td-scdma无线视频监控系统下无线传输模块驱动开发

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过测试结果分析得出无线网络容易受到环境干扰，网络的稳定性不是很强。在良好的网络环境中，速率能够稳定在300KBPS左右，视频质量比较稳定，基本上没有马赛克以及拖影现象，肉眼基本上发现不了延时，测试效果基本上达到了预期目标。关键词视频监控，TDSCDMA，嵌入式开发，PPP拨号，USB驱动I重庆邮电大学硕士论文ABSTRACTABSTRACTTHEDEVELOPMENTDIRECTIONOFVIDEOSURVEILLANCETECHNOLOGYISBASEDONEMBEDDEDINTELLIGENCEANDNETWORKING,NETWORKINGREFERSTOTHEWIRELESSNETWORKINGFORUPLINKTRANSMISSIONOFVIDEODATASTREAMTDSCDMATECHNOLOGYISTHEHOMEGROWN3GMOBILECOMMUNICATIONSTANDARD,ITSOLVETHEPROBLEMOFINSUFFICIENTBANDWIDTHFORTHEWIRELESSNETWORKDATATRANSMISSIONBECAUSETHETDSCDMATECHNOLOGYISMATURE,NETWORKCOVERAGEISMATUREASWELLASCOMPREHENSIVECOMMERCIAL,THEMAINPURPOSEOFTHESUBJECTISCOMBININGTDSCDMATECHNOLOGYWITHVIDEOSURVEILLANCETECHNOLOGY,REALIZETHEWIRELESSVIDEOSURVEILLANCESYSTEMWHICHUSETDSCDMANETWORKTOUPLINKTRANSPORTTHEVIDEODATASTREAMTHEPAPERANALYZESTHEINDUSTRYBACKGROUNDOFTHEWIRELESSVIDEOSURVEILLANCEANDTHEDEVELOPMENTSTATUSOFTHEVIDEOSURVEILLANCETECHNOLOGYSTUDYSTHEFEASIBILITYABOUTTDSCDMANETWORKASTHETRANSMISSIONNETWORKOFTHEWIRELESSVIDEOSURVEILLANCESYSTEMANALYZESTHEDEMANDPARAMETERS,APPLICATIONVALUE,RELATEDTECHNOLOGYANDPROTOCOLTHOSEBELONGTHETDSCDMAWIRELESSVIDEOSURVEILLANCESYSTEMPOINTOUTTHESOURCEANDMAINLYSTUDYCONTENTSOFTHETOPICTHEMAINLYSTUDYCONTENTSOFTHETOPICINCLUDEFOURPARTSBUILDINGTHEENTIREEMBEDDEDDEVELOPMENTENVIRONMENTPLATFORMCONFIGURINGTHENETWORKFILESYSTEMASWELLASCROSSCOMPILERINTHELINUXSERVERPROGRAMMINGEMBEDDEDLINUXKERNELANDFILESYSTEMINTHEEMBEDDEDTARGETSYSTEMDEVELOPINGTHEUSBHOSTSIDEDRIVEROFTHEWIRELESSTRANSMISSIONMODULESMU301THEMU301ISAUSBDEVICE,ITNEEDSTOEXTERNALATTACHTOTHEEMBEDDEDTARGETSYSTEM,THEPURPOSEOFTHEDEVICEDRIVERISTHATTHEEMBEDDEDTARGETSYSTEMCANIDENTIFYTHEDEVICEANDCOMMUNICATEWITHITPPPDIALUPONMU301ITMAINLYPURPOSEISTHATLETMU301CONNECTTOTHETDSCDMAWIRELESSACCESSNETWORKINGANDTHEEMBEDDEDTARGETSYSTEMBECOMEAHOSTOFTHEINTERNETINTEGRATEDDEBUGTHEVIDEODATAOFTHEWIRELESSTRANSMISSIONANDANALYZETHETESTRESULTTHEDATASTREAMWHICHISPROCESSEDBYTHEEMBEDDEDTARGETSYSTEMTHATUTILIZEM301TOWIRELESSUPLINKTRANSMISSION,REALIZATETHEWIRELESSTRANSMISSIONOFONECIFFORMATVIDEOANDTHEHOSTOFTHEINTERNETMONITORTHEMONITORINGPRODUCERUNITTHEANALYSISOFTHETESTRESULTLEARNEDTHEWIRELESSNETWORKISVULNERABLETOENVIRONMENTALINTERFERENCETHESTABILITYOFTHEWIRELESSNETWORKISNOTSTRONGINTHEGOODNETWORKENVIRONMENT,THETRANSFERRATECANBESTABILIZEDATAROUND300KBPS,THEII重庆邮电大学硕士论文ABSTRACTVIDEOQUALITYISRELATIVELYSTABLE,BASICALLYDONTHAVESMEARPHENOMENON,BASICALLYDONTFINDTHEDELAYBYTHENAKEDEYE,THETESTRESULTISBASICALLYACHIEVEDTHEEXPECTEDGOALSKEYWORDSVIDEOSURVEILLANCE,TDSCDMA,EMBEDDEDDEVELOPMENT,USBDRIVER,PPPDIALUPIII重庆邮电大学硕士论文目录目录摘要IABSTRACTII目录IV第一章绪论111无线视频监控行业背景112视频监控系统的研究现状213课题背景及主要研究内容314论文组织架构515本章小结5第二章课题相关技术及协议621三种3G标准的比较622系统硬件平台介绍7221DAVINCITM核心模块7222TDSCDMA无线传输模块723USB协议概述9231USB系统的组成9232USB总线的数据传输1024嵌入式LINUX系统介绍1325PPP协议介绍13251PPP协议的组成14252PPP协议的帧格式14253PPP协议的工作状态1526本章小结16第三章搭建嵌入式开发环境平台1731嵌入式LINUX开发环境的基本架构1732交叉编译器以及网络文件系统的配置19321交叉编译器作用19322网络文件系统的作用19323交叉编译以及NFS的配置2033嵌入式LINUX内核的配置与编译23331嵌入式LINUX内核的配置23IV重庆邮电大学硕士论文目录332嵌入式LINUX内核的编译2334嵌入式LINUX内核的烧写24341前期准备24342内核烧写2535根文件系统的烧写2736本章小结27第四章无线传输模块的USB主机端驱动开发2841USB与RS232串口的比较2842USB设备的生命周期2943USB设备驱动基础31431USB主机端驱动架构31432设备驱动程序模块化3444MU301的USB主机端驱动开发35441MU301适配的USB驱动分析35442USB转串口驱动开发3645模块编译以及测试40451驱动模块的编译40452驱动测试4146本章小结42第五章网络连接及视频传输综合调试4351MU301的网络连接过程4352视频传输测试45521数据测试网络环境45522测试目标47523测试步骤48524测试结果及其分析4853本章小结49第六章总结与展望5061V重庆邮电大学硕士论文第一章绪论第一章绪论11无线视频监控行业背景2009年1月7日，工业和信息化部为中国移动TDSCDMA、中国电信CDMA2000以及中国联通WCDMA发放了3张3G第三代移动通信技术，3RDGENERATION牌照，标志着我国通信行业进入3G时代1。TDSCDMA是我国具有自主知识产权的3G标准，它具有以下优势1、TDD时分双工，由于TDSCDMA上下行传输的频率可以不对称，可以充分利用零碎频段的频谱资源，解决了移动通信的根本问题频谱资源利用率2；2、智能天线；3、联合检测；4、动态信道分配。近几年，随着无线传输相关技术（如组网技术、传输技术）的飞跃发展，TDSCDMA无线传输网络也逐步成熟以及视频监控的相关技术（如嵌入式技术）飞速发展，基于嵌入式技术的智能化、数字化的视频监控系统也逐步成为现实；通过以上两种技术的结合，TDSCDMA的无线网络逐步取代传统有线网络成为下一代视频监控系统的传输网络。由于以下原因，基于TDSCDMA的远程无线视频监控技术必将获得广泛的发展空间。1TDSCDMA相关技术发展随着TDSCDMA网络的逐渐商用、技术不断优化、覆盖面越来越全面，解决了承载监控视频数据的无线传输的基本问题网络带宽，能传递大容量的视频数据流，为无线视频监控技术的应用和推广创造了基本条件。2有线网络视频监控缺点基于传统的有线网络传输视频监控系统明显存在以下缺点A有线网络缺乏灵活性，布线受到地理环境的影响；有线网络是按照当时的规划来进行布线，如果以后需要扩展和调整网络结构是非常不方便的，可能会重复基础网络建设。