（通信与信息系统专业论文）基于tdscdma系统的视频传输控制模块的研究与实现.pdf

重庆邮电人学硕十论文摘要 摘要 随着计算机软件、硬件技术日新月异的发展和普及，人类已经进入了多媒体 信息化时代。一方面，嵌入式系统在各行业的应用，特别是工业现场、信息家电、 机顶盒等方面的广泛使用，使嵌入式系统的研究开发成为计算机领域的一个热点： 另一方面，基于多媒体技术的监控系统在视觉监视领域发挥着越来越重要的作用。 嵌入式系统与监控系统结合的便携式视频监控终端还能够为公共安全部门的犯罪 取证带来极大的帮助。 视频监控技术为重要场所安全防护提供了可靠保障，随着视频监控系统应用 领域的扩大，视频监控技术得到了迅速发展。本文首先从视频监控中的关键技术 的现状和发展方向进行了分析，同时针对无线视频监控技术的发展趋势，着眼于 国家3 g 通信标准及其技术产品的应用，在重邮信科3 g 芯片基础上，对无线视频 监控系统进行了新的研究，基于t d s c d m a 技术作了无线视频监控系统的研究并 实现了应用方案。本文阐述了该视频监控系统的软硬件开发环境、t d m 2 0 0 2 1 0 通 信模块的接口与功能以及该模块的应用性研究成果，做了基于t d m 2 0 0 2 1 0 通信 模块的a t 指令流驱动的实现过程以及基于z 2 2 8 处理器与t d m 2 0 0 2 1 0 通信模块 的u s b 接口下嵌入式l i n u x 驱动的实现工作，同时针对z 2 2 8 处理器在l i n u x 环境 下的u s b 系统体系结构、u s b 设备驱动的核心数据结构、u s b 内核子系统提供的 接口a p i 应用以及具体实现电路和代码等做了较为详细的剖析和实现工作。 关键词：t d s c d m a 传输视频监控l i n u x 第1 页 重庆邮电人学硕十论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dp r e v a l e n c eo fc o m p u t e rs o f t w a r ea n dh a r d w a r e t e c h n o l o g y , t h eh u m a nh a se n t e r e dt h em u l t i m e d i ai n f o r m a t i o na g e o nt h eo n eh a n d ， t h ee m b e d d e ds y s t e mg e t sm o r ea n dm o r ee m p h a s i s e sa n dr e s e a r c h e sw i t ht h a ta p p l y i n g t oa l lk i n d so fi n d u s t r ye x t e n s i v e l y ；o nt h eo t h e rh a n d ，m o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do n m u l t i m e d i at e c h n o l o g yh a sp l a y e dam o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l ei nt h ev i d e o s u r v e i l l a n c ef i e l d p o r t a b l ev i d e os u r v e i l l a n c et e r m i n a la c t u a l i z e dw i t he m b e d d e d s y s t e mt e c h n o l o g ya n dm o n i t o r i n gs y s t e mw i l lb ea b l et ob r i n ge n o r m o u sh e l pf o r p u b l i cs e c u r i t yd e p a r t m e n t s c r i m ee v i d e n c ec o l l e c t i o n t h et e c h n o l o g yo fv i d e os u r v e i l l a n c ee n h a n c e st h es e c u r er e l i a b i l i t y i ni m p o r t a n t s i t u a t i o n sa n di ti sd e v e l o p e dr a p i d l yw i t ht h ee x p a n s i o no fi t sa p p l i c a t i o ni nv a r i o u s a r e a s t h i sp a p e rr e v i e w si t ss t a t u sa tp r e s e n ta n dd e v e l o p m e n t a tt h es a m et i m e w i r e l e s sv i d e om o n i t o r i n gt e c h n o l o g yf o rt h ed e v e l o p m e n tt r e n d ，if o c u so nt h en a t i o n a