行政院國家科學委員會補助產學合作研究計畫成果完整報告
子計畫三：網路軟體與MPEG-4 串流技術之建構與開發(3/3)
計畫類別：整合型計畫
計畫編號：NSC93-2220-E-006-003-
執行期間： 93 年 08 月 01日至 94年 07月 31日
計畫主持人： 黃悅民老師 共同主持人：
計畫參與人員： 陳俊宇,游宗樺,邱冠傑,張焜銘,賴志昀,張煉謙,呂侑陞
處理方式：本計畫可公開查詢
執行單位：成功大學工程科學系
中 華 民 國 93 年 10 月 31 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫期中報告
網路軟體與MPEG-4 串流技術之建構與開發(2/3)
計畫編號: NSC 93-2220-E-006-003
執行期限: 93 年 8 月 1 日至民國 94 年 7 月 31 日 主持人: 黃悅民 教授 國立成功大學 工程科學學系
一、 中文摘要
本計畫「網路軟體MPEG-4串流技術之建構與 開發」，以DM270為硬體開發平台， 搭配 uClinux作業系統，承襲Linux kernel 具彈 性、擴充性的作業系統核心優點。發展相關 硬體所需的驅動程式以及應用程式(先前計 劃中建置)，建構一套擷取、壓縮、串流的 視訊系統架構。讓 TMS320DM270平台在嵌 入式多媒體應用方面，具有更大的發展空間 與潛力， 使得我們開發出來的產品可以提供 品質良好的影音串流服務於手機上。
關鍵詞：影音串流、嵌入式系統
ABSTRACT
In this project, we study offers Real-time Video Streaming Implementation and Applications on Embedded System under
platform TI (TMS320Dm270) with OS, uClinux, remaining Linux kernel＇s main superiority of flexibility and extension. Constructing related rivers and application programs, and building a framework of Video Streaming System in assessing, compressing and Streaming may help platform TI (TMS320Dm270) progress much more.
Keywords: A/V streaming , embedded System
二、 計畫原由與目的
隨 著 數 位 化 軟 硬 體 技 術 的 不 斷 提 升 、 3C
（ Computer 、 Communication 、 Consumer Electronics）整合潮流的來臨及 Internet 網際 網路應用的興起，網路上的多媒體系統越來 越具多元化，服務的品質也越來越好。由於 嵌入式系統著重於體積小、節省成本、專為
特定目的而發展，使得嵌入式系統技術的出 現，讓許多的網路多媒體服務都慢慢移到嵌 入式系統上進行，因此許多原屬於在較大型 伺服器上才能見到的應用程式如嵌入式的 影 音 串 流 系 統 、 視 訊 隨 選 系 統 (Video On Demand) 等等都己經漸漸的在嵌入式系統 的產品上出現。因此嵌入式的系統將會漸漸 取代大型且移動不易的服務設備。
鑒於現今網際網路的技術發展十分迅 速，使得串流技術研究也跟著蓬勃發展了起 來。使的多媒體串流的應用變的十分熱門，
但是硬體平台仍然侷限於個人電腦的寬頻 網路上，不過近年來 Mpeg-4、H.263 壓縮技 術的發展，讓以往龐大的影像資料量可以縮 減到適合於無線網路的頻寬來使用，因此使 用手機來享受影音服務已不再是夢想。
在德州儀器（Texas Instruments）所發展 眾多平台中，TMS320DM270 平台是專為嵌 入 式 影 音 多 媒 體 系 統 的 發 展 而 設 計 。 TMS320DM270 主要由 ARM7TDMI(一般用 途處理器)與 DSPC5409(特別用途處理器)組 成的雙處理器架構，其中 ARM 用來進行流 程與週邊裝置的控制及作業系統運作，而 DSP 則用來進行影音的壓縮解、壓縮等動 作。
