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摘要：在互联网技术日益发达的今天，视频会议已经成为人们进行信息交流和传递的重要手段和工具，如何在有限的网络资源环境下，满足视频会议的实时性、连续性、安全性、扩展性、可维护性等方面的要求，已成为视频会议系统开发所关注的焦点。基于此，文章分析讨论了一种以嵌入式技术为基础的通用性强且高性能嵌入式视频会议系统。
关键词：视频会议系统设计；视频音频数据；传输
网络视频会议系统是利用视频技术和IP数据通信技术，通过IP网络在两点或多个地点之间建立可视通信，实现图像、语音及数据交流的一种会议形式，可以帮助使用者对工作中的各种信息进行处理，如共享数据、共享应用程序等，从而构造出一个多人共享的工作空间，能够产生很好的经济效益和社会效益，其应用和推广也得到了飞速发展。但在视频会议为人们带来便利的同时，也存在着一定的问题。常见的视频会议系统普遍存在传输距离有限，实际布线量大，数据存储量大且模拟图象质量不高等缺点。嵌入式系统是一种以应用为中心和以计算机技术为基础的，并且软硬件是可裁剪的，能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统，其处理器的处理能力在近几年也得到了不断的增强，越来越多的便携式移动终端开始采用嵌入式技术进行设计。将嵌入式技术引入视频会议系统，通过以太网以及其他网络传输视频音频数据，是当下视频会议首选的解决方案。
1 系统方案论述
本文要讨论的是一个以嵌入式技术为基础的通用性强且高性能嵌入式视频会议系统，该系统由USB摄像头采集前端，音频采集模块，嵌入式硬件平台，WIFI模块4部分组成。USB摄像头采集前端用来采集图像视频数据，然后对采集来的视频数据采用MJEPG算法进行压缩处理，同时通过音频采集模块对本地的声音信息进行收集，再通过WIFI模块将数据信息传输出去。该系统总体架构如图1所示。
2.1.1 usb摄像头电路设计
该系统所采用的摄像头是UVC（USB video class）摄像头，只需要标准的USB接口就可以使用，USB电路如图3所示。
2.1.2 WIFI无线网卡模块WIFI
无线网卡方面则选择普联公司生产的型号为TL-WN321G+WiFi无线网卡，此无线网卡总线接口采用USB方式，内置智能天线，可以提供可靠，快速的无线访问能力，最大发射功率20dBm，工作频率范围2.4GHz～2.48GHz，在环境尚佳的情况下覆盖范围室外最远可达到300m，室内最远可达到100m。
2.1.3 UDA1341音频处理模块
音频处理模块选用的飞利浦公司的UDA1341，它支持I2S总线的音频系统结构，该芯片集成语音放大，滤波，采样，A/D，D/A等转换功能与一体。可以通过编程控制对语音信号的数字化处理。主要使用S3C2440的I2S总线接口和L3接口，I2S总线接口采用DMA的数据传输方式，L3接口主要是用来控制UDA1341的。
2.1.4 自主底板设计
底板电路设计部分是整个硬件电路设计的关键部分，同时具备高频电路和数字电路的特点。为了将印刷电路板上的噪声干扰降到最低。在该设计中，采用了以下8个方面的电路板抗干扰设计技术：
（1）电源和地线采用粗导线，降低毛刺噪声影响。
（2）地线构成死循环回路，从而减少地线电位差。
（3）布局时采用模块化的方式。
（4）布线时将数字地和模拟地分开走线，最终连接到电源的地端。
（5）布线时尽量避免90°折线，减少高频噪声发射。
（6）滤波电容放置在芯片的背面，尽量靠近芯片电源和地的引脚。
（7）晶振布置时尽量靠近芯片引脚，晶振外壳接地并固定，同时时钟区用地线隔离起来。
（8）布线结束后，对焊盘做泪滴处理，以增强信号的稳定性。
2.2 系统软件设计
软件部分，整个软件系统建立在硬件的平台基础上，根据硬件平台的配置和特性，来对软件系统进行配置和裁剪，软件具体结构图如图4所示。
V4L2接口提供2种方式进行视频数据采集。一种是read（）直接读取方式，不断的在内核空间和用户空间拷贝视频数据，虽然这种方式使用较为方便，但是占用了大量的用户内存空间，效率不是很高。另一种方法是mmap（）内存映射方式，将申请到的内核缓冲区地址通过mmap函数映射到用户空间，这样就可以直接对内核缓冲区的数据进行处理了，这是一种相当有效的方式。
采用的设计方案为第2种内存映射方式。首先定义两个传输队列，分别为输入队列和输出队列。输入队列主要负责视频数据的接收存放，输出队列则负责将存放入缓冲区的视频数据驱动出去。
2.2.3 图像压缩算法