l c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d sa n dt h ep r o d u c t sf o ra p p l i c a t i o n so ft h et h i r dg e n e r a t i o n t e c h n o l o g y o nt h eb a s i so ft h e3 gc h i pd e v e l o p m e n t e db yc y i tc o m p a n y , if o c u s o nw i r e l e s sv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mt oan e ws t u d y b a s e do nt d - s c d m a t e c h n o l o g yaw i r e l e s sv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mt os t u d ya n dp r o p o s ep r o g r a m m e sa n d t h ea c h i e v e m e n to ft h ea p p l i c a t i o na r es e a r c h e d t l l i sa r t i c l ef o c u s e so nt h ev i d e o s u r v e i l l a n c es y s t e ms o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ，c o m m u n i c a t i o n m o d u l ei n t e r f a c e sa n dt h em o d u l ea n dt h e a p p l i c a t i o n o fr e s e a r c hr e s u l t so n t d m 2 0 0 210 a n dia l ef o c u s i n go nb a s e do n ad e t a i l e d d e s c r i p t i o no ft h e c o m m u n i c a t i o i l sm o d u l et d m 2 0 0 210t h ea tc o m m a n d d r i v e na n db a s e do nt h e i m p l e m e n t a t i o no ft h ez 2 2 8p r o c e s s o ra n dc o m m u n i c a t i o n s m o d u l e so ns p i ，u s b i n t e r f a c e sd r i v eu n d e rt h er e a l i z a t i o no fe m b e d d e dl i n u x ih a v em a d ead e t a i l e d d e s c r i p t i o no fu s bs y s t e ma r c h i t e c t u r e ，u s bd e v i c ed r i v e r st h ec o r ed a t as t r u c t u r e ， u s bc o r es u b s y s t e m sp r o v i d e db yt h ea p ii n t e r f a c ea n da p p l i c a t i o ns p e c i f i cc o d e ，s u c h a sa c h i e v i n gc i r c u i ta n dd oam o r ed e t a i l e da n a l y s i sa n di m p l e m e n t a t i o nw o r k s k e y w o r d ：t d s c d m l at r a n s m i s s i o n v i d e o s u r v e i l l a n c el i n u x 第1 i 页 重庆邮电人学硕十论文 第一章绪论 第一章绪论 在信息时代的今天，嵌入式系统以其优良的性价比和独特的便利性越来越多 的赢得人们的青睐。网络技术的同新月异，更是极大的推动了嵌入式系统的发展。 与此同时，多媒体应用技术的飞速发展促使人们越来越愿意在r 常生活、学习和 工作中使用多媒体手段来解决问题，尤其是视频监控系统，在银行、商场、城市 交通、公共安全等各个领域都有着广泛的应用。相关科技工作者曾对多媒体通信 的无线化做了详细设计的工作，随着我国的3 g 通信标准和3 g 芯片的诞生和成熟， 基于t d s c d m a 的无线视频监控系统的研究急需提高到实际应用的层面，本文基 于t d s c d m a 的通信模块t d m 2 0 0 2 1 0 与z 2 2 8 嵌入式处理器，对视频监控的实 现进行了详细的阐述，做了硬件实现电路及其驱动等方面的研究工作。 1 1 研究背景 近年来，随着我国信息化进程的推进和人民物质生活水平的提高，人们对生 活和工作环境的安全性要求不断提高，视频监控系统以其直观、方便、信息内容 详实而被广泛应用于生产管理、保安等场合，成为银行、交通、电力、公安、海 关、国防乃至住宅社区等领域安全防范监控的重要手段。