多功能網(wǎng)絡(luò)攝像系統(tǒng)的研究

多功能網(wǎng)絡(luò)攝像系統(tǒng)的研究

21世紀(jì)的人類社會是一個非常廣闊的社會，其中視頻、電話和視頻服務(wù)是多媒體應(yīng)用的實際應(yīng)用。同時,多媒體數(shù)字化技術(shù)在通信領(lǐng)域也取得了驚人的進(jìn)展。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用了MPEG-4的圖像壓縮技術(shù)1usb1.1主機(jī)端與主機(jī)端整個系統(tǒng)分為三個部分:前端采集電路、USB接口控制電路以及主機(jī)端,其連接關(guān)系如圖1所示。系統(tǒng)中CMOS圖像傳感器作為視頻信號的采集芯片,EZ-USBFX2作為USB控制芯片,并且為CMOS圖像傳感器芯片提供工作時鐘。E1.2中斷服務(wù)設(shè)計USB控制芯片的固件(FIREWARE)指USB芯片8051內(nèi)核的程序文件,其編寫語言可以采用C語言或匯編語言。在本系統(tǒng)中采用的工具是KeilC51。在本系統(tǒng)中固件主要完成下面3個過程:(1)初始化,包括處理器和數(shù)字圖像傳感器芯片的初始化。(2)主函數(shù),包括完成符合設(shè)備特定要求的代碼,如設(shè)置傳感器芯片的工作模式等。(3)中斷處理,包括處理各種中斷的代碼,如FX2的I在本系統(tǒng)中,FX2的功能除了實現(xiàn)USB接口控制外,其主要作用是根據(jù)分析SETUP數(shù)據(jù)包得到的設(shè)備請求,對CMOS芯片和鏡頭進(jìn)行控制,對CMOS芯片場同步信號引起的INT0中斷的響應(yīng)。對CMOS芯片的控制是通過I在INT0中斷服務(wù)子程序中當(dāng)設(shè)備收到設(shè)置數(shù)據(jù)時,中斷服務(wù)程序就設(shè)置一個全局標(biāo)志位為真,然后返回。當(dāng)主程序檢測到這個標(biāo)志位為真后,就調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)進(jìn)行分析和處理。這樣,將原本應(yīng)該由中斷服務(wù)程序處理的復(fù)雜事務(wù)工作,交給專門處理函數(shù)進(jìn)行處理,減輕了中斷服務(wù)程序的工作量。IFX2提供了豐富的中斷資源,除了內(nèi)置8051中的中斷資源外,FX2還為INT2和INT4提供了一個中斷向量表,表中有27個INT2(USB)中斷向量和14個INT4(FIFO/GPIF)中斷向量。因此,在設(shè)計中大部分工作都是通過中斷服務(wù)子程序來完成。22.1視頻編碼技術(shù)編碼部分的兩個主要模塊:(1)RGB向YUV空間轉(zhuǎn)換:將視頻圖像從RGB顏色空間(24色)轉(zhuǎn)換至YUV顏色空間(4∶2∶0格式)。(2)H.263編碼:H.263的編解碼如圖3所示。信源編碼器基于通用中間格式(CIF),使其可以同時應(yīng)用于625線和525線兩種電視標(biāo)準(zhǔn)。視頻編碼器對圖像的取樣次數(shù)為視頻信號場線的整數(shù)倍,取樣時鐘和數(shù)字網(wǎng)之間的關(guān)系是異步關(guān)系,提供可以和其它各種設(shè)備信號相結(jié)合的獨立的數(shù)字比特流。H.263編碼采用可減少時間冗余的幀間預(yù)測和可減少空間冗余的殘留信號編碼方法,它具有運動補(bǔ)償?shù)哪芰?并允許可選擇地在編碼器中增加這種技術(shù)。H.263運動補(bǔ)償采用的是半象素精度,而不是H.261建議中的全象素精度和循環(huán)濾波器。而對待傳送的符號采用了游程編碼。在針對連續(xù)動態(tài)圖像編碼時,將連續(xù)若干幅圖像分成信源編碼器的主要原理是預(yù)測塊變換和量化。信源格式信源編碼器對每秒發(fā)生30000/1001(大約29.97)次的圖像進(jìn)行操作,對圖像頻率的允許誤差為士50×102.2解碼重調(diào)節(jié)和逆離散余弦變換解碼部分主要有以下模塊:(1)YUV向RGB空間轉(zhuǎn)換:將視頻圖像從YUV顏色空間(4∶2∶0格式)轉(zhuǎn)換至RGB顏色空間(24色)。