QNX 下嵌入式视频监控系统研究

摘要：根据视频监控的特点，设计了一种强实时的嵌入式视频监控系统。系统基于QNX(Quick UNIX)嵌入式实时操作系统，采用异构双核处理器芯片OMAP3530为核心的开发平台，实现了视频的编解码和传输过程。
关键词：QNX；视频监控系统；视频编解码；OMAP3530

引言
嵌入式视频监控系统是当今嵌入式系统发展的热门应用，尤其是数字化视频监控系统越来越受到客户的青睐。目前，嵌入式视频监控系统大多基于Linux操作系统完成，这对于系统CPU是一个不小的开销；同时，系统的稳定性和实时性无法得到很好的保障。本文提出一种基于QNX系统的视频监控系统。QNX(Quick UNIX)是一种实时的微内核操作系统，有利于减小系统CPU开销，并提升系统的稳定和实时性能；用OMAP 3530处理器中的DSP核来完成视频的编解码，有利于提升视频画面质量，提高视频传输速率。

1 系统整体设计
视频监控系统方案是基于开放式多媒体应用平台OMAP设计的。OMAP3530芯片集成了高性能、低功耗的DSP核与控制性能较好的ARM内核，是一种开放式的、可编程的体系结构。系统ARM端负责初始化整个芯片，包括ARM、DSP、TC(Traffic Controller，流量控制器)等的时钟设置，DSP的开启和复位，以及LCD、定时器等各个外设的初始化。DSP端负责视频的编解码。监控系统硬件结构图如图1所示。监控系统主要由OMAP3530芯片、USB摄像头、液晶显示器、存储模块(SDRAM、ROM、Flash)、JTAG构成。USB摄像头获取视频信息后，经OMAP3530部进行视频编解码处理后，存储在存储介质上，或在液晶显示器上进行显示。

1．1 OMAP3530平台介绍
OMAP3530主要由ARM内核、DSP内核及流量控制器TC组成。
OMAP3530采用ARM Cortex—A8核，工作主频最高可达720 MHz。它具有存储器管理单元、16 KB的高速指令缓冲存储器、16 KB的数据高速缓冲存储器和256KB的二级Cache；片内有64 KB的内部SRAM，为液晶显示等应用提供了大量的数据和代码存储空间。ARM内核拥有整个系统的控制权，可以设置DSP、TC以及各种外设的时钟及其他工作参数，控制DSP的运行停止。本设计通过ARM完成对整个视频监控系统的控制和调度。
DSP内核TMS320C64X+采用3项关键的革新技术：增大的空闲省电区域、变长指令和扩大的并行机制。另外，TMS320C64X+内核增加了固化了算法的硬件加速器，来处理运动估计、8×8的DCT／IDCT和1／2像素插值，降低了视频处理的功耗。
流量控制器TC用于控制ARM、DSP以及本地总线对OMAP3530内所有存储器的访问。
1．2 双核之间的通信
系统的实现，需要让ARM核与DSP核实现协调的通信。利用Codee Engine构架，可以实现和管理ARM与DSP双核之间的数据通信。
Codec Engine是一组用来配置和运行DSP端的符合xDAIS算法的架构，它把符合xDAIS算法纳入其架构之下，让ARM端的QNX可以调用它提供的VISA标准接口，从而实现ARM与DSP的软件管理。图2是CodecEngine下一个应用程序的通用构架。

图2中，应用程序(Application)或者中间层(mediamiddle ware)调用核心引擎和VISA的API。VISA的API使用存根(Video Encode Stubs)来访问核心引擎SPI(系统编程接口)和构架(Video Encode Skeleton)。这些构架访问核心引擎和VISA的SPI。VISA的SPI访问底层算法。
1．3 操作系统介绍
QNX拥有一个非常高效的徼内核，它负责管理一组同时工作的进程，同时，QNX能够实现基于消息的进程间通信。这使得QNX具有独特的高效性、模块化和简易化性能。
整个QNX操作系统是由徼内核调度管理的一组进程的集合，与硬件的总线结构类似，称之为软件总线。软件总线的存在，使得微内核之外的系统模块能够像硬件一样“热插拔”。在微内核中，应用程序、设备驱动程序、文件系统和网络协议栈都驻留在内核外部的独立地址空间，因此它们与内核以及彼此之间都相互隔离，具有出色的故障包容性：一个组件的故障不会导致整个系统崩溃。提高了系统的稳定性和安全性。

表示。预测值PRED和当前块相减后，产生一个残差块Dn，经块变换、量化后产生一组量化后的变换系数X，再经熵编码，与解码所需的一些信息组成一个压后的码流，经NAL(网络自适应层)供传输和储存用。如果采用帧内预测编码，从图4可看出，其预测者PRED是由当前片和uFn'(重建图像过程中未经滤波的帧)的反馈，经由帧内预测选择得出。

为了提供进一步预测用的参考图像，编码器必须具有重建图像的功能。使残差图像经反量化、反变化后得到Dn'，与预测值P相加得到uFn'。为了提高参考帧的图像质量以提高压缩图像的性能，设置了一个环路滤波器，滤波后的输出Fn'即为重建图像，