从功能上讲，视频监控 可用于安全防范、信息获取和指挥调度等方面。 目前的视频监控产品正经历着从模拟化向数字化、网络化的迈进过程，过去 多数以模拟图像监控为主，而模拟监控系统存在传输距离短且不易组成复杂的网 络结构，监控功能可扩展性差等诸多缺陷。随着数字技术的迅猛发展，网络技术 的不断发展和进步，图象信息的数字编码处理模式的不断增加，新一代网络数字 视频监控系统同益显示出其独特的魅力。在实际的工程应用中，监控系统基本上 是不停机工作的，因此系统除了对算法本身有很高的要求以外，视频信号处理的 速度和高稳定可靠性是至关重要的。因此无论是从国家的战略高度还是国民生产 的具体需要，都急需要研制新一代的数字视频监控系统，而超大规模集成电路和 嵌入式软硬件技术的迅猛发展、t d s c d m a 国家标准及其技术的成熟为我们找到 了一种解决问题的新思路，尤其是重邮信科3 g 芯片、协议栈软件的成熟，为我们 提供了很好的条件，即研制基于t d - - s c d m a 的数字视频监控系统。 1 2 视频监控系统 视频监控是安全防范系统的重要组成部分，它是一种防范能力较强的综合系 第1 页 重庆邮电人学硕十论文 第一章绪论 统。视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近 年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也 有了长足的发展。 在国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两 类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛 应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以 计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统 部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。目前，视频监控系统正处在数 控模拟系统与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段。 1 2 1 数字信号控制的模拟视频监控系统 数字信号控制的模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加p c 机的多媒体管理和基于p c 机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理 两种类型。 ( 1 ) 基于微处理器的视频切换控制加p c 机的多媒体管理类型。 8 0 年代是微处理器的年代，视频监控系统利用微处理器固件发展的矩阵切换 器，将原来分散的全硬件视频监控系统微型集中化，如将视频切换、对前端的控 制等功能集合一起，一机处理，是技术上的一个突破。 自备微处理器的矩阵主机可通过p c 机的图形管理软件实现以下功能： 对单一工作站之中的视频监控、出入口控制、内部通讯、报警等进行综合全 面控制( 注：只能提供一个简单的、可增强系统控制功能的用户界面，但不能代替 矩阵主机的安防配置和编程能力) ： 任意一台工作站可通过网络，控制其它工作站所连接的矩阵主机、报警设备， 完成视频切换、云台、镜头控制及报警联动等； 可通过软件实现对众多矩阵主机和报警接口软件模块的控制。 ( 2 ) 基于p c 机实现对矩阵主机的切换、控制和对系统的多媒体管理 基于p c 机的视频监控系统采用软件设计，实现摄像机到监视器的视频矩阵切 换，云台和镜头的控制，通过串口连接报警设备的报警信息，并通过程序编程自 动完成视频切换、云台控制、报警联动、报警录像等各项控制功能。系统能充分 利用p c 机的资源，使视频监控系统随电脑技术的发展而不断进步，同时其丌放性 的结构特性更可使之与其它多种系统如与消防报警系统、出入口管理系统、楼宇 自控系统等实现互动集成。 模拟监控系统的主要缺点有： 第2 页 重庆邮电人学硕+ 论文 第一章绪论 ( 1 ) 通常只适合于小范围的区域监控模拟视频信号的传输工具主要是同轴 电缆，而同轴电缆传输模拟视频信号的距离不大于1 k m ，双绞线的距离更短，这 就决定了模拟监控只适合于单个大楼、小的居民区以及其它小范围的场所；系统 的扩展能力差对于已经建好的系统，如要增加新的监控点，往往是牵一发而动全 身，新的设备也很难添加到原有的系统之中； ( 2 ) 无法形成有效的报警联动在模拟监控系统中，由于各部分独立运作， 相互之问的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。 1 2 2 数字视频监控系统 9 0 年代未，随着多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技术的发展、数 字视频监控系统迅速崛起，现今市场上有两种数字视频监控系统类型，一种是以 数字录像设备为核心的视频监控系统，另一种是以嵌入式视频w e b 服务器为核心 的视频监控系统。这里我们要研究的就是这种以嵌入式视频w e b 服务器为核心的 视频监控系统。 数字监控录像系统通常分为两类：一类是基于p c 机组合的计算机多媒体工作 方式；另一类是嵌入式数字监控录像系统。 ( 1 ) 计算机多媒体方式的数字监控录像系统 数字视频压缩编码技术日益成熟，计算机的普及化，为基于p c 机的多媒体监 控创造了条件。这种新型视频监控系统的迅速崛起，部分地取代了以视频矩阵图 像分割器、录像机为核心，辅以其它传送器的模拟视频监控模式，其优越性主要 表现在： a 、p c 机的多媒体监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等的众多 功能，使系统结构大为简化。 b 、由于采用计算机网络技术，数字多媒体远程网络监控不受距离限制； c 、由于采用大容量磁盘阵列存盘器或光盘存储器，可以节省大量的磁带介质， 同时有利于系统实现多媒体信息查询。 但随着基于p c 机的视频监控录像系统的发展，在实际工程使用过程中，也暴 露出一些不足，主要是系统工作的不稳定性。 基于p c 的视频监控录像系统的组成结构为：兼容工控p c 机+ 视频采集卡+ 普通 较可靠的操作平台+ 应用软件。 ( 2 ) 嵌入方式的视频监控系统 嵌入式视频监控系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功 能、可靠性、成本、体积等综合性严格要求的专用计算机系统，亦即为监控系统 第3 页 重庆邮电人学硕十论文 第一章绪论 量体裁衣的专用计算机系统。 嵌入式视频监控系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统 及应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。 嵌入式操作系统是一种实时的，支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是 嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内 核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等，嵌入式操作系统在 系统实时高效性、硬件的相关依靠性、软件固态化及应用的专用性等方面具有较 为突出的特点。 嵌入式视频监控系统的优点： a 、系统为专用系统，所以系统小，指令精简，处理速度快。 b 、系统数据置于r o m f l a s hm e m o r y ，调用速度快，不会被改变，稳定性好。 c 、系统处理实时性好，性能稳定。 d 、文件管理系统更适合于人量的视频数据。 1 2 3 视频监控系统的发展与问题 视频监控系统的发展方向是前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集 成化，这些都是必然的趋势。所谓前端的一体化是指音视频采集与数据处理有单 一设备完成；视频数字化是指视频采集后需要经过现在流行的视频编码方式编码， 比如 兑现在比较流行的m p e g - 4 、h 2 6 4 等视频压缩编码技术；监控网络化是指通 过以太网或者无线网络传输流媒体数据，无线网络可以是目前非常流行 8 0 2 1l a b g 、第三代移动通信中的技术，如本系统所使用的就是t d s c d m a 无线 网络；系统集成化是指将整个监控系统的硬件软件集成度很高，在一个很小的单 一设备上嵌入有内核、操作系统、文件系统、应用程序，可以将其视为一个微型 的电脑，这样一来只需要一个采集设备完成数据采集处理，多个接收设备分布于 多个地域( 地域大小以所使用的传输网络而定) 接收并控制采集设备的数据；通 过四化之后的视频监控系统不难看出，将是一个非常高效而实用的监控系统，所 以它必然是未来的发展主方向。数字视频监控系统是新生代产物，是满足广大消 费者的需求而孕育而生的，就目前来讲主要的问题在网络功能、流媒体加解密、 音视频同步等方面还需要更进一步，目前还不能完全令人满意。由此数字视频监 控系统提出了更高的要求，要求体积小，成本底，可控功能提升，图像声音处理 能力更强大，嵌入式视频监控系统顺应要求应运而生。 第4 页 重庆邮电人学硕+ 论文第一章绪论 1 3 嵌入式系统简介 以往我们按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模和适用领域，将其分 为大型、中型、小型和微型计算机，并以此来组织学科和产业分化，随着计算机 技术和产品对其它行业的广泛渗透，以应用为中心的分类方法变得更为切合实际， 也就是按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为嵌入式计算机和通用计算 机。 1 3 1 概念及特点 根据i e e e 的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运 行的装置”。不过上述定义并不能充分体现嵌入式系统的精髓，目前国内普遍认同 的一个定义是：嵌入式系统是以应用为中心和以计算机技术为基础的，并且软硬 件是可裁减的，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。 嵌入式系统的概念是相对于通用计算机系统( 典型代表为p c ) 而提出的。通 用计算机系统是对执行非嵌入式应用的计算机系统的统称。嵌入式系统区别于通 用计算机系统，主要在以下方面： ( 1 ) 嵌入式系统一般专用于特定的任务，而通用计算机系统是一个通用的计 算平台，可以胜任多种多样的任务和应用场合。 ( 2 ) 嵌入式系统得到多种类型的处理器和处理器体系结构的支持，而通用计 算机系统一般只局限于少数处理器体系结构，例如i n t e l 的x 8 6 系列。 ( 3 ) 嵌入式系统大多有严格的功耗约束 ( 4 ) 嵌入式系统经常在极端的环境下运行 ( 5 ) 嵌入式系统的系统资源比通用计算机系统少的多 ( 6 ) 嵌入式系统通常在r o m 中存放所有的目标代码 ( 7 ) 嵌入式系统需要专用工具和方法进行设计 ( 8 ) 嵌入式微处理器包含专用调试电路 1 3 2 组成与发展趋势 嵌入式系统可分为三大部分嵌入式硬件、嵌入式操作系统以及嵌入式软 件。嵌入式系统的硬件可以根据处理器的位数、主频和应用领域等分类。我们通 常分类如下： ( 1 ) 基于单片机( 以m c s 一5 1 等为代表) 的简单控制系统。该类系统的集成 第5 页 重庆邮电人学硕十论文 第一章绪论 了众多外围接口可以方便的进行系统设计，适合应用于仪表和控制领域。缺点就 是计算能力不强，不能应用于复杂的信号处理领域。 ( 2 ) 以d s p 为基础的数字信号处理系统。与单片机相比，d s p 具有更加适 合于数字信号处理的优点：普遍采用改进的哈佛总线结构，内部有硬件乘法器、 累加器，使用多级流水结构，在内部采用并行处理，并有专门设计的适合于数字 信号处理的指令系统，可以进行多片d s p 并行处理。 ( 3 ) 基于微处理器的嵌入式系统。该类系统微处理器以a r m 、p o w e r p c 、 m i p s 和6 8 k 系列为代表。此类嵌入式系统外围接口丰富，并且可以移植操作系 统在该类微处理器上，所以有丰富的软件资源可以利用。其优点是可以开发出具 有良好的人机界面的复杂系统，同时可以很好的保护利用已有的软件资源，缺点 是信号处理能力不如d s p 。应用于视频领域的嵌入式系统需要有强大的信号处理 能力，并且需要有良好的交互功能。因此现有的视频系统需要d s p + 微控制器组 合使用才能更好满足要求。 ( 4 ) 常用的嵌入式操作系统主要有：p a l mo s 、w i n d o w sc e 、u c o s 、嵌入 式l i n u x 等等。在l i n u x 进入嵌入式系统之后，市场格局发生了很大变化，很多 用户使用l i n u x 作为嵌入式系统的开发原型。它的开放性是其它操作系统无法比 拟的，任何人都可以获得嵌入式l i n u x 的源代码，其衍生的所有嵌入式操作系统 也是如此，这使开发者可更好地利用自己的平台和经验。 1 4 无线流媒体传输技术的发展概况 流媒体( s t r e a m i n gm e d i a ) 是指在网络中使用流式传输技术的连续时基媒体， 如：音频、视频和其它多媒体文件。流媒体技术就是把连续的影像和声音信息经 过压缩处理后放在网络服务器上，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等 整个文件全部下载完毕后才可以观看的技术。 视频文件的实时传输要求较低的时延和较小的丢包率，由于t c p 的重发机制 带来较大的时延，u d p 本身又不提供任何q o s 保证，因此需要通过实时传输协议 ( r t p ) 和实时传输控制协议( r t c p ) 配合使用提供数据实时传输和q o s 服务来 满足网络音视频数据实时传输的时延和丢包要求。 在无线网络，流媒体业务主要面向c d m a 2 0 0 0 、g p r s e d g e 、u m t s 等提 供较高带宽的无线分组网络，可根据流媒体源的不同分为视频业务和音频业务。 随着3 g 无线网络的应用，用户的网络带宽可以达到3 8 4 k b i t s 。结合无线系统不 受时间、地点限制的特点，使得移动流媒体业务更具吸引力。 除了通信技术和通信设备上的保障，面向无线网络的流媒体应用对当前的编 第6 页 重庆邮电人学硕十论文 第一章绪论 码和传输技术提出了更大的挑战，首先，相对于有线网络而言，无线网络状况更 不稳定，除去网络流量所造成的传输速率的波动外，手持设备的移动速度和所在 位置也会严重地影响到传输速率，因此高效的可自适应的编码技术至关重要。其 次，无线信道的环境也要比有线信道恶劣的多，数据的误码率也要高许多，而高 压缩的码流对传输错误非常敏感，还会造成错误向后面的图像扩散，因此移动流 媒体在信源和信道编码上需要很好的容错技术。 第7 页 重庆邮电人学硕十论文第二章t d s c d m a 系统及视频和音频数据的网络传输协垫 第二章t d s c d m a 系统及视频和音频数据的网络传输协议 2 1t d - s c d m a 通信系统 t d - s c d m a ( t i m ed i v i s i o ns y n c h r o n o u sc o d eo i v i s i o nm u l t i p i ea c c e s s ，时 分同步码分多址) 是由中国无线通信标准化组织( c w t s ) 制定的3 g 无线通信标准。 t d s c d m a 标准是由我国信息产业部电信科学技术研究院( c a t t ) 和s i e m e n s 合作开 发的，是f d m a 、t d m a 和c o m a 这三种基本传输模式的灵活结合，具有系统容量大、 频谱利用率高、抗干扰能力强等特点。