3 軟件方案設計

本系統選用嵌入式MontaVista Linux操作系統平臺，其具有安全、穩定、高效率、高實時性等特點。本文系統軟件采用模塊化設計，從功能角度，其軟件體系結構主要劃分為以下五部分：采集模塊、編碼模塊、3G 傳輸模塊、GPS 衛星定位模塊、設備監測模塊。由于3G無線傳輸受到其帶寬的限制，如何能保證視頻圖像質量和實時性尤為關鍵，因此，3G 傳輸模塊是系統軟件的核心部分。

3.1 采集模塊

本模塊主要完成視頻的采集、圖像格式轉換。采用V4L2接口采集攝像頭的視頻數據，V4L2 是Linux 下開發視頻采集設備驅動程序的一套規范，這套規范使用分層的方法給驅動程序開發提供了清晰的模型和一致的接口。應用程序處于最上層，V4L2 處于中間層，而硬件設備處于下層，從而通過驅動程序，應用程序對設備的操作如同一個文件一樣，屏蔽了硬件設備的具體操作。

TVP5150 驅動程序以包含在Linux內核中，本設計是基于該驅動程序實現視頻采集的，視頻采集程序基本流程如圖3所示。

圖3 視頻采集程序基本流程圖

3.2 編碼模塊

本模塊主要完成了OSD 字幕信息添加及圖像的壓縮編碼。

設計中充分利用了Davinci 編解碼引擎接口進行應用程序編程，對采集到的視頻數據進行YUV 格式轉換后，通過自己設計的OSD 字幕算法加入OSD 字幕信息，采用優化的TI 公司H.264 壓縮算法，對完成處理的YUV4:2:0 格式數據進行幀間編碼壓縮。

OSD 字幕算法實現了在YUV 圖像上面添加中英文字幕信息，并可設置字體的字和邊界為兩種顏色，以在不同背景色下清晰顯示字體。其基本原理為根據字符的ASCII 從點陣字庫中讀入其點陣數據，進行一次外圍邊界像素點擴展，這樣就可以判斷每位數據中為1 的相鄰8 個像素點對應位的值，為0則表示該點是字符的邊框，為1 則表示該點是字符邊框內的背景色。

3.3 3G傳輸模塊

本部分主要完成視頻數據及系統數據的3G 無線網絡傳輸，用于支持視頻監控及系統控制通訊等功能。設計中采用RTP/RTCP 協議配合使用，由于無線網絡的不穩定性，加入了自適應幀碼率處理機制及QoS 處理機制，保證了視頻圖像質量和實時性要求。其基本過程是壓縮編碼完成后，進行視頻預存緩沖處理，對編碼數據進行RTP 封包處理，然后經過USB總線傳輸到3G 模塊中，通過無線網絡進行發送；接收數據完成后，進行命令解析處理，判斷是否有自適應或重傳控制命令，實現動態調整幀碼率以降低無線網絡傳輸負載，或者通過預存緩沖機制提取出丟失視頻數據，完成重傳數據傳輸。