由於此平台具有良好的影音處理功能，本計 劃的目標即是利用此平台來發展即時影音 串流系統。經由ARM端與DSP端的主從式 (Master-Slave)架構之工作方式，並且透過 ARM端系統與DSP端之合作，達到影像壓縮 之目的，配合搭配先前計劃所發展之無線網 路的應用以及合標準的多媒體串流伺服器 的結合，建構一套即時視訊串流系統。
三、 結果與討論
在TMS320DSC270 的系統架構中提供了 CCDC、Preview Engine 和 Video Encoder 再加上外掛模組 TVP5150，稱為影像週邊。
透過這些模組處理所有關於視訊的資料，達 成影像預覽、錄影與拍照等這些功能。
影像預覽的功能是經由 DVD/VCD Player 或鏡頭(CCD)等影像輸入裝置將所 擷取之影像資料傳送到TMS320DSC270 的影 像週邊元件，未經過任何壓縮處理後直接顯 現在顯示器上。在影像預覽(Preview Mode) 中，透過了外接的 CCD 模組或 DVD/VCD Player 所生的視訊資料，輸出NTSC視頻訊 號，透過混合YC（亮、色度）訊號傳輸的1RCA
（V端子）傳入TVP5150，經解碼成數位色差 訊號，再轉接到TMS320DM270 EVM板上的CCD 介面，將訊號輸出給CCD Controller。
影像預覽(Preview Mode)的功能與影 像壓縮(Encode Mode)功能比較最大的差別 在於對於影像的資料處理。像預覽將所擷取 的影像做完整的輸出，不對影像資料做任何 的改變。而影像壓縮會將所擷取的影樣針對 不同的壓縮格式改變影像內容，以便讓使用 者在指定的播放器做影像呈現。
在影
像壓縮(Encode Mode)的流程中，透過了外 接的 CCD 模組或DVD/VCD Player 所生的 視訊資料，傳入到TVP5150，再轉接到 TMS320DM270上的CCD 介面後，此時ARM 控 制影像週邊，使影像透過了CCDC、Preview Engine、Video Encoder將影像資料寫入記 憶體中的記憶體位置。在影像壓縮(Encode Mode)流程裡為了防範在對指定的記憶體空
間中的影像資料作處理之同時，被從外部的 CCD 模組傳進新的視訊資料所覆蓋，所以會 針對在此情況下對記憶體的空間存取做嚴 格的控管。在此論文的實作中則採以Ping Pong Buffer 的控制機制來對記憶體的存 取或讀寫做控制，而 Ping Pong Buffer 的 控制機制即是在記憶體空間分配多塊相同 的區塊作為存取或寫入資料之用。當ARM 從 影像輸入裝置所得到的視訊資料寫入一個 記憶體區塊，並且對此區塊之影像資料作壓 縮處理，一旦當有新的視訊資料傳入時即會 被分配存入到另一塊空的記憶體空間，而不 會去影響到正在做影像處理的記憶體空 間。直到區塊裡的影像資料作完壓縮處理 後，才會再度開放此區塊作為資料存放空 間。而向記憶體要求的存放空間的多寡需視 對影像處理的速度快慢而定，通常對影像處
理的壓縮方式越複雜，所處理的速度越慢，
相對的所需要的區塊會需要越多。
Buffer 0
Cont AR
DS
ARM 寫 DSP 讀出
DM270
DVD
CC Pr M
I D
V Q
當影像存入到記憶體區塊空間後，ARM 會把所有關於對影像的視訊壓縮大小、原始 的視訊資料存放地方及壓縮後的視訊資料 所要存放的位址、Frame Rate等有關壓縮的 相關資訊傳給DSP。當DSP收到ARM發出的壓 縮的指令後會
到指定記憶體 區塊取得的原
始視訊資料，並且依照ARM所要求的壓縮格 式以及相關壓縮資訊對原始視訊資料加以 壓縮處理。且會將壓縮完的視訊資料，存放 到指定的記憶體位址，並會回覆訊息給ARM 通知ARM壓縮完成。ARM 接到 DSP回覆的訊 息後判斷目前的秒數與所要錄影的張數是 圖一、 Encode Mode 影像
圖二、Ping Pong 控制圖
否已經超過使用者預定的數目，若有即會發 出停止壓縮的指令，若未超過使用者預定的 數目及會再發出一個壓縮的指令並將欲壓 縮的原始視訊資料位址傳送給DSP。直到ARM 不再被要求對影像資料做任合的動作時，即 可停止影像壓縮(Encode Mode)流程。
因TMS320DM270 是一個雙核系統，而內 各含ARM與DSP處理器，ARM 負責整個系統與 周邊的控制與設定，亦控制DSP的運作與 否。DSP專用於影音方面的繁複運算，開始 運作或停止受 ARM 的指令控制。所以在ARM 與DSP處理器之間必須存在一座溝通橋樑，