其核心网基于g s m m a p ，同时可通过网络扩 展方式提供基于a n s i 一4 1 的运行能力。t d - s c d m a 标准概况如下： 复用方式：t d d 基本带宽： 1 6 m h z 无线帧长：l o m s ( 分为两个5 m s 子帧) 子帧结构：7 个常规时隙和3 个特殊时隙 码片速率：1 2 8 m c p s 数据传输速率：1 2 2 k b p s 、6 4 k b p s 、1 4 4 k b p s 、3 8 4 k b p s ，最大2 m b p s 载频带宽：1 8 8 0 1 9 2 0 、2 0 1 0 2 0 2 5 、2 2 0 0 2 3 0 0 姗z t d - s c d m a 系统特别适合于在城市人口密集区提供高密度大容量话音、数据和多 媒体业务。系统可以单独运营，也可与其它无线接入技术配合使用。 2 1 1t d - s c d m a 复用方式 t d - - s c d m a 复用方式为t d d 模式，t d d 模式是基于在无线信道时域罩的周期地重 复t d m a 帧结构实现的。这个帧结构被再分为几个时隙。在t d d 模式下，可以方便地 实现上下行链路问地灵活切换。这一模式的突出的优势是，在上下行链路间的时 隙分配可以被一个灵活的转换点改变，以满足不同的业务要求。这样，运用t d s c d m a 这一技术，通过灵活地改变上下行链路的转换点就可以实现所有3 g 对称和非对称 业务。合适的t d - s c d m a 时域操作模式可自行解决所有对称和非对称业务以及任何混 合业务的上下行链路资源分配的问题。 第8 页 重庆邮电人学硕十论文第二章t d s c d m a 系统及视频和音频数据的网络传输协议 2 1 2t d - s c d m a 关键技术 t d - s c d m a 的关键技术主要集中在基带部分，如智能天线技术、联合检测技术、 同步技术、动态信道分配技术、软切换技术、无线网络技术、功率控制技术、软件 无线电技术、信道估计与补偿技术等。这里仅简要介绍智能天线技术和联合检测技 术。 ( 1 ) 智能天线技术 智能天线( s m a r ta n t e n n a ，s a ) 利用信号传输的空间特性和数字信号处理技术， 通过先进的算法处理，对基站的接收和发射波束进行波束形成和赋形，从而达到降 低干扰、增加容量、扩大覆盖、改善通信质量、降低发射功率和提高无线数据传输 速率的目的。 智能天线通常包括多波束智能天线和自适应智能天线。多波束智能天线采取准 动态预多波束切换方式，利用多个不同固定指向的波束覆盖整个用户区，随着用户 在小区中的移动，基站选择其中最合适的波束，从而增强接收信号的强度。自适应 智能天线采取全自适应阵列自动跟踪方式，通过不同自适应调整各个天线单元的加 权值，达到形成若干自适应波束，同时自动跟踪若干个用户的目的，能够对当前的 传输环境进行最大可能匹配。 在第三代移动通信系统中，t d - s c d m a 是应用智能天线技术的典型范例。 t d - s c d m a 系统采用t d d 方式，使上下射频信道完全对称，可同时解决诸如天线上下 行波束赋形、抗多径干扰和抗多址干扰等问题。该系统具有精确定位功能，可实现 接力切换，减少信道资源浪费。 ( 2 ) 联合检测技术 联合检测( j o i n td e t e c t i o n ，j d ) 技术是在多用户检测( m u l t i - u s e rd e t e c t i o n ， m u d ) 技术基础上提的。该技术是减弱或消除多址干扰、多径干扰和远近效应的有效 手段，能够简化功率控制，降低功率控制精度，弥补正交扩频码互相关性不理想所 带来的消极影响，从而改善系统性能、提高系统容量、增大小区覆盖范围。 联合检测技术已被纳入第三代移动通信系统的关键技术体系中。我国向国际电 信联盟( i t u ) 提交的t d s c d m a 第一次提出以智能天线为核心技术的c d m a 通信系统， 同时采用联合检测技术，实现了智能天线和联合检测技术的有机结合。由于各种技 术因素的制约，联合检测技术只能在基站中实现，随着科学技术的不断进步和发展， 基站和终端都将可能采用联合检测算法以消除m a i 和i s i 这两种干扰。 第9 页 重庆邮电人学硕十论文第二章t d s c d m a 系统及视频和音频数据的网络传输协议 2 2 重邮信科t d m 2 0 0 2 10 通信模块概况 t d m 2 0 0 2 1 0 无线模块是基于重邮信科的t d s c d m a 基带芯片c 3 2 2 0 设计 的，主要为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。t d m 2 0 0 集成了完整的射 频电路和t d s c d m a 的基带处理器，适合于开发一些t d s c d m a 的无线应用产 品，如移动电话、p d a 、直放站、u s b 无线m o d e m 、无线公用电话、无线商务 电话、监控、调度、车载、远程测量、定位和导航等系统和产品，应用范围十分广 泛。 t d m 2 0 0 2 1 0 模块为用户提供了功能完备的系统接口，用户只需要投入少量的 研发费用，在较短的研发周期内，就可集成自己的应用。用户的主要工作集中在控 制系统和人机界面方面。 