（信号与信息处理专业论文）多模式无线视频通信系统中wlan子系统的研究与改进.pdf

南京邮电大学硕十研究生学位论文摘要 摘要 本文工作基于“多模式无线视频传输系统”实用化技术研究，重点讨论了该系统的重 要子集w l a n 视频传输子系统的接口模块升级，以便提高该子系统的网络适应能力和 数据传输速率。 论文首先对w l a n 视频传输子系统移动终端的硬件组成和软件模块进行了分析，研 究了网络层以下的数据收发流程，在此基础上进一步研究将原系统对单一w l a n 网卡的 支持升级到对两种网卡的支持，传输能力从1 1 m b p s 提高到5 4 m b p s ，可以满足多种应用场 合的要求。其次，论文描述和分析了在改进w l a n 无线网卡驱动中的要点和关键技术， 包括兼容两种网卡的m a c 初始化、射频模块初始化、描述符的填充以及帧格式的修改等。 为了适应i e e e8 0 2 1 1 童协议的高速数据传输需要，论文分析了原驱动中采用的简单的数据 存取机制存在的不足，设计并实现了新的r t s c t s 数据存取方式，以便提高w l a n 子系 统的数据传输速率和改善系统稳定性。第三，论文给出了调试实验部分结果。由于受到一 些条件的限制，本文改写的驱动程序并没有全部调试成功。本文通过实验测试出了部分数 据结果，可以说明相关部分工作的有效性，以及存在问题的可能性。此外，文中还就w l a n 视频传输子系统调试和运行时的若干常见问题进行了分析，并提出了相应的解决措施。最 后，论文对所作的工作进行了总结，并提出进一步的工作方向。 关键词：无线视频传输，无线局域网，t m l 3 0 0 ，网卡驱动 南京邮电人学硕十研究生学位论文英文摘要 a bs t r a c t t h i st h e s i si sb a s e do nt h ew o r ko fp r a c t i c a l i t yt e c h n i q u er e s e a r c hi n “m u l t i m o d ew i r e l e s s v i d e ot r a n s m i s s i o ns y s t e m p r o j e c t t h et h e s i sd i s c u s s e st h eu p g r a d eo fi n t e r f a c em o d u l ei n w l a nv i d e ot r a n s m i s s i o ns u b s y s t e mw h i c hi st h ei m p o r t a n ts u b s e to ft h i sp r o j e c t , a n da t t e m p t s t oi m p r o v et h en e t w o r ka d a p t a b i l i t ya n di n c r e a s et h ed a t at r a n s m i s s i o nr a t eo ft h i ss u b s y s t e m f i r s t l y , t h et h e s i sd i s c u s s e st h eh a r d w a r ef r a m e w o r ka n ds o f t w a r em o d u l e so ft h ew l a n v i d e ot r a n s m i s s i o ns u b s y s t e m ，a n da n a l y s e st h ep r o c e d u r eo fd a t ae x c h a n g eu n d e rn e t w o r kl a y e r o nt h eb a s em e n t i o n e db e f o r e ，f u r t h e rr e s e a r c hi sd o n et om a k et h en u m b e ro fw l a nn e t w o r k i n t e r f a c ec a r dt y p e ss u s t a i n e db yw l a ns u b s y s t e mu p g r a d ef r o mo n et ot w o ，s ot h e t r a n s m i s s i o nr a t eo fw l a ns u b s y s t e mi se n h a n c e df r o m11m b p st o5 4 m b p s t h en e wn e t w o r k i n t e r f a c ec a r dc a ns a t i s f yt h er e q u i r e m e n t so f m u l t i p l ea p p l i c a t i o no c c a s i o n s s e c o n d l y , t h et h e s i s d e s c r i b e sa n da n a l y s e st h