视频编解码在DaVinci技术上的实现

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3.0 赵德峰 2024-11-19 4 4 1.63MB 65 页 15积分

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摘要

近年来，随着视频编解码技术与网络传输技术的迅猛发展，网络视频系统在各

个领域得到了广泛的应用。传统的视频编解码处理需要特定的编解码芯片或者使

用DSP 芯片进行特定的算法设计。而 TI 的DaVinci 技术平台是一种专门针对数字

视频应用，基于信号处理的解决方案，它剪裁集成了 DSP 核与 ARM 核。因而，

DaVinci 处理器既拥有 DSP 对数字信号的高速处理能力，又具有 ARM 对外设强大

的管理能力。本文主要研究视频编解码在 DaVinci 技术上的实现，主要涉及包括视

频编解码、视频采集、网络传输等问题。

本文首先阐述了网络视频传输中的关键技术，详细介绍了视频编解码技术的发

展现状，DaVinci 技术平台的组成与技术原理、网络传输技术特性等。

然后主要以 SEED-DVS6446 开发板作为 DaVinci 技术开发平台，在视频采集

与显示方面，通过调用 Linux2.6 内核下的驱动程序接口 Video4Linux2、

Frame Buffer

Device 实现视频采集与显示功能，在视频数据处理方面，则采用了基于 DaVinci

技术的视频编解码库，设计符合 DaVinci 技术的视频编解码调用过程与通信机制，

在网络传输方面，设计采用 RTP 协议与 RTCP 协议作为主要传输协议，并在 DaVinci

技术平台上移植了开源的 JRTPLIB 库，程序设计将压缩的视频帧拆分后打包传输，

提高了视频传输的流畅性与稳定性。

本文最后结合视频编解码技术、DaVinci 技术、网络传输技术，设计实现了基

于DaVinci 技术的网络视频传输系统，介绍了详细的设计流程，结合实验进行了优

化处理，并对智能视频分析进行了初步研究与展望。

关键词：视频编解码 DaVinci RTP RTCP

ABSTRACT

In recent years, with the rapid development of the video codec technology and the

network transmission technology, network video systems have been widely used in

various fields. Traditional video codec processing needs a specific video codec chip or a

DSP chip with a specific algorithm design. The TI's DaVinci technology platform, a

solution based on signal processing, is specialized in digital video applications. And, it

integrates a DSP core with an ARM core. Therefore, DaVinci processors not only have a

high-speed signal processing capability like DSP, but also have a strong peripheral

management capability like ARM. The paper mainly researches the video codec

realization based on DaVinci technology, including the video codec technology, the

video capture technology and the network transmission technology.

Firstly of all, the paper describes the key technology of the network video

transmission, and particularly introduces the development condition of video codec

technology, the composing and technical principles of DaVinci technology platform and

the technical characteristics of the network transmission. In addition, the

SEED-DVS6446 development board was adopted as a major platform for DaVinci

technology. The function of the video capture and the video display was realized by

transferring the Video4Linux2 and Frame Buffer Device driver under Linux2.6 kernel

environment. In respect of the video data processing, video codec callback process and

communication mechanism were designed in line with DaVinci technology through

using a video codec library of DaVinci technology. On network transmission, the RTP

protocol and the RTCP protocol were regarded as the main transport protocol, and the

open source JRTPLIB library was transplanted upon the DaVinci technology

development platform. The programmer would split the compressed video frames to

improve the fluency and stability of video transmission.

Finally, with the integration of the video codec technology, the DaVinci technology

and the network transmission technology, the paper illustrates the design of a network

video transmission system on the basis of DaVinci technology, introduces the details of

design process and optimizes design with some experiments. Furthermore, the paper

expresses the primarily study and expectations to the intelligent video technology.