t d m 2 0 0 2 1 0 的系统功能特性： 高集成度精巧结构设计( 5 0 m mx4 2 m mx3 m m ) 支持t d s c d m a2 010 2 0 2 5 m h z 频段 支持3 8 4 k b p sd a t ar a t e 支持a m rv o i c ec o d e c 短消息业务 采用a t 命令接口 内置8 m bf l a s h + 4 m bs r a m 外接液晶键盘可作为手机 u s b l 1 接口 支持锂电池充电 包含日历闹钟 s i m 卡电平转换 工作频率1 0 2 4 m h z 电源电压范围：3 5 v 到4 6 v 直流 低功耗，待机电流5 m a 外部s i m 卡、外部天线 1 0 0 针外部系统连接器 电话本功能 网络服务指示灯 工作温度：3 5 - - + 7 5 第l o 页 重庆邮电人学硕十论文第二章t d s c d m a 系统及视频和音频数据的网络传输协谜 2 2 1t d m 2 0 0 2 10 模块接口及其应用研究 1 、主要应用接口介绍 1 1u a r t 接口 t d m 2 0 0 2 1 0 模块提供u a r t l ，u a r t 2 、u a r t 3 共3 个u a r t 接口。其中u a r t l 是c 3 2 2 0 内部的z s p 的d e b u g 接口，u a r t 2 与u a r t 3 是c 3 2 2 0 内部的a r m 的 d e b u g 接口，其中用户可以通过u a r t 2 与t d m 2 0 0 2 1 0 采用a t 命令方式通讯， 支持硬件流控。u a r t l 和u a r t 3 用于跟踪测试使用。模块的u a r t 接口电平是 t t l 电平，如果与p c 通讯时必须在其中增加t t l r s 2 3 2 的接口转换芯片。 ( 表2 1u a r t 引脚定义图) s i g n a l d i r e c t i o n d e s c r i p t i o n u a r t i t x do u t p u to u t p u ti n t e r f a c eo f z s pu a r t u a r t i r x di n p u ti n p u ti n t e r f a c eo f z s pu a r t u a r t 2 t x do u t p u to u t p u ti n t e r f a c eo fa r m u a r t 2 u a r t 2 r x di n p u ti n p u ti n t e r f a c eo fa r mu a r t 2 u a r t 2 c t si n p u t u a r t 2c l e a rt os e n d = 1 ：禁止发送数据 = o ：允许发送数据 u a r t 2 r t so u t p u t u a r t 2r e q u e s tt os e n d = l ：禁l ：对方发送数据 = 0 ：允许对方发送数据 u a r t 3 t x do u t p u to u t p u ti n t e r f a c eo fa r mu a r t 3 u a r t 3 r x di n p u ti n p u ti n t e r f a c eo fa r mu a r t 3 c 3 2 。0 ( 图2 1u a r t 的参考设计图) 第l l 页 重庆邮电人学硕十论文第二章t d s c d m a 系统及视频和音频数据的网络传输协议 其中，1 2 p i n 双排插针安放在测试板上，用于跟踪调试及代码更新。建议将 u a r t 2r x d ，u a r t 2t x d 引出到手机i o 连接器插座上。 u a r t 可支持的波特率计算方法如下( 推荐方案) ： b a “d ：竺竺 1 6x 刀，n = 2 ，3 ，4 ，5 1 0 2 4 庇“d ：4 8 m 也可用4 8 m 时钟，1 6 理，n = 2 ，3 ，4 ，5 1 0 2 4 1 2u s i m 卡控制接口 模块支持外部s i m 卡，可以直接与3 0 vs i m 卡或者1 8 vs i m 卡连接。 ( 表2 2u s i m 接口信号定义表) n a m ep i nd i r e c t i o n d e s c r i p ti o n s i m 卡电源电压输出。根据s i m 卡 s i mv c c2 0 o u t p u t类型，输入3 o v + 1 0 9 6 或1 8 v 1 0 9 6 1 0 m a s i mi o 2 l i n p u t o u t p u ts i m 卡输入输出数据接口 s i mr s t2 2 o u t p u ts i m 卡复位信号 s i mc l k2 3 o u t p u ts i m 卡时钟 为了防止静电损坏，必须在尽量靠近s i m 卡座各引脚的位置防止瞬变电压抑 制二极管( t v s 管) 。根据应用经验，推荐使用s t 公司的e s d a 6 v 1 w 5t v s 管。 1 3 音频接口 模块提供了完整的音频接口，应用设计只需要增加少量的外围辅助元器件。音 频设计应该尽量远离模块的射频部分，以降低射频对音频的干扰。音频信号容易受 到干扰，输入和输出线应该适当加粗，并且平行走线，以取得较好的共模噪声和无 线噪声抑制效果。麦克风偏置电路应该尽量靠近1 0 0 针系统连接器。走线 应该尽量短，在用户控制板上，模块的数字地和模拟地不能短接。 ( 表2 3 音频信号在系统连接器上的分布) s i g n a lp i nd i r e c t i o nd e s c r i p t i o n m b i a s7 8 o u t p u tm i c b i a s s u p p l y o u t p u t m i c l p8 2 i n p u t m i c 1 一i n p u t 一+ m i c l n8 3 i n p u t m i c l 一i n p u t 一一 m i c 2 p7 9 i n p u t m i c 2 i n p u t _ + e a r p8 0 o u t p u t r e c e i v e r _ o u t p u t 一+ e a r n8 1 o u t p u t r e c ei v e r o u t p u t 一一 第1 2 页 重庆邮电人学硕十论文第二章t d s c d m a 系统及视频和音频数据的网络传输协议 3 5u s b 接口 t d m 2 0 0 2 1 0 模块提供满足u s b l 1 规范的u s b 接口，支持全速传输，用户 只需要外接u s b 连接器以及e s d 器件，便可以实现u s b 接口数据的收发。使用 u s bd e c t 检测是否有外部u s b 设备插入，e s d 器件推荐使用t i 公司的 s n 6 5 2 2 0 。 ( 表2 4u s b 信号在系统连接器上的分布表) s i g n a l s p i nd i r e c ti o n d e s c r i p ti o n u s bd m 7 3 i n p u t o u t p u t u s b 一旷一l i n e u s bd p7 5 i n p u t o u t p u t u s b d + 一l i n e u s bd e c t8 5 i n p u t u s bd e c t 2 3 视频和音频数据的网络传输协议 2 。3 1 流媒体传输封包 实时流式传输协议( r t p ) 指保证媒体信号带宽与网络连接相匹配，使媒体可 被实时观看到。实时流与h t t p 流式传输不同，需要专用的流媒体服务器与传输协 议。实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可快 进或后退以观看前面或后面的内容。理论上实时流一经播放就可不停地收看，但实 际上，可能会发生周期暂停。因为它与h t t p 传输不同，所以i e t f ( i n t e m e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，因特网工程任务组) 制订了其他一些可支持实时流式传输 的协议，主要有：实时传输协议r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 、实时传输控制 协议r t c p ( r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 、实时流协议r t s p ( r e a l t i m e s t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) 、预留资源协议r s v p ( r e s o u r c er e s e r v ep r o t o c 0 1 ) 、m m s 协议 ( m i c r o s o f tm e d i as e r v e rp r o t o c 0 1 ) 等 r t p 协议包含两个密切相关的部分，即负责传送具有实时特征的多媒体数据的 r t p 和负责反馈控制、监测q o s ( 服务质量) 和传递相关信息的实时传输控制协议 r t c p l 3 5 】。在r t p 数据包的头部中包含了一些重要的字段使接收端能够对收到的数 据包恢复发送时的定时关系和进行正确的排序以及统计包丢失率等。r t c p 是r t p 的控制协议，它周期性地与所有会话的参与者进行通信，并采用和传送数据包相同 的机制来发送控制包。 r t p 协议负责对流媒体数据进行封包并实现媒体流的实时传输，每个r t p 数 据报都由头部( h e a d e r ) 和负载( p a y l o a d ) 两部分组成，其中头部前1 2 个字节的 第1 3 页 重庆邮电人学硕十论文第二章t d s c d m a 系统及视频和音频数据的网络传输协议 含义是固定的，而负载则可以是音频或者视频数据。r t p 数据报的头部格式如图2 2 所示。 v = 2 p xc cmp t 序列号 时间戳( t i m e s t a m p ) 同步源标识( s s r c ) 提供源标识( c s r c ) 图2 2r t p 数据报的头部格式 从图2 2 中可以看出，在r t p 数据包的头部中包含了一些重要的字段，如标识 符、序列号、时间戳和同步源( s s r c ) 等。这些字段使接收端能够对收到的数据包 恢复发送时的定时关系和进行正确的排序以及统计包丢失率等。其中，c s r c 计数 ( c c ) 用于表示c s r c 标识的数目，c s r c 标识紧跟在r t p 固定头部之后，用来表 示r t p 数据报的来源；负载类型( p t ) 用于标明r t p 负载的格