ek e yt e c h n i q u ei ni m p r o v e m e n to ft h et h ed r i v e ro fw l a n n i c ，s u c h a sm a ca n dr a d i of r e q u e n c ym o d u l e si n i t i a l i z a t i o n ，d e s c r i p t o r ss e t t i n g ，m o d i f i c a t i o no ff r a m e f o r m a t f o rs a t i s f y i n gt h er e q u i r e m e n to f h i g h - r a t ed a t at r a n s m i s s i o ni ni e e e8 0 2 1lg n e t w o r k ，t h et h e s i sa n a l y s e st h ed e f i c i e n c yo ft h es i m p l ed a t aa c c e s sm e c h a n i s mi nt h eo l d d r i v e r ，a n dd e s i g n e sa nn e wr t s c t sd a t aa c c e s sm e c h a n i s mt oe n h a n c et h et r a n s m i s s i o nr a t e a n di m p r o v et h es t a b i l i t yo ft h ew l a ns u b s y s t e m t h i r d l y , t h et h e s i ss h o w sap a r to f e x p e r i m e n t a lr e s u l t t h en e w d r i v e ri sn o td e b u g g e dc o m p l e t e l ys u c c e s s f u l l yb e c a u s eo fs o m e r e a s o n s ，b u tp a r to fd a t aw h i c hi sm e a s u r e db ye x p e r i m e n tc a np r o v et h ev a l i d i t yo ft h ew o r ki n t h e t h e s i sa n dt h ep o s s i b i l i t yo fe x i s t e n tp r o b l e m a d d i t i o n a l l y , t h et h e s i sa n a l y s e ss o m e p r o b l e m sd u r i n gr u n n i n gt h ew l a ns u b s y s t e mf o rf u r t h e rr e s e a r c h ，a n df i n d ss e v e r a ls o l u t i o n s f i n a l l y ，t h et h e s i ss u m m a r i z e dt h ew o r k t h a th a sb e e nd o n e ，a n dp r o p o s e df u r t h e rd i r e c t i o no fo u r r e s e a r c h k e yw o r d s ：w i r e l e s sv i d e ot r a n s m i s s i o n , w l a n ：t m 13 0 0 ，d r i v e ro fn i c i i 南京邮电人学硕：l ：研究生学位论文 专业术语表 a g c a p a c p i b b p b s s b s s i d c c k c d m a c f p a u t o m a t i cg a i nc o n t r o l a c c e s sp o i n t 专业术语表 自动增益控制 接入点 a d v a n c e dc o n f i g u r a t i o np o w e rm a n a g e m e n ti n t e r f a c e 高级配置电源管理 b a s e b a n dp r o c e s s o r 基带处理器 b a s i cs e r v i c es e t基本服务集 b a s i cs e r v i c es e ti d e n t i f i e r c o m p l e m e n t a r yc o d ek e y i n g c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c o n t e n t i o n - - f r e ep e r i o d c r c c y c l i cr e d u n d a n c yc o d e c s 【a