Key Words: Video Codec, DaVinci, RTP, RTCP

摘要

ABSTRACT

第一章绪论.....................................................................................................................1

§1.1 课题研究的背景与意义...................................................................................1

§1.2 国内外发展及现状...........................................................................................1

§1.3 课题研究的主要内容.......................................................................................2

第二章网络视频传输的关键技术.................................................................................4

§2.1 视频编解码技术................................................................................................4

§2.1.1 MPEG 标准 ............................................................................................. 5

§2.1.2 H.26x 系列标准.......................................................................................5

§2.2 DaVinci 技术 ..................................................................................................... 6

§2.2.1 DaVinci 处理器 ....................................................................................... 7

§2.2.2 DaVinci 软件架构 ................................................................................. 14

§2.2.3 DaVinci 开发工具 ................................................................................. 19

§2.3 网络传输技术.................................................................................................20

§2.3.1 TCP 协议 ............................................................................................... 21

§2.3.2 UDP 协议...............................................................................................21

§2.3.3 RTP 协议............................................................................................... 21

§2.3.4 RTCP 协议 .............................................................................................23

第三章 DaVinci 技术开发平台的构建与使用 ............................................................ 24

§3.1 视频信号的采集与输出模块设计.................................................................24

§3.1.1 Video For Linux 2 视频采集模块设计................................................. 24

§3.1.2 Frame Buffer Device 视频输出模块设计 .............................................26

§3.2 视频编解码库的设计与使用.........................................................................27

§3.2.1 视频编解码库的设计...........................................................................27

§3.2.2 视频编解码库的调用过程...................................................................28

§3.2.3 基于 sobel 算子的图像边缘检测设计................................................ 30

第四章网络传输模块设计...........................................................................................36

§4.1 JRTPLIB 库的移植 ......................................................................................... 36

§4.2 基于 RTP 协议的网络传输模块设计........................................................... 37

§4.2.1 网络发送模块设计...............................................................................38

§4.2.2 网络接收模块设计...............................................................................39

第五章网络视频系统设计与实现...............................................................................41

§5.1 系统总体设计方案.........................................................................................41

§5.1.1 系统硬件组成.......................................................................................42

§5.1.2 系统软件组成.......................................................................................43

§5.2 网络视频系统的实现.....................................................................................45

§5.2.1 视频发送端...........................................................................................45

§5.2.2 视频接收端...........................................................................................50

§5.2.3 网络视频系统的优化处理...................................................................55

第六章总结和展望.......................................................................................................57

§6.1 总结.................................................................................................................57

§6.2 展望.................................................................................................................58

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果.............................................59

一、发表论文..........................................................................................................59

二、科研项目..........................................................................................................59

致谢.............................................................................................................................60

参考文献.........................................................................................................................61

第一章绪论

- 1 -

第一章绪论

§1.1 课题研究的背景与意义

21 世纪是信息化时代，随着各类信息技术的不断改进，人们对于信息的渴求

也与日俱增，其中以视频信息尤为突出。视频监控系统、视频会议系统、视频传

输系统等各类视频信息应用已经被人们广泛接受并运用在各个领域。视频信息也

由原先的模拟视频信息发展到现在的数字视频信息，由原先的模拟传输发展到如

今的数字化网络传输，由早期的低质量画面效果发展到如今的标清乃至高清的视

频画面。随着视频信息的广泛需求，视频编解码技术、网络传输技术得到了迅猛

的发展。

视频编解码技术解决了原先视频信息量庞大，冗余信息过多等缺点。传统实现

视频编解码的方法主要有基于 FPGA 的方案和基于单 DSP 的方案。虽然 FPGA 具

有较强的适应性与灵活性，但是面对视频编解码技术的不断发展，

FPGA 的效用仍

然有限，而且由于较高的成本，限制了其发展。而基于单 DSP 的解决方案有着可

编程的灵活性，由于具有高效的运算能力，也更适合视频编解码算法的设计与实

现，但是单 DSP 缺乏对于外设和系统各个组件的协调管理，需要花费更多的精力

与时间去解决系统管理等问题。

网络传输技术的高速发展，解决了视频信息的实时播放和远距离传输困难等问

题。与此同时，各类视频编解码标准也提供了更好的网络自适应性，方便了各类

网络视频系统的应用。

如何实现高效地视频编解码技术与系统外设管理，又支持强大的网络传输功

能，已经成为了目前主要的研究课题。

§1.2 国内外发展及现状

视频编解码技术近年来得到了快速的发展，目前主要有两个国际组织在负责制

定视频编码标准：MPEG 运动图像专家组和 VCEG 视频编码专家组。它们分别针

对不同的应用制定了一系列视频编码标准。

MPEG 运动图像专家组致力于为运动图像及其音频的压缩处理和播放开发标

准。它们开发了一系列标准：MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21

等，其中尤以 MPEG-2 与MPEG-4 为代表。MPEG-2 标准，能处理电视品质的视

频和音频的播放和存储；MPEG-4 标准，是关于视听编码的新标准，在实际中得到

了广泛的推广。

VCEG 视频编码专家组开发了一系列与电信网络和计算机网络相关的标准。其

视频编解码在 DaVinci 技术上的实现

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中包括 H.261 标准、H.262 标准、H.263 标准和 H.264 标准等。其中 H.264 以其高

