一种视频传输系统的设计

1、一种视频传输系统的设计引言随着3G网络时代的正式到来，各种在3G网络平台上实施的技术得以大力的投入和研究，其中无线视频传输的技术也被列入众多网络技术里最热门的一项，同时，随着视频处理能力的不断提高，新一 代视频传输技术的研究被顺利成章的提出。我国现在已经拥有自己 3G网络标准，即TD-SCDMA是国际电信联盟的3G火伴项目（3GPP认可的 3G无线通信的三个标准之一，该技术采用不需配对频率的 TDDZ工模式以及FDMA/TDMA/CDMA/SC相结 合的多址接入方式，使用 1.28M chip/s的低码片速率，扩频带宽为 1.6MHz,同时采用智能天线、联合 检测、上行同步、软件无线电、接力切

2、换、动态信道分配等先进技术，具有相当高的技术先进性。由于无线网络的带宽十分有限，在TD网络模式下，无线网路的分组域数据业务在上行和下行速度上分别可以达到384Kbps和2.8Mbps，但是即使在这样的网络环境下，对于视频传输仍旧是一个极具挑战的难题，特别是在满足高清、流畅、信息量大的视频传输情况下，对视频压缩处理的技术也有很高 的要求。基于以上的分析，以及从处理能力、接口功能、软件支持以及成本的考虑，该方案选用海信生产的TM1902网卡作为视频数据传输通道。1系统方案总体结构根据功能把系统方案分为五大模块：视频采集模块、视频传输模块、无线通信模块、逻辑控制模块与电源模块。系统方案总体框图如图1

3、所示。摄像头_个人计算机TD-SCDMA(matlab 帧截 取、socket)USB 接口网卡(TM1902)通过指定ip地址下载数据到终端PC显示TD-SCDMA网络通过TCP/IP协议连接到in ternet 网络图1系统框图系统工作过程：首先从US摄像头把采集到的数字视频信号通过 matalab编程控制，转换成特定格 式的信号，经过处理的数字信号由通信模块 TM1902( USBq或UART口)传送到PC机或In ternet互联网 上，整个传输过程的实现通过 Visual C+6.0编程控制实现。2 TD-SCDMA网卡的功能、原理本文用到的TD-SCDM网卡型号为TM1902,其核

4、心由基带处理单元、射频处理单元、协议栈模块和 应用软件模块组成， 具有TD-SCDMA/GSM(GPRS)模无线传输功能，该网卡采用了 Analog Devicesnc. 公司ASIC终端芯片组，该芯片组集成度高，处理能力强大，支持TD-SCDM到GSI模式的自动切换，TD-SCDM模式下，分组域业务上下行速率可以分别达到384Kbps和2.8Mbps，GS模式下，GPR多时隙能力达到class10,下行速率最高可到85.6Kbps。其功能模块图如图2所示。图2 TM1902功能结构图网卡的设计遵循了 TD-SCDM标准，工作频段为2010MHz- 2025MHz工作电源3.6伏，数据传送采用

5、AT命令集，对外围控制模块和 PC机提供标准的US腹口。网卡核心部位结构框图如图3所示。图3网卡内部结构框图在网卡内部结构中，射频模块通过天线与基站Node B进行射频信号的收发，经过处理后的信号送到ADCS行抽样量化处理后送到 DSP模块中进行数字信号处理，解读出基站的信息， 并将这些信息通过USE口发送给控制系统；同时将提取出基站的帧同步信号送与控制系统。同时，它将控制系统发送的控制信息，通过TD无线传输方式上传给基站。3视频采集模块主要功能是视频采集，即对现实中的实物进行采集，实现光电转换，并转换成数字信号。现行主 要的图像采集方式有 CCD（电荷耦合器件）采集和CMO睬集，本设计采用

6、CMO方式，对130万像素摄 像头进行视频捕捉。由于TD-SCDMA网络带宽及传输速度的局限性，高数据率的视频传输存在一定困难。而视频压缩 编码处理较为复杂，本设计选择利用MATLAB编程进行视频的帧截取操作，传输以近似于图片流的形式显示出来。在本研究设计中，考虑到TD-SCDMA络传输带宽的限制，在视频采集部分对数据进行一定得提取压缩编码处理。经测试，通过MATLAB编程截取的JPEG格式的图片像素为 640*480,数据大小约为2931KB,经过计算可得每幅图片的数据率为240kbit，又因TD-SCDMA络的传输速率为 384kbit/s可知若要传输一幅完整的 JPEG实时截取图像需要