c a d b p s k d h c p d m a d q p s k d s d s s d s p d s s s e s s f c s f h s s f i f o g p r s i b s s m a c m p d u m s d u n 斟 基本服务集标识 补码键控 码分多指 无竞争期 循环冗余校验码 c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s s c o l l i s i o na v o i d a n c e 载波侦听多路访问冲突避免 d i f f e r e n t i a lb i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g差分二进制相移键控 d y n a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c o l 动态主机配置协议 d i r e c tm e m o r ya c c e s s 直接内存访问 d i f f e r e n t i a lq u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g差分四相相移键控 d i s t r i b u t i o ns y s t e m分发系统 d i s t r i b u t i o ns y s t e ms e r v i c e分发系统服务 d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m e x t e n d e ds e r v i c es e t f r a m ec h e c ks e q u e n c e f r e q u e n c y - h o p p i n gs p r e a ds p e c t r u m f i r s ti nf i r s to u t ， g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e i n d e p e n d e n tb a s i cs e r v i c es e t m e d i aa c c e s sc o n t r o l m cp r o t o c o ld a t au n i t m a cs e r v i c ed a t au n i t n e t w o r ka l l o c a t i o nv | e c t o r 4 0 数字信号处理器。 直接序列扩频。 扩展服务集 帧校验序列 跳频扩频 先进先出 通用分组无线业务 独立基本服务集 媒质访问控制 m a c 协议数据单元 m a c 服务数据单元 网络分配矢量 南京邮电大学硕士研究生学位论文 专业术语表 n i cn e t w o r ki n t e r f a c ec a r d p c i r f i u l o s s s s s i d w e p w l a n p e r i p h e r a lc o m p o n e n ti n t e r c o n n e c t r a t i of r e q u e n c y r e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e m s t a t i o ns e r v i c e s e r v i c es e ti d w i r e de q u i v a l e n tp r i v a c y w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k 4 1 网络接口卡 外设部件互连标准 射频 实时操作系统 站服务 服务集标识 有线对等保密 无线局域网 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：参专舍日期：耐7 j 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：参占参导师签名： 南京邮电人学硕十研究生学位论文第一章绪论 1 1 课题研究背景和意义 第一章绪论 现代移动通信技术主要是指全球移动通信系统( g s m ) i l 】、通用分组无线业务( g p r s ) 2 1 、 码分多址( c d m a ) 等技术【3 】。近年来，移动通信技术在我国取得了巨大的发展，各移动运营 商除了提供语音业务以外，还竞相提供文字短信息、多媒体信息、电子邮件、无线上网等 数据业务来作为新的业务增长点。中国移动推出的g p r s 业务和中国联通推出的c d m a 业务，为用户提供了无线上网等功能。无线局域n ( w l a n ) 在近几年的发展也十分迅速【4 1 ， 近来中国出现了无线局域网( w e a n ) 建设的热潮，w l a n 以其移动性和高速率，快速的为 用户提供服务，可以为运营商提供新的途径来吸引新的用户群体，增加新的利润来源，而 成为关注的焦点。