0 引言
    隨著英特網(wǎng)的普及,，人們可以從網(wǎng)絡(luò)上得到的信息越來越多,。以前，人們只能得到文字和一些簡單的圖形信息,，能夠得到的視頻信息是很少的,。造成這種現(xiàn)象的主要原因是視頻信息的數(shù)據(jù)量是非常巨大的，如果想傳輸它,，就必須有很大的網(wǎng)絡(luò)帶寬,，而如此大的網(wǎng)絡(luò)帶寬在現(xiàn)實中是需要耗費巨大的成本才能完成的。視頻的編碼標準就是在這個前提下被提出來的,。
    視頻編碼技術(shù)到現(xiàn)在為止已發(fā)展了很多年了,，各種研究機構(gòu)和標準化組織也已經(jīng)提出了很多解決辦法，但到現(xiàn)在為止視頻編碼的標準主要分為兩大類：一類是國際標準化組織和國際電工委員會第一聯(lián)合技術(shù)組制定的MPEG系列標準,；另一類是ITU針對多媒體通信制定的H．26x系列視頻編碼標準,。H．264只是視頻編碼標準，它對音頻方面沒有任何的規(guī)定,，但是它的壓縮效率高,、圖像質(zhì)量好并且傳輸碼率很低，所以它非常適合于視頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸,。
    在本文中,，首先描述的是設(shè)計的硬件系統(tǒng)，它是H．264算法和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對應(yīng)的C代碼運行的平臺,。核心器件是TMS320 DM642,，它是TI公司專門針對多媒體傳輸或網(wǎng)絡(luò)視頻的監(jiān)控設(shè)計并生產(chǎn)的一款DSP芯片。在此硬件平臺下對于EDMA和網(wǎng)絡(luò)接口的高效使用是極其重要的,；其次描述的是H．264編碼器的優(yōu)化,。由于H.264算法是極其復(fù)雜的，所以要實現(xiàn)視頻編碼的實時性也就成為一件難事,。因此,，就必須對代碼進行優(yōu)化，以達到視頻序列能夠在網(wǎng)絡(luò)中實時傳輸?shù)哪康?；最后描述的是H．264編碼碼流的網(wǎng)絡(luò)傳輸,。在此部分主要介紹H．264編碼器中的NAL層和RTP傳輸層的對接,，將NAL層的數(shù)據(jù)按照RFC3984協(xié)議的規(guī)定對數(shù)據(jù)進行打包。

1 硬件平臺
    視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件是H．264算法和網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議運行的基本硬件平臺,，圖1所示為本系統(tǒng)設(shè)計的硬件系統(tǒng)框圖,。