7、1.95秒。视频数据若要在接收端显示近似于连贯， 至少需要每秒钟传送 20幅图像，但本设计未对图像进行压缩处理，故设定截取参数为2秒/幅。本设计在MATLAB编程中，定义了 3个有效按钮。预览按钮可以实现对于视频摄像头的自动搜索并连接；点击开始捕获按钮，程序将会按照设置好的时间间隔进行视频帧截取操作；点击停止捕获按钮，程序结束截取，截取后的图像，默认保存在.m文件所在的文件夹中。用 MATLAB现对视频信号采集的流程图如图4所示,程序运行后界面如图 5所示。I f|H 护中比 * 沖 PPE 0C! fu._5iqrfw I.叫51#* li FW*1“订怦W. ri ：urr! m i iu

8、 (shevl-tn图5运行界面图4视频帧截取流程图4视频传输模块视频传输的实现主要采用软件编程的方式实现，本设计主要通过VC+啲Socket编程实现，负责对采集到的图像信息进行传输， socket协议是面向客户/服务器模型而设计的， 针对客户和服务器程 序提供不同的socket系统调用。客户随机申请一个 socket，系统为之分配一个 socket号；服务器拥有全局公认的socket，任何客户都可以向它发出连接请求和信息请求。启动服务器，选择存盘模式后点击启动服务按钮，调用void CServerDlg:O nOK()函数，此函数中有InitSock() 句，调用函数 void CServe

9、rDlg:InitSock()，其作用是初始化通信。 服务器端 SOCKET的建立过程语言描述：1. 建立 socket : m_hSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)；2. 填充地址结构 sockaddr_in addr :addr.sin_family=AF_INET表示在 INT 上通信 addr.sin_addr.S_un.S_addr=INADDR_ANY绑定IP，即服务器IP。addr.s in _port=ht on s(m_iPort)端口3. 监听：ret=listen(m_hSocket,10)监听是否有客户端的连接。4. 接受：SOCK

10、ET s=accept(pDlg-m_hSocket,NULL,NULL)建立连接。Socket建立连接简要流程如下图6所示：图6 socket建立流程图部分实现代码介绍(最好用软件流程图)：1)发送消息：Send函数的作用是将数据块按一个消息发送，参数pch即为发送的消息，nSize为消息长度，nSecs可以限制操作时间。如果客户方取消读操作，则返回值将小于指定消息长度。int CBlock in gSocket:Se nd(c onst char* pch, const int n Size, con st i nt n Secs)ASSERT(m_hSocket != NULL);FD_

11、SET fd = 1, m_hSocket;TIMEVAL tv = n Secs, 0;if(select(0, NULL, &fd, NULL, &tv) = 0)throw new CBlockingSocketException(发送超时 ); if(int nBytesSent = send(m_hSocket, pch, nSize, 0) = SOCKET_ERROR)throw new CBlockingSocketException(发送 ); return nBytesSent;2) 接收消息：Receive 函数的作用是与发送消息对应的，可以将接收到的消息重组为数据块。i

12、nt CBlockingSocket:Receive(char* pch, const int nSize, const int nSecs)ASSERT(m_hSocket != NULL);FD_SET fd = 1, m_hSocket;TIMEVAL tv = nSecs, 0;if(select(0, &fd, NULL, NULL, &tv) = 0)throw new CBlockingSocketException(接收超时 ); if(int nBytesReceived = recv(m_hSocket, pch, nSize, 0) = SOCKET_ERROR)thro

13、w new CBlockingSocketException(接收 ); return nBytesReceived;5 结束语本设计采用了 TD-SCDMA网卡作为视频传输的平台，通过MATLAB和VC+编程成功达到了预期的结果， 在接入 Internet 互联网的选择方式上选用公网接入方式， 这样防止了因局域网的路由被封锁， 而无法识别出接收端服务器的 IP 地址。该方案结构合理，各个部分模块功能明确，为未来各种基于 3G网络的无线视频传输技术的研究提供了很好的基础和参考信息，可广泛应用于无线的监控系统， 如家庭安全信息、办公室管理环境、校园机房等。参考文献1 段玉宏，等.TD-SCDMA无线系统原理与实现M.北京：人民有点出版社，2007.2 朱冬照，罗建迪，汪丁鼎，等 .TD-SCDMA无线网络规划设计与优化M.北京：人民邮电出版社， 2