(2)H.263解碼。解碼與編碼的方法總是相對應(yīng)的,熵解碼為了解壓出系數(shù)值和運動向量信息,組成H.263碼流的變長的編碼。進(jìn)行解碼重調(diào)節(jié)是量化過程的反過程,系數(shù)被乘以一個在編碼端量化器同樣的標(biāo)量因子。然而,因為量化器丟棄了小的因子,重調(diào)節(jié)之后的系數(shù)值不再同原始的系數(shù)值相等。逆離散余弦變換(IDCT)是離散余弦變換(DCT)過程的反變換。它構(gòu)建了一塊采樣值,它們對應(yīng)于編碼器端運動補(bǔ)償生成的差值。運動補(bǔ)償差值被加到前一幀來重建區(qū)域信息。運動向量信息用來選擇正確的區(qū)域(在編碼器中使用相同的參考幀)。結(jié)果是一個原始幀的重建,注意它將與原始幀不同,因為量化過程是有損的。也就是說圖像的質(zhì)量會比原始幀差一些。重建的幀被放于一個幀存儲區(qū),而且它被用于對下一個接收到的幀進(jìn)行運動補(bǔ)償。33.1網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)傳輸在本系統(tǒng)中使用的是局域網(wǎng)內(nèi)點對點模式的網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸,它是基于VisualC++6.0平臺,適用于在局域網(wǎng)中點對點模式的網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)傳輸。首先在一端用攝像頭實時捕捉運動視頻圖像,然后進(jìn)行視頻格式的轉(zhuǎn)換(完成從RGB空間向YUV空間的轉(zhuǎn)換),而后輸入另一點IP。使用H.263標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)編碼,傳輸數(shù)據(jù)的同時同步進(jìn)行信息的交流,在另一端進(jìn)行解碼和視頻格式的逆轉(zhuǎn)換(完成從YUV向RGB空間的轉(zhuǎn)換),同時進(jìn)行視頻幀圖像的重建和輸出。點對點模式的網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖4。3.2點傳輸方式在本系統(tǒng)中由于視頻圖像的傳輸方式是點對點傳輸方式,所以控制信號也是點對點傳輸方式。由于單機(jī)已經(jīng)實現(xiàn)對攝像頭的控制,在此傳輸?shù)目刂菩盘柗譃閮煞N:鏡頭前移和后退,發(fā)送端根據(jù)需要發(fā)送相應(yīng)的信號,接收端接收到信號后控制鏡頭移動,這一部分和單機(jī)控制完全相同。4視頻圖像的編碼、傳輸基于USB接口的多功能網(wǎng)絡(luò)攝像系統(tǒng)通過USB接口獲取視頻圖像信息,然后在PC機(jī)上編碼,再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪慌_PC機(jī)上,最后解碼顯示。接收到圖像信息后根據(jù)需要發(fā)送不同的控制信號,另一端接收該控制信號調(diào)整攝像頭焦距。兩臺PC可以相互發(fā)送圖像信息,同時都可以通過發(fā)送控制信號控制對方的攝像頭調(diào)整焦距,從而得到滿意的圖像。系統(tǒng)中采用H.263編解碼技術(shù)實現(xiàn)了視頻圖像的編碼;視頻圖像傳輸使用的是基于VisualC++6.0平臺局域網(wǎng)內(nèi)的點對點模式的網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品潛在的巨大市場和可觀的經(jīng)濟(jì)效益,使我國有數(shù)百家公司及科研機(jī)構(gòu)參與該行業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)和銷售;但由于國內(nèi)的企業(yè)起步晚,技術(shù)較落后,使