效的编码效率与强大的网络支持功能，得到了广泛的运用。

在视频编解码技术快速发展的同时，视频网络化需求也越来越多，最新的视频

编码标准都提供了对网络传输的支持。近年来，流媒体技术的出现，更是解决了

由视频信息数据量庞大而造成的图像实时播放和网络传输困难等问题。

2006 年，TI 公司推出了 DaVinci 技术平台，针对网络视频技术提出了一套完

整的技术解决方案。DaVinci 技术是一组专为数字视频而设计的基于 ARM 与DSP

的双核系统解决方案，主要适用于数码摄像机、视频监控系统、医疗成像设备、

便携式视频播放器、视频分析处理等视频应用。DaVinci 技术充分利用了 TI 公司

多年的数字信号处理与集成电路专业技术，针对灵活的数字视频实施而进行了精

心优化，拥有高性能的 ARM 处理器、DSP 处理器、视频加速协处理器和视频处理

子系统。DaVinci 技术平台主要由 DaVinci 处理器、DaVinci 软件、DaVinci 开发工

具和 DaVinci 第三方技术支持组成。

DaVinci 技术平台即拥有 DSP 处理器的高速运算能力，能够高效地实现视频编

解码处理，同时又拥有 ARM 处理器对外设丰富的管理功能，包括对网络功能的友

好支持。

DaVinci 技术使得原先相对独立的视频编解码模块与网络传输模块紧密相

连，充分利用系统内部管理调用，大大提高了网络视频系统的开发效率。

§1.3 课题研究的主要内容

本文主要工作集中于视频编解码在 DaVinci 技术上的实现，以合众达公司的

SEED-DVS6446 开发板为开发平台，设计实现了基于 DaVinci 技术的网络视频系

统，并针对网络特性，增加了基于 RTP 协议的网络传输功能。本文的结构安排如

下：

第1章简述了视频编解码技术与网络视频系统的发展现状，说明了课题研究的

背景与意义。

第2章详细研究了网络视频传输的关键技术，主要包括视频编解码技术、

DaVinci 技术、网络传输技术等。着重介绍了 MPEG 系列标准与 H.26x 系列标准的

视频编解码特性，针对 DaVinci 技术特点详细分析了 DaVinci 技术原理，最后针对

网络传输技术分析了 TCP、UDP、RTP、RTCP 等协议特性。

第3章主要介绍 DaVinci 技术开发平台的构建与使用，包括视频信号的采集与

输出模块的设计方法，视频编解码库的设计与调用过程，最后结合 DaVinci 技术设

计了基于 sobel 算子的图像边缘检测系统，进一步详细说明了 DaVinci 技术的开发

流程。

第4章主要介绍网络传输模块的设计，介绍了 JRTPLIB 库的移植方法，详细

第一章绪论

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介绍了利用 JRTPLIB 库，开发基于 RTP 协议的网络发送与接收模块的设计流程。

第5章着重研究了视频编解码在 DaVinci 技术上的实现，针对上述研究的视频

编解码技术、DaVinci 技术和网络传输技术，进行网络视频系统的设计，并给出了

详细的设计流程。同时针对程序测试结果进行了优化改进，根据网络传输特性，

实现了基于 RTP 协议的网络视频传输。

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摘要：

摘要近年来，随着视频编解码技术与网络传输技术的迅猛发展，网络视频系统在各个领域得到了广泛的应用。传统的视频编解码处理需要特定的编解码芯片或者使用DSP芯片进行特定的算法设计。而TI的DaVinci技术平台是一种专门针对数字视频应用，基于信号处理的解决方案，它剪裁集成了DSP核与ARM核。因而，DaVinci处理器既拥有DSP对数字信号的高速处理能力，又具有ARM对外设强大的管理能力。本文主要研究视频编解码在DaVinci技术上的实现，主要涉及包括视频编解码、视频采集、网络传输等问题。本文首先阐述了网络视频传输中的关键技术，详细介绍了视频编解码技术的发展现状，DaVinci技术平台的组成与技术原...

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