基于ARM Linux的無線音視頻對講系統(tǒng)

　　隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡化時代的到來，尤其是寬帶無線網(wǎng)絡的發(fā)展，為音視頻這樣大數(shù)據(jù)量傳輸業(yè)務在無線網(wǎng)絡上的應用提供了契機。同時由于音視頻獨特的感官特性，使其相關的應用需求也變得越來越迫切。無線多媒體是多媒體和移動通信這兩個領域的技術相互融合的產(chǎn)物，成為當今通信領域的一個熱點。鑒于Linux內核的開源性，采用其作為操作系統(tǒng)，從而使整個系統(tǒng)具有更好的實時性和穩(wěn)定性。整個系統(tǒng)以ARM11為核心處理器、采用新一代視頻編解碼標準H.264進行編譯碼，并通過無線網(wǎng)絡傳輸音視頻。它充分利用S3C6410微處理器內部集成的多媒體編解碼器(Multi-Formatvideo Codec,MFC)，有效提高了系統(tǒng)的性價比。整個系統(tǒng)為無線多媒體音視頻的傳輸提供了一個好的解決方案，可廣泛應用在遠程監(jiān)控、視頻電話等各種領域，具有較好的實用價值和推廣應用前景。

　　1. 系統(tǒng)總體方案設計

　　通信雙方系統(tǒng)中音頻和視頻采集模塊負責采集模擬信號，并將采集到的音視頻數(shù)據(jù)送到音視頻管理模塊，經(jīng)過壓縮處理，再加上數(shù)據(jù)包頭一起由WiFi發(fā)送到對方;對方接收到數(shù)據(jù)后，經(jīng)過相關處理，判斷音視頻幀類型，再送往解壓縮處理模塊，恢復出音視頻數(shù)據(jù)。通信雙方設備均包含嵌入式音視頻管理模塊和無線收發(fā)模塊。無線WiFi 收發(fā)模塊運行在2.4 GHz 頻段，符合IEEE 802.11b無線局域網(wǎng)協(xié)議標準。

　　2. 系統(tǒng)硬件設計

　　系統(tǒng)硬件設計以ARM11 為核心微處理器，主頻為532 MHz,能夠滿足實時處理的要求，其內部集成有256 MB SDRAM、2 GB FLASH、音頻錄、放音接口、Camera視頻接口、無線WiFi接口、LCD接口、SD卡接口等，同時以開源的Linux 2.6.28 為內核，yaffs2 為根文件系統(tǒng)，Qtopia 4.4.3 作為用戶界面，為開發(fā)調試和系統(tǒng)設計提供了良好的平臺。

　　2.1 音視頻采集模塊

　　音頻采用處理器內部集成的IIS(Inter-IC SoundBus)音頻接口和WM9714音頻芯片。IIS是飛利浦公司為數(shù)字音頻設備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸而定制的一種總線標準。在飛利浦公司的IIS標準中，既規(guī)定了硬件接口系統(tǒng)，也規(guī)范了音頻數(shù)據(jù)的格式。基于此硬件及接口規(guī)范，實現(xiàn)了集成音頻輸出、Linein輸入和Mic輸入功能。

　　視頻采集使用的是OV9650CMOS攝像頭模塊，分辨率高達130萬像素，可直接與OK6410開發(fā)板的Camera接口相接。適用于高端消費類電子產(chǎn)品、工業(yè)控制、車載導航、多媒體終端、行業(yè)PDA、嵌入式教育培訓、個人學習等。其結構較簡單，提供硬件驅動程序，便于使用和調試。

　　2.2 無線傳輸模塊

　　本系統(tǒng)的無線傳輸模塊采用工作在2.4 GHz 公共頻段的WiFi模塊來實現(xiàn)，它遵循IEEE 802.11b/g網(wǎng)絡標準，可用于在后期開發(fā)中將終端接入Internet,其最高數(shù)據(jù)率為54 Mb/s,支持WinCE、Linux 系統(tǒng)。室內通信距離可達100 m,室外開闊地可達300 m。只需要對ARM-Linux操作系統(tǒng)進行簡單的配置就可以由以太網(wǎng)連接模式轉化為雙機通信AD-HOC模式，在系統(tǒng)啟動之后，設計了基于Qt的窗口設計，方便切換連接模式。

　　選用WiFi具有很好的可擴展性，可以通過無線路由器的WiFi連接到廣域網(wǎng)，具有很好的應用前景。同時大多數(shù)手機等終端設備具有WiFi功能，后期還可以將軟件升級至Andriod系統(tǒng)，方便開發(fā)和移植。它減少了音視頻實時傳輸?shù)拈_發(fā)成本和周期，也給現(xiàn)代移動通信提供了一種新的音視頻通信方式。

　　WiFi的驅動配置好后，應用層和以太網(wǎng)接口模式編程完全相同。由于此設計音視頻數(shù)據(jù)量較大，不宜采用UDP,因為當數(shù)據(jù)量過大或傳輸信號不好時，UDP會嚴重丟包，所以最終選擇面向連接的TCP傳輸協(xié)議，保證了系統(tǒng)音視頻有效傳輸。由于TCP是應答時式傳輸數(shù)據(jù)，在局域網(wǎng)內，無需考慮TCP丟包問題，為實現(xiàn)系統(tǒng)功能提供了可靠的保障。

　　3. 軟件設計

　　軟件分為用戶界面設計和數(shù)據(jù)處理、傳輸?shù)饶K的設計。

　　3.1 基于多線程的軟件總體設計

　　系統(tǒng)軟件架構如圖1 所示，它是音視頻單向采集、壓縮、傳輸、接收、解壓縮、處理回放音視頻流控制過程，各個模塊采用線程處理，由信號量處理線程間優(yōu)先級構成循環(huán)的線程，有效地處理了音視頻數(shù)據(jù)流。系統(tǒng)各功能模塊化，便于修改和移植，代碼簡短精悍。

　　圖1 軟件架構