w l a n 广阔的应用前景、广泛的市场需求以及技术上的可实现性，促进 了无线局域网技术的完善和产业化，目前各大运营商竞相在机场、车站、宾馆等地点搭建 无线局域网，提供宽带无线上网业务。 在大力建设无线网络的同时，随着中国信息产业的飞速发展和国家信息化建设对高带 宽网络业务的需求，多网、多业务的融合成为网络转型发展的必然趋势和网络演进发展的 方向。如何满足语音、数据、宽带业务等多业务接入需求，成为网络转型发展的重要内容， 也是规模化推进信息化建设的关键。目前，许多运营商和相关企业都在积极推进多网融合 的建设和应用，进行多网、多业务整合试点，如中国移动通信将w l a n 整合进常规业务， 推出g p r s + w l a n 的业务方案，中国联通推出了c d m a + w l a n 方案等。这些多网融 合的解决方案整合了蜂窝移动网络覆盖范围广的优点和w l a n 传输速率高的特性，具有 方便快捷、广域高速的特点，可以满足用户随时随地无线上网的需求，同时为大数据量的 无线视频通信提供了可能 5 1 【6 1 。 南京邮电大学江苏省图像处理与图像通信重点实验室研制的“多模式无线视频传输系 统是一个具有多网融合能力的实时视频编码传输系统【7 1 【引。该系统利用现代无线通信技 术，结合多媒体处理器的优越性能，实现了可以工作于多种网络模式的无线视频通信传输 方案。该方案采用g p r s + w l a n 或者c d m a + w l a n 作为无线接入方式，以高性能的媒 体处理器作为移动终端的视频处理、任务调度和通信控制的核心。系统集多种无线通信接 口( 包括w l a n 接i z i 、g p r s 接口和c d m a 接口) 于一体、能适应各种不同无线网络环境、 并且能够自动选择最佳无线网络进行智能切换，通过综合w l a n 网络的高速传输特性以 塑塞唑! 皇奎兰堡圭堕壅竺兰篁丝壅 一 笙二空笙堡 及公共移动网络( c d m a 和g p r s ) 广域覆盖的优点，提供在不同网络条件下的最佳视频传 输效果。当无线视频终端位于无线局域网范围内时，利用w l a n 无线接入实现高速视频 传输；而当无线终端超出无线局域网范围时，则利用公共无线移动网络作为补充，以c d m a 或g p r s 方式无线接入，提供中低速率的视频传输。 “多模式无线视频传输系统 具有以下特点： ( 1 ) 该系统利用了现代媒体处理器所具有的强大的处理能力和快捷的处理速度。 ( 2 ) 综合w l a n 网络的高速传输特性以及公共移动网络c d m a 和g p r s 广域覆盖的 优点，能够自动选择最佳无线网络进行视频传输，具有良好的网络适应性。 ( 3 ) 核心媒体处理器片上资源丰富，提供多路音频、视频和其它通信接口以满足灵活 多变的应用需求。媒体处理器采用软件编码，可以适应协议和软件变更的需要，方便用户 升级。 ( 4 ) 系统吸收了媒体处理器和无线通信模块的低功耗特性，耗电量较低，可以采用电 池供电，方便用户的移动应用，同时整个系统成本较低，适合普通用户购买和使用。 由于该系统研制初期，w l a n 的应用仍然有限，系统中的w l a n 子系统仅考虑了对 i e e e8 0 2 1 1 b 协议 9 1 模式的支持。近年来，随着w l a n 技术的发展，大部分w l a n 网卡 均发展到支持更高传输速率的i e e e8 0 2 11 9 协议【l o 】模式。因此，为了使系统能够满足实际 应用的需要，就必须对w l a n 的网络接口进行技术升级。这就是本文工作的目标。 1 2 本文主要工作与内容安排 本文工作基于“多模式无线视频传输系统 ，在对系统中w l a n 视频传输子系统进行 深入分析的基础上，通过将原有的w l a n 子系统的通信接口模块的主要部件无线网 卡进行升级换代，使系统不仅可以工作在i e e e8 0 2 1 l b 协议模式，而且可以工作在i e e e 8 0 2 1 l g 协议模式，最大传输速率从1 1 m b p s 提升到5 4 m b p s 。论文描述了w l a n 驱动程 序的更新与改进，并对w l a n 子系统调试和运行时经常出现的若干问题进行了比较深入 的探讨。由于受到一定条件的限制，改进之后的w l a n 无线网卡驱动程序没有全部调试 完毕，而获得了部分调试结果。本文在实验中通过实验说明了这部分结果的有效性，并对 存在的问题进行了分析。 本文的主要内容安排如下： 第一章介绍本文的课题研究背景和内容安排。 第二章介绍w l a n 视频传输子系统体系结构，分析w l a n 子系统移动终端硬件组 2 南京邮电人学硕十研究生学位论文第一章绪论 成和软件模块，并且分析了新的无线网卡的硬件构造和特点。 第三章详细描述w l a n 子系统驱动程序的扩展和改进情况，重点讨论几个关键的软 件模块的改进措施和改进后的工作流程。 第四章进行相关测试，并分析测试出的部分数据结果，同时还就w l a n 子系统运行 时的若干常见问题进行讨论并给出相应的改进方法。 第五章总结全文，并提出对本文工作的展望，指出今后的改进方向。 