基于IPP库的MPEG-4视频传输系统设计

随着网络及通信技术的发展，形式多样的嵌入式设备作为继PC机后的信息处理工具正日益渗透到社会生活的各个领域。在IP化和视频化的双重推动下，以嵌入式设备作为视频处理与传输终端在视频监控，视频会议等领域得到越来越广泛的应用。为了进一步提高传输的实时性和图像质量，本文在硬件平台上采用 Intel新一代的XScale处理器PXA270，增强了媒体处理能力，降低了系统功耗。同时，为了最大限度的发挥处理器的性能优势，本文采用 INTEL针对PXA27X系列开发的高性能集成函数库，即IPP库函数作为MPEG-4视频编解码的函数骨架，采用MPEG-4编解码，在LINUX嵌入式操作系统上实现并优化了视频传输系统。

1 系统硬件组成及工作流程

1．1 系统组成

本系统硬件组成如图1所示，采用Intel公司的嵌入式处理器PXA270作为主控CPU，该款处理器的主频率可达520MHz，可以满足系统在编解码条件下的速度要求。其Wireless MMX技术有效提高了处理视频数据的能力，独有的SpeedStep技术使其兼备了高性能和低功耗的特点。根据系统的运算量和系统文件的大小，核心系统 Flash存储器和SDRAM存储器容量分别设计为32M和64M。外设接口方面，通过USB接口连接以OV511作为控制芯片的高性能USB摄像头，提高了传输速率并避免了低带宽条件下的图像跳动现象。通过LCD控制接口连接LCD显示模块，通过系统总线连接10M/100M自适应以太网芯片 LAN91C11。同时，系统还预留了RS232串口供调试使用。

1．2 MPEG-4视频传输系统的工作流程

该系统的主要工作流程如下：

发送端：视频数据经USB摄像头采集进入本系统，由PXA270对原始的YUV420格式的视频数据进行MPEG-4编码，采用IPP库函数进行DCT变换[2]，量化，预测，运动估计及运动补偿，熵编码后，把压缩后的视频数据打成RTP包，经以太网控制模块送入以太网。

接收端：将接收的RTP包还原成MPEG4码流[2]，仍采用IPP库函数由PXA270进行MPEG-4解码，将解码后的视频数据运用FrameBuffer机制送入LCD，由LCD显示模块来回放发送端采集到的视频图像，达到视频传输的目的。


图1 视频传输系统硬件组成框图

2 系统的模块分析及基于IPP库的软件实现

本系统由视频采集模块，基于IPP库的MPEG4编解码模块，RTP传输模块和视频回放模块组成，整个系统的软件流程图如图2所示，下面就该图对各个模块进行简要分析。

图2 系统软件流程图

2．1 视频采集模块

视频采集由USB摄像头来实现，采用通用的Video4Linux API 进行编程。Video4Linux是嵌入式LINUX为图像传感器之类的语音图像设备提供接口函数。通过打开/dev/video0 设备文件对摄像头进行操作，得到YUV420格式的视频数据。采集视频数据的过程为：打开设备文件，查询并确认设备性能，对采集窗口，颜色模式，帧状态初始化，采用mmap()内存映射方式实现共享内存，开始采集图像数据，阻塞等待驱动缓冲好一帧完整的图像，循环采集直至程序退出。由于采用了内存映射方式而不是read(),write()等文件操作函数，绕过了内核缓冲区，加速了I/O访问。同时，该模块开辟了两块视频缓冲区，一块用于采集的同时另一块用于发送，显著提高了采集效率。

2．2 基于IPP库的MPEG4编解码

2．2．1 IPP库简介

IPP是Intel基于其系列处理器开发的一套跨平台的集成性能函数库（Integrated Performance Primitives）的缩写[3，5]，它提供了广泛的多媒体功能，包括音视频编解码（如MPEG4，G.723）,图像处理，语音识别及加密机制。 Intel IPP 针对包括PXA27X系列的大量微处理器进行优化，采用跨平台的通用API，提供图像处理、颜色转换、过滤、变换，以及算术、统计与图形运算等各种函数，为软件应用程序提供了一个友好的连接界面，不但节省了开发成本以及研发时间，还使得多媒体应用程序在INTEL处理器上的性能大大改善。

2．2．2 IPP库函数介绍

一般的IPP函数名如下：

ippdata-domain>name>_datatype>[descriptor>](arguments> ) ;

这里的data-domain所谓的域，指的是该IPP函数所属的功能范围。i（images/video）代表二维图像处理

datatype数据类型的定义是bit depth>位数加上bit interpretation>位解释组成。位数有1|8|16|32|64>，位解释则有u|s|f>[c]。

这里u是无符号，s是有符号，f是浮点数，c是复数。

descriptor是描述符，描述要操作的数据。

C加数字n表明图像数据有几个颜色频道，1|2|3|4。

I表示操作仅在此数据内存的范围内进行，不需要多余的内存空间。

R表示需要指定ROI即圈选范围。

2．2．3 MPEG-4编解码中的关键IPP库函数

基于IPP库的MPEG-4编解码系统框图如图3所示