为1 则表示该点是字符边框内的背景色。

　　3.3 3G传输模块

　　本部分主要完成视频数据及系统数据的3G 无线网络传输，用于支持视频监控及系统控制通讯等功能。设计中采用RTP/RTCP 协议配合使用，由于无线网络的不稳定性，加入了自适应帧码率处理机制及QoS 处理机制，保证了视频图像质量和实时性要求。其基本过程是压缩编码完成后，进行视频预存缓冲处理，对编码数据进行RTP 封包处理，然后经过USB总线传输到3G 模块中，通过无线网络进行发送；接收数据完成后，进行命令解析处理，判断是否有自适应或重传控制命令，实现动态调整帧码率以降低无线网络传输负载，或者通过预存缓冲机制提取出丢失视频数据，完成重传数据传输。

　　其3G 传输程序基本流程如图4 所示。

　　

　　3.4 GPS卫星定位模块

　　设计中使用GPS统一标准的NMEA（National Marine ElectronicsAssociation）协议完成通讯解析，其主要实现了对GPS卫星定位数据的解析处理，并实时传输到远程服务器软件上，以对本3G 无线移动监控系统平台实现其位置信息、速度信息、方向信息、可用卫星数及状态信息等进行实时监控显示，从而在地图上标定出移动平台的地理坐标、移动轨迹及其状态信息等。

　　3.5 设备监测模块

　　本部分主要完成系统控制命令解析及其响应，以实现对云台、镜头等设备的控制；各种报警事件的检测与处理，如视频丢失、视频遮挡、移动侦测报警等功能；系统运行状态检测处理，以实现系统运行出错或崩溃的自动重启、系统程序的自动升级、系统程序的恢复出厂设置等功能；系统运行权限及规则的检测处理，以实现对使用者的权限分级管理和操作规则的合法化。

　　4 结论

　　基于3G无线移动视频监控系统已经进入内部测试阶段并且功能强大，性能稳定，扩展性强，能够很好的在3G 无线带宽抖动中进行视频监控，为移动视频监控应用打下了坚实的基础，如移动警车监控系统等。本文提出一种基于TI DM6446 的3G 移动视频监控系统设计方案，并进行了系统硬件详细设计和软件模块化详细设计。该系统很好的解决了在视频监控前段OSD 字幕信息添加和无线带宽抖动的问题，从而使视频监控流畅稳定。