    設(shè)計中用到的RTP協(xié)議是主要針對于H．264編碼碼流進行處理的RFC3984協(xié)議。至于UDP和IP,，由于,，TI提供的各種類型的DSP套件是支持Socket套接字的，所以,，在得到RTP層的打包數(shù)據(jù)后,，就可以直接利用套接字對RTP層以后的數(shù)據(jù)流進行處理。
    系統(tǒng)中的TMS320DM642是TI公司C6000系列DSP,，它的處理核心是C64x型的高性能數(shù)字信號處理器,，具有極強的處理性能，這里用的DSP的核心頻率是600Mhz,。它在使用時具有高度的靈活性和可編程性,，而且外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備及接口,，特別適用于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控,、數(shù)字廣播以及基于數(shù)字視頻／圖像處理的消費類電子產(chǎn)品等高速DSP應(yīng)用領(lǐng)域。本系統(tǒng)中用到的外圍接口主要有：視頻接口,、存儲器接口,、網(wǎng)絡(luò)接口和串口。
    圖像A／D轉(zhuǎn)換芯片用的是SAA7115,，它負責將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字視頻信號,。NORFLASH用的是spansion公司的Am29LV033C，它的作用是負責永久性的存儲完成H．264編碼算法和網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的C代碼,。在硬件系統(tǒng)剛剛上電啟動時,，NOR FALSH中引導(dǎo)程序先被加載到DSP內(nèi)，然后,，引導(dǎo)程序被執(zhí)行,，引導(dǎo)程序會將應(yīng)用程序加載到SDRAM中，最后,，應(yīng)用程序會在SDRAM中被執(zhí)行,。SDRAM用的是三星的HY57V28162 0E，它的作用主要有兩個：一是存儲要執(zhí)行的應(yīng)用程序,，二是臨時存儲要被處理的圖像數(shù)據(jù),。串口在這里主要是輔助調(diào)試用的。EMAC接口是非常重要的，它是傳輸已經(jīng)處理的H．264編碼碼流的,，這里用的是intel公司研發(fā)的LXT971A,。
    硬件系統(tǒng)的工作過程如下：首先是模擬COMS攝像頭采集PAL制式的模擬視頻信號。然后圖像A／D轉(zhuǎn)換芯片SAA7115HL會將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號并傳輸給TMS320DM642,。TMS320DM642中的EDMA控制器會先將從A／D轉(zhuǎn)換器得到的視頻圖像存儲到SDRAM中,，等到TMS320DM6 42處理器已經(jīng)準備好處理圖像的時候，再從SDRAM中將圖像取出來進行H．264格式的編碼壓縮,。編碼完成之后,，會得到H．264的編碼碼流，這個時候,，再利用RTP／UDP／IP的協(xié)議棧將H．264的編碼碼流進行逐層打包并通過EMAC接口發(fā)送到因特網(wǎng)上,。

2 H．264編碼器的優(yōu)化
    H．264的編碼器是非常復(fù)雜的，所以,，當我們用C代碼實現(xiàn)其功能的時候,，往往會面臨實時性的問題，即處理器無法在1s內(nèi)完成所要求的數(shù)據(jù)處理量,。為了使視頻遠端顯示連續(xù)，必需使處理器在1s內(nèi)能夠壓縮編碼并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸20幀以上的圖像,。但是,，在寫出第一版代碼時，會發(fā)現(xiàn)處理器根本就無法達到要求,，在1s鐘之內(nèi),，它只能處理5-6幀的圖像，因此就必須對編碼器進行優(yōu)化,，以求能夠達到實時性,。
    一般來說，如果在DSP中實現(xiàn)H．264的編碼器優(yōu)化,，那么優(yōu)化過程主要分為四個階段,，分別是算法優(yōu)化、C代碼優(yōu)化,、線性匯編的優(yōu)化,、CCS編譯器下的選項優(yōu)化，它們被順序的完成,。在DSP中實現(xiàn)H．264編碼器的優(yōu)化過程見圖2,。

    H．264的編碼算法主要有：幀內(nèi)預(yù)測編碼、幀間預(yù)測編碼,、DCT變換和量化,、熵編碼，其中最消耗時間的是幀間預(yù)測編碼，它用的時間要占到整套算法運行時間80％左右,，因此,，幀間預(yù)測編碼算法的優(yōu)化也就成為H．264編碼器算法優(yōu)化的重點。
    實現(xiàn)編碼器C代碼的優(yōu)化,，主要是注意在寫C代碼的時候要寫出高效簡潔的代碼,，使在能夠保持算法基本功能的前提下，占用的處理器運算資源最少,。如果C代碼級優(yōu)化完了之后,，還不能滿足實時性，就必須用到線性匯編的優(yōu)化,。線性匯編代碼是對影響速度的關(guān)鍵C代碼進行重寫,。線性匯編代碼與C6000的匯編代碼類似，不同的是線性匯編代碼并不用像匯編代碼那樣要給出所有的信息,，它可以對這些信息進行一些選擇,，也可以由匯編優(yōu)化器確定，如指令使用的寄存器,，指令使用的功能單元等,，匯編優(yōu)化器會根據(jù)代碼的情況確定這些信息，并產(chǎn)生匯編文件,。
    在優(yōu)化過程中,，一般都會借助于編譯器自帶的優(yōu)化功能進行優(yōu)化。CCS中有優(yōu)化選項,，來幫助我們對代碼進行進一步的優(yōu)化,。優(yōu)化選項共有四個：o0、o1,、o2,、o3。o0級別的優(yōu)化內(nèi)容有：簡化控制流圖,、分配變量到寄存器,、進行循環(huán)旋轉(zhuǎn)、刪除未使用的代碼,、簡化表達式和代碼,；o1級別的優(yōu)化除了包括o0的內(nèi)容外還有：執(zhí)行局部復(fù)制／常量傳遞、刪除未使用的賦值語句,、刪除局部共有表達式：o2級別的優(yōu)化除了包括o1的內(nèi)容外還有：進行軟件流水,、進行循環(huán)優(yōu)化、刪除全局共有子表達式,、刪除全局未使用的賦值語句,、把循環(huán)中對數(shù)組的引用轉(zhuǎn)變?yōu)檫f增的指針形式、進行循環(huán)展開；o3級別的優(yōu)化除了包括o2的內(nèi)容外還有：刪除未使用的所有函數(shù),、內(nèi)聯(lián)小的函數(shù),、重新對函數(shù)聲明進行排序、識別文件變量的特征,。