3 南京邮电大学硕上研究生学位论文第二章w l a n 子系统移动终端的硬件组成和软件模块 第二章w l a n 子系统移动终端的硬件组成和软件模块 本章首先简要介绍i e e e8 0 2 1 1w l a n 网络的构成和多模式无线视频传输系统的体系 结构，接着介绍w l a n 视频传输子系统移动终端通信接口模块的硬件组成，包括本系统 采用的无线网卡( w l a nn i c ) _ k 使用的m a c 芯片r t l 8 1 8 5 t 1 1 1 和射频芯片r t l 8 2 2 5 1 12 1 ，然 后介绍w l a n 视频传输子系统移动终端软件模块的组成和各模块的功能，最后简单介绍 w l a n 子系统移动终端工作的软件平台1 s o s + 操作系统【1 3 1 。 2 1i e e e8 0 2 1 1 无线局域网( w l a n ) 的总体构成 无线局域网( w l a n ) 是采用无线传输媒介的计算机局域网，利用电磁波或红外线在空 气中收发数据，而无需线缆介质。w l a n 是对固定局域网的一种补充和扩展，w a l n 网内 的计算机能够灵活移动，能快速、方便的解决以有线方式不易实现的网络联通问题。w l a n 的特点是成本低，移动性强，吞吐量高和通信相对可靠。 目前，无线局域网领域的主要标准有：i e e e8 0 2 1 1 【1 4 1 、h i p e r l a n 15 1 、h o m e r f 1 6 1 和 b l u e t o o t h 1 7 】等，其中i e e e8 0 2 1 1 系列标准最为常用。从网络层次结构来看，i e e e8 0 2 1 1 无线局域网包括物理层和m a c 层两个层次的内容【1 4 】。i e e e8 0 2 1 1 无线局域网的m a c 层 对所有类型的i e e e8 0 2 1 1 无线局域网的物理层均适用。m a c 层协议结合了c s m a c a 1 8 1 物理载波侦听多址访问与b a c k o f f 碰撞退避机制【1 9 1 ，能够很好的解决无线网络通信中的“隐 藏终端【2 0 】 问题，因此i e e e8 0 2 1 1 无线局域网的m a c 层协议是一个性能优越的无线媒 介访问控制协议。 目前在i e e e8 0 2 1 l 协议族的中，i e e e8 0 2 1 l b 、i e e e8 0 2 1 1 9 和i e e e8 0 2 1 l a 比较常 用。i e e e8 0 2 1 1 b 和i e e e8 0 2 1 1 9 工作在2 4 g h z 频段，i e e e8 0 2 1 1 a 工作在5 8 g h z 频段。 2 4 g h z 和5 8 g h z 都是s m ( i 业、科技、医疗) 频段，用户不用申请即可免费使用，这也 是目前i e e e8 0 2 1 1 系列协议比较流行的原因之一。 当前市场上的i e e e8 0 2 1 1 产品都支持i e e e8 0 2 1 1 b ，但近年来大部分产品开始支持 i e e e8 0 2 1 l g 。i e e e8 0 2 1 l b 的最大传输速率为1 1 m b p s ，而i e e e8 0 2 1 l g 的最大传输速率 达到5 4 m b p s 。i e e e8 0 2 1 1 9 是在i e e e8 0 2 1 1 b 的基础上发展的，并且实现了对i e e e8 0 2 1 1 b 的完全兼容。 i e e e8 0 2 1 1 网络可以有多个部分组成，但是不论任何形式的构成网络中必须包括两 4 堕室坚皇奎兰堡主望 壅竺兰垡堡奎笙三兰望兰型王墨竺壁垫竺堂塑塑堡望些塑竺壁堡垫 个最基本的元素：站点( s t a t i o n ，s t a ) 和基本服务集( b a s i cs e r v i c es e t ，b s s ) 。s t a 是无线 接入媒介的部分，常被称为网络适配器或者网络接口卡，包含两层实体：m a c 实体和p h y 实体。每个s t a 都实现相应的i e e e8 0 2 1 1 服务，包括鉴权、关联、w e p 加密等。s t a 既 可以是移动的，也可以是固定的，无线路由器、无线网卡等都属于s t a 的范畴。 b s s 是i e e e8 0 2 “局域网最基本的构成单元。在一个b s s 中，各成员s t a 可以保持 相互通信，但如果一个s t a 移动到基本服务集的外面，就不能与该基本服务集里的其它成 员直接通信。 访问点( a c c e s sp o i n t ，a p ) 也是一个s t a ，多个b s s 可以通过a p 构成一个分发系统 ( d i s t r i b u t i o ns y s t e m ，d s ) ，s t a 可以通过提供分发服务来提供对d s 的访问，无线信号通 过a p 在b s s 和d s 之间传输。一个无线宽带路由器就可以作为一个a p 使用。d s 和多个 b s s 可以构成一个任意大小的无线网络，i e e e8 0 2 1 1 把这种网络称为扩展服务集( e x t e n d e d s e r v i c es e t ，e s s ) 。