基于Linux-Cortex A8的视频处理及数字微波传输系统的设计

摘要

数字视频通信系统较传统模拟视频通信系统具有抗干扰、抗噪声能力强，便于计算机处理等优点。随着数字通信技术的发展，数字视频通信系统需要较大带宽和设备复杂的问题得到很好地解决。由于计算机与大规模集成电路的快速发展，高效能的嵌入式系统的不断涌现，从成本上和技术上为原有模拟视频传输系统的改造提供了实现基础。另外，高效的音视频压缩技术的相续推出，也使得模拟视频数字化处理过程中数据量大的问题得到比较好的解决。针对采用模拟技术体制的某微波视频传输系统存在着的占用带宽宽、领道干扰严重、易受到噪声和干扰影响、图像颜色失真、视频质量差等问题，需对该系统进行数字化改造，以提升系统性能。
　　本文在研究目前国内外音视频采集、压缩和传输系统技术、应用以及发展现状的基础上，分析比较了现有模拟微波视频传输系统的技术状况、系统结构、主要功能和改造成本等因素，提出在保留原系统射频模块和主要功能不变的基础上，以基于Linux的Cortex A8嵌入式平台为核心，完成音视频数字化采集与回放和压缩处理以及收发处理功能，实现高帧率、高分辨率的音视频数字化微波无线传输系统，最高可支持720P的视频格式。主要完成了以下工作任务：
　　（1）按照数字化改造方案，完成了总体技术方案的设计。主要包括对数字化需求和应用环境的分析、系统结构的设计、关键技术选择和软硬件方案设计等。
　　（2）按照数字化传输的要求，完成了高速数字通信电路的研发。为了降低开发成本和复杂性，采用了异步串行通信方式；数字调制部分采用简单易开发的CP-FSK调制解调器；采用USB/UART转接方式，可支持高达4Mbps的异步串行通信速率。
　　（3）按照系统结构要求，完成了嵌入式音视频处理系统的硬件开发。利用现成的Cortex A8核心板，完成包括各种接口的嵌入式底板电路设计。
　　（4）按照系统功能要求，完成了嵌入式音视频处理、控制和通信收发系统软件的设计与开发。包括音视频采集、压缩/解压、回放程序设计、USB/UART接口等各种接口的驱动移植、通信的组帧与拆帧处理、异步串口通信程序设计等。
　　（5）QT界面设计。包括人机交互界面、数传界面等实现。
　　由于采用mmap方式采集视频、H.264硬件编解码、USB转UART、多线程、CP-FSK调制解调和微波传输等关键技术，系统具有电路简单、易开发、成本低、传输速度高、视频清晰度高和实时性好等优点，达到设计要求，具有重要的工程设计参考价值。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景

§1.2 国内外研究现状

§1.3 研究目标及意义

§1.4 研究内容与成果

§1.5 论文总体框架

第二章 总体技术方案设计

§2.1 系统整体需求分析与设计

§2.2 关键技术分析与选择

§2.3 系统整体方案

§2.4 小结

第三章 硬件设计与实现

§3.1 硬件方案设计

§3.2 收发机射频前端结构

§3.3 FSK调制器的设计

§3.4 FSK解调器的设计

§3.5 USB-UART接口电路设计

§3.6 嵌入式系统硬件平台的设计

§3.7 小结

第四章 嵌入式系统软件设计与实现

§4.1 系统软件总体结构

§4.2 系统软件功能流程

§4.3 Linux内核配置

§4.4 视频采集与显示模块设计

§4.5 视频压缩与解压模块设计

§4.6 声音采集与播放模块设计

§4.7 声音压缩与解压模块设计

§4.8 收发模块设计

§4.9 数据收发实验模块设计

§4.10 人机控制界面设计

§4.11 小结

第五章 功能模块的调试及系统测试

§5.1 嵌入式硬件平台调试

§5.2 嵌入式应用程序调试与功能验证

§5.3 FSK调制解调器调试

§5.4 系统综合测试

§5.5 小结

第六章 总结与展望

§6.1 全文总结

§6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果