3 H．264編碼碼流的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計
3．1 H．264編碼器NAL層和VCL層的分離
    在H．264的編碼中,，網(wǎng)絡(luò)抽象層和視頻編碼層是分開的。H．264編碼器NAL和VCL的分層結(jié)構(gòu)如圖3,。視頻編碼層負責視頻序列的壓縮編碼,，網(wǎng)絡(luò)抽象層負責使H．264的編碼碼流能夠適應(yīng)各種網(wǎng)路。這種分層結(jié)構(gòu)可以使設(shè)計出來的系統(tǒng)即擁有高效率的編碼特性又擁有良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性,。

3．2 RFC3984協(xié)議的包頭格式及使用
    圖4為RTP固定頭字段格式,，具體描述如下：

    版本V：2 bits此處的值為2．
    填充標識P：1 bit
    如果在分組的末尾包含填充字節(jié)，那么此處的值為1,，注意,，填充并不是有效載荷的內(nèi)容。
    貢獻源(CSRC)數(shù)目CC：4 bits
    標識位M：1 bit
    標識位可以用來表示特定層面的某些重要事件,。
    載荷類型PT：7bits
    不同的音視頻編碼標準對應(yīng)不同的音視頻編碼標準,，有些已經(jīng)被完全規(guī)定好了，例如G．723音頻的RTP載荷類型定義為4,，H．263定義為34,。對于H．264的RTP載荷媒體類型，目前還沒有規(guī)定,，可以根據(jù)需要自行定義。表1描述了媒體類型各種載荷類型,。

    序號：16 bits
    每發(fā)送一個RTP數(shù)據(jù)分組,，序號加1。接收者可以用它來檢測分組丟失和恢復(fù)分組順序,。
    時間戳：32 bits
    時間戳反映了RTP數(shù)據(jù)分組中第一個字節(jié)的采樣時間,。采樣時間必須來源于一個單調(diào)線性增長的時鐘。
    同步源SSRC：32 bits
    同步源應(yīng)隨機選擇,，但要確保同一個RTP會話中的唯一性,。如果一個源改變了源傳輸?shù)刂罚仨氝x擇一個新的SSRC標志符,。

4 結(jié)束語
    本文首先給出了用于運行H．264算法和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的硬件平臺,，然后介紹了H．264的優(yōu)化方法，最后在研究了RTP協(xié)議RFC3984的基礎(chǔ)上介紹了H．264編碼碼流的網(wǎng)絡(luò)傳輸方法,?？傊疚闹饕褪峭瓿蒆．264編碼碼流的實時網(wǎng)絡(luò)傳輸。由于時間和精力有限,，只是用到了RTP協(xié)議,，為了提高可靠性。還可加入RTCP協(xié)議,，使其能夠得到更好的服務(wù)質(zhì)量,。另外，若在此基礎(chǔ)上再去研究速率控制和差錯控制方法,，并應(yīng)用于本系統(tǒng),，可以進一步提高視頻顯示質(zhì)量。