图2 1 所示的是一个完整的i e e e8 0 2 1 1 网络体系结构，基本服务集b s s l 和b s s 2 分别通过a p 与d s 互连，构成了扩展服务集( e s s ) ，从中可以看到b s s 、d s s 和 e s s 的构成情况。 8 0 2 b s s 2 图2 1i e e e8 0 2 1 l 体系结构 此外，为了综合i e e e8 0 2 1 l 体系结构和传统的有线局域网，就需要有逻辑结构构件 入口( p o n a l ) 的支持。图2 1 中的无线d s 通过p o r t a l 与传统的有线网络相连接，在“多 模式无线视频传输系统 中，无线宽带路由器的一个作用就是作为一个p o r t a l 链接i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网和有线局域网( 如校园网、企业网等) 。 5 南京邮电人学硕十研究生学位论文第二章w l a n 了系统移动终端的硬件组成和软件模块 2 2w l a n 视频传输子系统体系结构 “多模式无线视频传输系统”是具有多种无线接入网络的实时视频传输系统1 7 1 1 引。它 基于p h i l i p s 公司的多媒体处理d s p 芯片t m l 3 0 0 2 1 1 和嵌入式p s o s + 系统【1 3 】，以h 2 6 3 或 h 2 6 4 标准进行实时编码【2 2 1 ，采用w l a n 、c d m a 和g p r s 等多种无线接入方式，并且能 够自动选择最佳网络，视频数据经过视频服务器完成转发，最终在交互式客户端接收视频 并实现解码播放。“多模式无线视频传输系统 由无线视频终端、公网视频服务器、内网 视频服务器和显示终端四部分组成i 刀。 w l a n 视频传输子系统是整个视频传输系统一个重要子集。正是因为传输速率高、 组网灵活的特点，使得w l a n 非常适合于实时视频传输应用，这也是本实验室选择w l a n 作为传输网络模式之一的原因。w l a n 视频传输子系统同样由移动终端、视频流转发服务 器和客户显示终端三个部分组成，相应的软硬件系统也分别分为三部分。图2 2 显示了 w l a n 视频传输子系统组成。 无线视频 终端2 拭二 端1 服务器 客户显示终端2 图2 2w l a n 视频传输子系统组成示意图 图2 2 所示的w l a n 视频传输子系统拥有多个无线视频移动终端和多个显示终端。 w l a n 视频传输子系统采用了有线和无线网络混合组网的方式，其中关键的组件是一个无 线宽带路由器，正如2 1 节所述，该无线宽带路由器具有a p 和p o r t a l 双重功能，无线视频 终端所在的无线局域网和内网视频服务器和客户显示终端所在的有线局域网( 校园网) 通过 无线宽带路由器得以衔接。目前系统中使用的无线宽带路由器可以支持i e e e8 0 2 1 l b 和 i e e e8 0 2 1 1 9 协议，具有良好的兼容性，并且速率可以根据需要自动设置。 下面对系统主要组成部分做简要说明，关于原型系统中内网视频服务器和客户显示终 端的软件设计以及整个系统的通信机制见参考文献【7 】、【8 】。 无线视频终端：无线视频终端外接彩色p a l 制摄像机来进行实时视频采集，彩色彤儿 6 堕室堕皇叁兰堡：兰竺壅竺堂堡笙奎釜三童型兰垒型至至竺壁垫釜堂塑竺堡丝垡塑竺堡垡墨 制摄像机采集到数据之后，将数据交给移动终端进行编码，本系统中采用的编码标准为 h 2 6 3 或h 2 6 4 。同时无线视频终端的通信接口模块还具有无线网络接入和功能，可以接入 到公共无线网络g p r s 、c d m a 或w l a n 网络。通过相关软件的控制，无线视频终端可 以根据所处位置的变动来选择当前可用高带宽网络进行视频传输，可以多种无线网络中进 行自动切换。当无线视频终端在无线局域网覆盖范围之内时，就选择无线局域网来实现高 速视频传输，无线视频终端超出无线局域网覆盖范围时，就启动网络切换程序切换到公共 移动网络g p r s 或c d m a 来进行中低速率的视频数据传输。 内网视频服务器：内网视频服务器的作用时维护所有处于内网的无线视频终端相关信 息以及所有请求视频流的客户显示终端相关信息，并且提供内网视频服务器到内网显示终 端的视频流转发功能。客户显示终端向无线视频终端发送的相关指令也必须通过内网视频 服务器转发。 客户显示终端：客户显示终端的作用是接收网络视频服务器转发过来的视频流数据并 且实现视频流的解码和显示。同时用户可以通过客户显示终端的人机接口发送指令，这些 用户发送的指令经过网络服务器转发至无线视频终端，无线视频终端的指令控制模块接收 到用户指令后，根据指令中提供的参数来更新图像格式、量化步长的选择、目标码率大小 等参数的设置，从而达到整个w l a n 视频传输子系统各组成部分协调工作的目的。 2 3 移动终端通信接口模块芯片的选择和升级 移动终端由视频采集压缩模块和通信模块两部分组成，如图2 3 所示。