用來對之間的資料及命令做溝通。在ARM 處 理器中內建一個DSPC(DSP Controller)元 件負責ARM與DSP之間的資料傳送與中斷，在 DSP 處理器中內亦建有一個HPI(Host Port Interface)元件負責與ARM做溝通與聯繫。
而HPIB 即為連接DSPC 與HPI 兩個元件的 一個溝通之介面，是一種16 位元(bit)的資 料匯流排(Data Bus)，ARM可藉由HPIB直接 存取DSP內的128K位元組的記憶體。在HPIB 中內建有一個DMA控制器，透過HPIB內中的 DMA控制器使得在DSP內的記憶體空間和外 部記憶體空間(SDRAM, Flash ROM等等)透過 Memory Traffic Controller(MTC)做之間的
ARM和DSP雙方 資料交換。
在溝通前必須事先定義好的
在影像壓縮(Encode Mode)流程中，會 將影
手機或
四、 畫成果自評
平台上即時視訊串流
搭配視訊開發 影音
(2)對各家廠商播放器的通訊協定差異 性做
(3)在此實作中僅完成 H.263 的壓縮格 式，
)在作業系統的部份，目前使用的是 uCLi
、 參考文獻
le.com.tw/ipod/color/gallery/p
資料結構來作為溝通與資料交換的機制，用
來定義壓縮編碼時需要用的資訊，如視訊壓 縮前後的尺寸、Frame Rate、壓縮品質、儲 存位址（原始資料、壓縮完後）等。彼此定
義好溝通所需的資訊後，便可利用HPIB介面 來進行控制與資料傳輸。
像資料從影像輸入裝置傳入 TMS320DSC270中並且壓縮成符合在
個人主機上能播放的壓縮格式。透過建構在 TMS320DSC270上的串流伺服器系統以及網 路模組，將存在記憶體中壓縮完成的影像資 料傳送至用戶端，讓用戶端可以透過現有的 播放軟體觀看到即時影像。
計
本計劃完成了嵌入式
系統的雛型，為了增加系統相容性與完整 性，可以考慮以下幾點：
(1)增加音訊處理功能，
應用，讓用戶端可以同時享受影像與聲 音的服務享受。
調整，雖然各家廠商都是採用 RTP 協 定，但是彼此之間仍有些不同，若能克服之 間的差異，便能讓伺服器能支援更多種類的 播放器。
HPIB Module ARM
Arbitrator
DMAC
DSPC
DSP
HPI
MTC
圖三、HPIB 關係圖
未來可把 mpeg4 的部分也加入，對用戶 端能提供更多影像格式。
(4
nux 2.4 的核心，然而 2.4 核心在效能 及省電等一些嵌入式系統要求的部份上，尚 無法做到完全的支援。而這部份的支援已在 uCLinux 2.6 的核心上，已有相當程度的支 援。未來若能將整個系統移植至 2.6 的核心 之上，應能為整個系統的效能及運作上，更 為流暢。
五
[1]http://www.app
hotolibrary.html
[2] 陳丕承，「PCMCIA系統於嵌入式平台
[3] 音訊同步
[4] 技術之多媒體
[5] SP
Server＂，
上之研究與實作」，國立成功大學工程 科學研究所碩士論文，2005
呂侑陞，「嵌入式系統之視訊
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黃浩倫，「具備無線傳輸
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http://docs.real.com/docs/rn/RealSystem_iQ _RTSP.pdf，December 2000
TI DM270 workshop materials [6]
冊 與應
[9] 320DSC25 嵌入式系統實
[10] 嵌入式系統上之即時影音串
[11] 式系統原
[12] 「Video4Linux
rnelnewbies.org/documents/k
[7] TI TMS320DM270 硬體規格手
[8] 陳協成，「嵌入式視訊擷取之實務 用」，國立成功大學工程科學研究所碩 士論文，2005
許耿睿， 「TMS
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國立成功大學工程科學研究所碩士論 文，2003
黃信璋，「
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陳俊宏， 「Embedded Linux嵌入
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