MPEG是压缩运动图像及其伴音的视音频编码标准，它采用了帧间压缩，仅存储连续帧之间有差别的地方，从而达到较大的压缩比。MPEG现有MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4等3个版本，以适应于不同带宽和图像质量的要求。MPEG-1是针对1.5Mbit/s以下数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音编码设计的国际标准，主要用于在CDROM存储彩色的同步运动视频图像，它针对SIF标准分辨率（NTSC制为320像素×240像素；PAL制为352像素×288像素）的图像进行压缩，每秒可播放30帧画面，具备CD（指激光唱盘）音质。MPEG-2是针对3Mbit/s～10Mbit/s的数据传输率制定的运动图像及其伴音编码的国际标准。MPEG-2作为MPEG-1的兼容扩展，它支持隔行扫描的视频格式和许多高级性能包括支持多层次的可调视频编码，适合多种质量如多种速率和多种分辨率的场合。它适用于运动变化较大，要求图像质量很高的实时图像。
MPEG-4是针对一定比特率下的视频、音频编码，而且更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。它有效的解决了图像和容量的问题，是目前视频监控领域一个较好的选择。其远程传输的参数为：图像标准358x288；帧容量0.8kbit/s～2.5kbit/s；实时性20kbit/s～62.5kbit/s。
该系统由于硬件条件的限制，为了达到视频会议的效果采用基于MJPEG算法进行视频压缩。它的主要特点是动态地使用JPEG算法，基本不考虑视频流中不同帧之间的变化，只单独对某一帧进行JPEG压缩，画质比较好，能产生高质量、全屏、全运动的视频、每帧可以任意存取，可以动态调整帧率、分辨率，而且其编码相对比较容易实现。
2.2.4 ALSA声卡驱动的设计
ALSA表示高级Linux声音体系结构（Advanced Linux Sound Architecture）。它由一系列内核驱动，应用程序编译接口（API）以及支持Linux下声音的实用程序组成。Linux内部声卡驱动并没有得到积极维护，导致其落后于新的声卡技术，而ALSA驱动很好地解决了这一问题。在linux2.60.30.4内核中已经为提供了UDA134X的ALSA驱动，只需在此基础上进行修改。
（1）配置内核支持UDA1341
（2）修改代码
修改mach-smdk2440.c添加“s3c24xx_uda134x”平台设备，“s3c24xx-iis”平台设备，“samsung-audio”平台设备，“uda134x-codec”平台设备.
（3）修改bug修改sound\soc\samsung\dma.c文件pos+=prtd-> dma_period改为pos+=prtd->dma_period*limit。
（4）编译alsa-lib，alsa-util以使用声卡：
首先是alsa-lib：
sudomv/usr/usr_bak
./configure--host=arm-linux
makeinstall
sudocp-rf/usr/work/projects/alsa/
sudorm-rf/usr
sudomv/usr_bak/usr
把头文件和库复制进交叉工具链里
其次是alsa-util：
先编译依赖：ncurses- 5.9.tar.gz./configure-host=arm-linux- prefix=$PWD/tmp-withshared
make&&make install
把头文件和库复制进交叉工具链里，把库复制到根文件系统的lib目录下。
2.2.5 LCD显示程序的实现
该网络视频会议系统需要将会议信息显示在LCD屏幕上，因此需要编写应用程序来进行，因为USB摄像头采集到的视频数据格式通常为MJPEG以及YUV格式，而LCD上的显示数据格式为RGB格式，因此需要对视频数据进行转化，使之能存入LCD显存framebuffer中。
3 结论
综上所述，为解决传统视频会议存在的诸多问题、满足视频会议的需求，文章结合嵌入式系统的特点，介绍、讨论了一种以嵌入式技术为基础的嵌入式视频会议系统。经测试，结果表明：该嵌入式视频会议系统可以实现各种会议控制功能，具有良好的实时性、稳定性以及准确性，能够满足一般的视频会议需求。
参考文献：
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[2]陈丽英.网络视频会议业务的现状与未来[J].电信技术.2009（12）
[3]海洋.视频会议系统维护中常见故障与维护方案[J].信息与电脑：理论版，2015（2）
[4]田天.基于嵌入式音视频采集的视频会议系统的设计与实现[D].北京邮电大学，2008
[5]刘宝金.基于嵌入式Linux的网络视频会议系统的研究与设计[D].北京邮电大学，2006
论文作者:张军
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/28
标签：嵌入式论文; 视频会议论文; 视频会议系统论文; 图像论文; 数据论文; 视频论文; 方式论文; 《基层建设》2016年10期论文;