核心部件是 p h i l i p s 的媒体处理器t m l 3 0 0 ，外围电路器件主要有存储模块、视频输入输出模块、公共 无线网络接入模块( g p r s 或c d m a 通信模块) 和w l a n 接入模块( w l a n 无线网卡) 等【7 】o 外围电路 t m l 3 0 0 视频采集压缩模块 g p r s c d m 队 模块 w l a n 网卡 通信模块 图2 3 移动终端系统硬件组成 7 嚣囤 一频入二频出一一视输二视输一 p。l i_。，l 塑室堕皇叁兰堡堕塑竺兰竺笙壅笙三里型生型三至竺竺垄竺堂竺堡堡望垡塑竺壁堡鉴 存储模块包括e e p r o m 、s d r a m 和f l a s h ，其中s d r a m 是整个移动终端的主存， e e p r o m 和f l a s h 是辅助存储部件，e e p r o m 中存储了系统的硬件配置信息和系统引导 信息，f l a s h 存储着操作系统、编码程序、硬件驱动等。视频输入和输出模块负责模拟视 频和数字视频之间的转换。c d m a ( 或g p r s ) 模块和w l a n 网卡分别负责公共无线网络和 w l a n 的无线接入。 在w l a n 视频传输子系统中，通信接口模块即无线网卡( w l a nn i c ) ，它通过p c i 总 线【2 3 1 与t m l 3 0 0 连接。为了正确地实现数据的传输和接受，需要根据选用的网卡编写相应 的驱动软件。为此首先需要掌握选择的网卡内部硬件构成及特点。 无线网卡主要由媒体访问控s 0 ( m a c ) 芯片和射频( i 江) 芯片两部分组成。本实验室原来 的w l a n 视频传输子系统使用的网卡型号为t l w n 2 5 0 g ，是t p l i n k 公司组装的产品， 其内部集成的m a c 芯片是r e a l t e k 公司的r t l 8 1 8 0 1 2 4 1 。1 1 l w n 2 5 0 g 网卡遵循i e e e8 0 2 1 1 b 协议，最大传输速率达到11 m b p s 。 t l w n 2 5 0 g 属于早期的无线网卡，支持的工作模式单一。随着w l a n 技术的发展， 目前在市面上普遍使用的已经是能够支持新的i e e e8 0 2 1 l g 协议、兼容i e e e8 0 2 1 l b 协议 网卡。因此从系统的产品化和实用化目的出发，及时更换升级w l a n 无线网卡、提高数 据传输速率，使系统适应新的协议是势在必行的。 无线网卡关系到w l a n 视频传输子系统数据传输的速率和系统稳定性，因此对用以 升级的无线网卡型号的选择是至关重要的。目前，在主流市场上，大概有十多家i c 制造 商提供w l a n 接口芯片，其中市场占有率比较高有：a t h e r o s 公司的a r 5 0 0 x 系列，a g e r e 公司的w a v e l a n 系列，b r o a d c o m 的b c m 9 4 3 x x 系列、b c m 2 0 x x 系列、b c m 4 3 x x 系列、 i n t e r s i l 的p r i s m 系列等。我国大陆地区目前还没有i c 制造商提供w l a n 接口芯片，台湾 的i c 芯片专业制造商r e a l t e k2 0 0 3 年推出了w l a nn i c 的p c i 接口m a c 芯片r t l 8 1 8 0 ， 后来又推出了r t l 8 1 8 5 和r t l 8 1 8 7 ，这三款m a c 芯片被统称为r t l 8 1 8 x 系列。 各制造商提供的w l a n 无线网卡使用的接口也各不相同，目前的无线网卡接口有： p c i 接口、m i n p c i 接口、u s b 接口和c a r d b u s 接口。上文提到的r t l 8 1 8 0 和r t l 8 1 8 7 属于p c i 接口芯片，而r t l 8 1 8 7 是u s b 接口芯片。本实验室的移动终端的通信接口模块 使用的是p c i 接口。 由于在系统的前期开发中已经对r e a l t e k 的m a c 芯片的开发和应用积累了一定的经 验，同时该芯片的性能良好而且价格相对较低，所用本文选择了集成了m a c 芯片r t l 8 1 8 5 的无线网卡k n w 5 1 0 p 来替换原来的网卡，r t l 8 1 8 5 和r t l 8 1 8 0 是r e a l t e k 公司开发的同 一系列的产品，二者的硬件结构具有很大相似性，工作机制也有很多相同点。无线网卡 8 堕室堕鱼奎兰堡：堕! ! 竺兰垡丝茎 翌三! ! 兰垒翌三至篓堑生竺塑竺堡堡丝垡塑鏊竺堡鉴 k n w 5 1 0 p 的射频芯片为r t l 8 2 2 5 ，同样也是r e a l t e k 的产品。新网卡遵循i e e e8 0 2 1 1 9 协议，最大传输速率达到5 4 m b p s ，兼容遵循i e e e8 0 2 1 1 b 协议。 关于m a c 芯片r t l 8 1 8 5 和射频芯片r t l 8 2 2 5 的硬件结构和特点将在后续的章节中介 绍。 