B有线网络需要铺设光纤或者电缆基础网络，布线成本高、周期长、工程量大3。C终端设备缺乏移动性，终端设备只能接入有线网络的相应固定位置接口。3视频监控技术的发展视频监控技术随着计算机、编解码、网络传输以及嵌入式等监控相关技术的快速发展，目前视频监控系统正朝着数字化、智能化、网络化的方向持续发展4。同时，嵌入式技术对网络视频监控发展起着决定性的作用。1重庆邮电大学硕士论文第一章绪论4无线视频监控的应用当被监控对象处于与监控中心距离较远的偏远地带（如森林防火监控点），被监控对象处于分散状态（如城市街道监控点），或被监控对象不固定（如公交车监控点）时，无线视频监控具有非常大的优势。5其他无线网络的缺点虽然像WIFI为首的其他很多无线网络具有高带宽，也能传输压缩后的高清视频数据，但由于安全不足、传输距离等原因受到限制。12视频监控系统的研究现状视频监控系统的发展主要经历了模拟视频监控、数字化图像监控以及基于嵌入式技术的智能化、网络化的数字视频监控三个阶段5。近几年来，高性能、低功耗的嵌入式微处理器发展，网络可靠性高的嵌入式操作系统的成熟，多媒体图像处理技术以及网络通讯技术的成熟，这些技术为新一代视频监控系统的实现创造了基本条件6。新一代视频监控系统的处理器以及操作系统分别采用嵌入式微处理器以及嵌入式实时多任务操作系统，它将图像采集、视频数据编解码、视频数据网络传输集成到芯片上，因此具有低功耗、小体积、低成本以及可嵌入智能算法等优点7。目前最流行的视频服务器端的解决方案是视频采集芯片加ARM嵌入式处理器和DSP处理器。此方案采用ARM作为主处理器，运行嵌入式LINUX操作系统来进行系统的管理和网络传输；由于DSP在视频处理方面具有很大的优势，但是在网络通信、任务管理具有缺陷，因此DSP处理器专门进行数字信号的处理。嵌入式双核DSPARM视频处理平台是由DSP来完成视频处理工作，通过DSP与ARM之间的高速接口把视频数据传给ARM处理器系统，然后由嵌入式LINUX完成数据的传输8。目前最前沿的视频监控系统具有视频数字化、监控智能化和网络无线化的特点9。其相关特点如下1视频数字化从第二代视频监控系统以来，视频数字化就是视频监控的主要特点。它主要表现在将前端采集的模拟信息流通过相关硬件和软件转变为数字信息流。它改变了视频监控系统的整体架构和实现方式。2监控智能化由于社会的需求，例如在无人值守监控的时候，如果被监控物体出现意外，需要监控前端自动报警以及自动通知相关人员；对于可疑人物或者车辆出现的时2重庆邮电大学硕士论文第一章绪论候，需要进行人脸识别或者车牌识别；为了全面远程监控被监控物体，需要通过操作台去控制云台的方位等等这些都是监控智能化的体现。由于几乎所有智能化监控都运用到嵌入式技术，因此嵌入式技术的水平决定了智能化的程度。3传输网络无线化传输网络无线化主要指的是嵌入式目标系统处理后的数据通过无线网络实现上行传输，打破了传统有线视频监控的监控点受到地域以及数量的限制，实现整个INTERNET网络中的软硬件远程共享。本课题采用TDSCDMA网络作为嵌入式目标系统的接入网。主要体现以下几个方面A传输带宽化，TDSCDMA网络理论上行速率能达到384KBPS,下行速率能达到28MBPS，基本上能满足视频传输的带宽。B业务多样化，TDSCDMA无线技术提供的业务逐渐转向为支持M2M机器对机器，MACHINETOMACHINE，M2P机器对人，MACHINETOPERSON等业务的发展。C网络泛在化，用户可以在任意时间、任何地方都可以非常方便地通过已联网的计算机设备对监控前端进行监控。13课题背景及主要研究内容本课题的研究背景主要从课题来源、需求规定以及应用价值角度出发来进行分析。根据项目需求来分析本课题的主要内容。一、课题来源本课题来源于科技型中小型企业技术创新项目基于TDSCDMA的远程无线视频监控系统。本课题采用的嵌入式目标系统是基于ARMDSP双核处理器的SEEDDVS6467，ARM作为主处理器，运行嵌入式LINUX操作系统来进行系统的管理和网络传输，DSP作为从处理器，主要完成视频处理工作；无线传输部分采用ZTE的MU301无线传输模块。项目的功能实现过程通过TVP5158将摄像头采集视频信号进行模拟/数字转换，数字信号经过硬件（DSP）、软件（H264算法）进行编码压缩处理，经过处理后的数据流由ARM处理器系统通过LINUX操作系统网络协议，利用ZTE的MU301模块通过TDSCDMA无线网络传输给监控客户端，最后监控客户端实现实时播放、录像存储以及对监控前端进行智能控制。如图11所示，整个项目大体分为三部分，分别是视频数据处理端监控前端、无线传输部分以及监控客户端（监控后端）。整个项目各部分的软、硬件具体情况如表11所示。本课题属于无线传输部分。