2 4 通信接口芯片r t l 8 1 8 5 的硬件结构及特点 r t l 8 1 8 5 是台湾的i c 芯片专业制造商r e a l t e k2 0 0 6 年推出的w l a nn i c 接口m a c 芯片，支持p c i 接口，遵循i e e e 8 0 2 1 l b g 协议。 r t l 8 1 8 5 支持的调制方式有：差分二进制相移键控( d b p s k ) 2 5 】、差分四相相移键控 ( d q p s k ) 【2 6 1 和补码键控( c c k ) 【2 7 1 和正交频分复用( o f d m ) 2 8 】。r t l 8 1 8 5 片上还集成了快速 傅立叶变换( f f t ) 和逆傅立叶变换( i f f t ) 单元，用以提供6 、9 、1 2 、1 8 、2 4 、3 6 、4 8 和5 4 m b p s 的信号传输速率，同时还利用d b p s k 、d q p s k ) 和c c k 提供的l 、2 、5 5 、和1 1 m b p s 的 传输速率来实现与i e e e 8 0 2 1 1 b 硬件设备的兼容。当r t l 8 1 8 5 工作在拓展模式时，其传输 速率可以达到7 2 m b p s 。 r t l 8 1 8 5 具有以下特点： ( 1 ) 收发均支持自动增益控制( a g c ，a u t o m a t i cg a i nc o n t r 0 1 ) 。 ( 2 ) 支持基于描述符的内存管理和数据收发方式，包含有传输和接收f i f o 用作数据 缓存。 ( 3 ) 利用9 3 c 4 6 ( 1 2 8 字节e e p r o m ) 或9 3 c 5 6 ( 2 5 6 字节e e p r o m ) 来存储硬件配置、 i d 参数等。 ( 4 ) 片上集成有增强的信号探测器、自适应频域均衡器和低功耗软判决维特比译码器 ( s o f t d e c i s i o nv i t e r b id e c o d e r ) ，可以降低无线网络中严重的多径效应。 ( 5 ) 内建w e p 引擎，支持4 8 - b i t 和1 0 4 b i tw e p 加密。 ( 6 ) 支持高级可配置电源管理接i s i ( a c p i ) ，支持辅助的功率自动探测，在p c i 配置空 间中设置了相关的功率管理容量寄存器。 ( 7 ) 支持短封包标头( s h o r tp r e a m b l e ) 和天线分极。 ( 8 ) 支持直接内存存取( d m a ，d i r e c tm e m o r ya c c e s s ) 。 ( 9 ) 支持r t s c t s 存取机制和c t s 自检机制。 ( 1 0 ) 支持3 2 比特的时钟定时器。 ( 1 1 ) 集成了灵活的i 珂收发器接口，可以支持不同类型的射频芯片。 9 塑室塑皇叁堂堡主婴窒竺兰垡笙奎釜三里竖垒望三至竺壁垫竺塑竺竺堡垒垡塑竺笪堡垫 r t l 818 5 片上集成了w l a n 媒体访问控$ o ( m a c ) 禾n 直接序列扩频基带处理器( d s s s b b p ) 两部分，下面重点介绍m a c 部分的硬件结构，图2 4 为r t l 8 1 8 5 的m a c 部分内部 结构。 图2 - 4r t l 8 1 8 5m a c 从图中可以看到r t l 8 1 8 5 的m a c 内建了i e e e8 0 2 1 1 控制帧产生器，用于自动产生 r t s c t s a c k 等控制帧；w e p 引擎用于w e p 加密，提高数据传输的安全性；信号质量 检测逻辑单元用于检测接收到的信号质量，便于无线网卡探测信号质量最好的a p ；f i f o 单元包括发送f i f o 和接收f i f o ，用作数据缓存；f i f o 控制逻辑单元用于控制接收和发 送f i f o 中数据的出入；中断控制逻辑单元根据收发状态设置中断状态寄存器( i s r ) ，若中 断允许且中断掩码匹配，则通过p c i 总线的i n t a 向主机提请中断，中断控制逻辑单元与 数据的接收及网卡异常的处理密切相关；p c i 接口寄存器，用于对m a c 的配置和控制以 及与核心控制设备( d s p ) 的连接；e e p r o m 接口寄存器用于e e p r p o m ，r t l 8 1 8 5 的 e e p r p o m 一般为9 3 c 4 6 ( 1 kb i o 或9 3 c 5 6 ( 2 kb i o ，r t l 8 1 8 5 的许多原始参数都储存在 e e p r p o m 中，当无线网卡启动或重启时，这些参数被自动载入至相关的p c i 接口寄存器 中；l e d 驱动用于控制网卡指示灯的状态，r t l 8 1 8 5 网卡有两个指示灯：a c t 和l i n k ， a c t 灯闪烁表示网卡正在收发和处理数据，l i n k 灯常亮表示无线网卡与某各a p 连接成 功；功率和定时控制逻辑单元用于控制数据收发时的功率和定时；帧长寄存器用于统计收 发的i e e e8 0 2 1 l b g 的帧数据的长度，r t l 8 1 8 5 无线网卡对接收和发送的数据长度设置了 一定的上限，若数据长度超过上限，则应分成多个部