3重庆邮电大学硕士论文第一章绪论视视视视视视视视视视图11无线视频监控系统整体架构二、需求规定通过项目以及本课题的需求分析，该监控系统主要性能指标如下1视频制式PAL2视频取样格式YCBCRYCBCR4203图像分辨率格式CIF格式（352288）4图像编解码技术H2645图像压缩比例大于或等于10016帧率25FPS7视频数据上行传输无线网络TDSCDMA网络8视频传输质量要求实时视频具有良好的流畅度，不得频繁出现马赛克、花屏以及拖影现象。三、应用价值本监控系统具有较强的实际应用价值，能解决一定工程实际问题并能降低工程成本。本系统能解决有线传输监控不能解决的问题，比如对移动物体（出租车、公交车等）的监控，对有线网络不能到达的地方监控等等。本监控系统还可以降低工程成本费用，比如可以节省有线网络布线的相关材料以及人工费用。四、课题研究内容本课题主要研究内容包含以下四个部分1搭建嵌入式LINUX开发环境平台。2开发TDSCDMA无线传输模块的USB主机端驱动。4重庆邮电大学硕士论文第一章绪论3嵌入式目标系统通过TDSCDMA无线传输模块MU301的PPP拨号接入TDSCDMA无线传输网络。4视频数据传输综合测试。14论文组织架构本论文内容安排如下第一章介绍无线视频监控行业的背景，视频监控系统研究现状，从课题来源、项目需求规定以及应用价值三个方面分析课题背景，根据项目需求分析该课题的研究内容。第二章分析采用TDSCDMA无线网络作为传输的原因，介绍系统硬件相关技术、USB协议、PPP协议、嵌入式LINUX系统等课题相关协议及技术。第三章搭建嵌入式LINUX开发环境平台；分析开发环境的基本架构以及每部分的作用；在LINUX服务器上配置网络文件系统的服务器端和交叉编译器；在嵌入式目标系统端配置网络文件系统的客户端、烧写嵌入式LINUX内核和文件系统。第四章开发TDSCDMA无线传输模块MU301的USB主机端的驱动；分析采用USB传输的原因，分析USB设备的生命线，介绍USB设备驱动基础，对MU301的USB主机端驱动进行开发以及通信测试等等。第五章通过对MU301的PPP拨号，嵌入式目标系统接入TDSCDMA网络，并在其网络下进行视频传输综合测试。第六章对本论文进行总结以及对后期研究进行展望。15本章小结本章主要介绍了该课题的研究背景；分析了当前视频监控技术的研究现状；指明了课题的来源以及课题的主要研究内容；分析了系统的需求参数以及应用价值；最后指明了该课题的研究内容以及编排了本论文的组织结构。5重庆邮电大学硕士论文第二章课题相关技术及协议介绍第二章课题相关技术及协议根据课题需求，本章通过对三种3G技术标准进行比较，分析采用TDSCDMA作为本监控系统的无线传输网络原因；介绍DAVINCI核心处理模块以及无线传输模块等主要硬件技术；分析与USB驱动开发相关的USB协议以及与网络连接相关的PPP协议；阐述MONTAVISTALINUX系统特点。21三种3G标准的比较3G指的是将无线通信与互联网等通信结合的第三代移动通信技术。目前，国内有三种3G技术全面应用，它们都各具特点。其具体如表21所示表21三种3G技术标准的比较其中，TDSCDMA具有以下优点1适合上下行非对称业务。由于TDSCDMA具有上下行链路速率的动态分配特点，因此它更适合数据传输业务。2频谱利用率高。由于TDSCDMA采用的复用方式是TDD时分双工，上下行传输的频率可以不对称，可以充分利用零碎频段的频谱资源，因此频谱利用率比较高。3智能天线。TDSCDMA采用8根天线组成天线阵列，通过调节各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列的天线方向，从而抑制干扰，提高信噪比。4设备成本低。TDSCDMA上下行工作于同一频率，省去了双频收发模块。5TDSCDMA的通信速率为384KBPS，能够满足一般的流媒体业务，升级6重庆邮电大学硕士论文第二章课题相关技术及协议介绍之后的HSDPA速率能到达28MBPS。因此，本课题选择TDSCDMA作为无线传输网络。22系统硬件平台介绍如图21所示，基于TDSCDMA远程无线视频监控系统硬件主要由DAVINCITM核心模块（SEEDDVS6467）、视频采集模块、TDSCDMA无线传输模块、数据存储模块以及系统总线等几个部分组成。图21TDSCDMA远程无线视频监控系统硬件平台由于本课题主要是研究整个监控系统中的无线传输部分，因此，以下主要介绍DAVINCITM核心模块以及TDSCDMA无线模块。221DAVINCITM核心模块如图21所示，TMS320DM6467作为SEEDDVS6467的主处理器，它充分利用了TI公司的DAVINCITM技术，是一款具备高速数字媒体处理能力的嵌入式设备，且集成高性能的TMS320C64XDSP内核和ARM926EJS内核10。其中，ARM926EJ