科技发明类:全国挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品

序号： 编码：第九届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称： 学校全称： 反恐单兵电子装备 上海交通大学申报者姓名 （集体名称） ： 孙广跃 容宝祺 蒋兴昌 孙立 张霆蔚类别：□ 自然科学类学术论文 □ 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 □ 科技发明制作 A 类 □ 科技发明制作 B 类报送方式：□省级报送作品 □高校直送作品第 1页A2 申报者情况（集体项目）说明：1．必须由申报者本人按要求填写； 2．申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历 高低排列； 3．本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。申 报 者 姓名 学校 学历孙广跃 上海交通大学 本科性别 系别、专业、年级 学制男出生年月1984 年 12 月电子工程系 信息工程专业 大二 四年 入学时间 反恐单兵电子装备 无 2003 年 9 月代 作品名称 表 毕业论文题目 情 况 通讯地址 常住地 通讯地址 其 他 作 者 情 况 姓 名容宝祺 蒋兴昌 孙立 张霆蔚 男 男 男 男上海市闵行区东川路 800 号 上海交通大学闵行校区 上海市闵行区东川路 800 号 上海交通大学闵行校区邮政编码 办公电话 邮政编码 住宅电话 所在单位上海交通大学 上海交通大学 上海交通大学 上海交通大学200240 54747490 200240 54741522性别年龄23 23 23 23学历本科 本科 本科 本科以上作者是否为 2005 年 7 月 1 日前正式注册在校的全日制非 学校学籍管理 资 格 认 定 部门意见 成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士 研究生或博士研究生。 □是□否 （部门签章） 年 院、系负责人 □是□否 或导师意见 负责人签名： 年 月 日 月 日本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果第 2页B3．申报作品情况（科技发明制作）说明：1．必须由申报者本人填写； 2．本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认； 3．本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、 原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书； 4．作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称反恐勇士单兵电子装备（ B ）A．机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） 作品分类 C．数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D．生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E．能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）本设计基于特警战斗中的实际需求，通过对于战斗需求的实际分析 设计了一套单兵电子装备以提高特警战斗力的方案。该装备主要由以下作品设计、发明 的目的和基本思 路，创新点，技 术关键和主要技 术指标三个功能模块组成： 1． “千里眼” ：无线视频模块。采用 MPEG4 和 H.264 的实时编解码， 并实现了视频码流在无线网络上的传输。使整个战场上的士兵能够共享 视野，所有的参战人员融为一个整体。 2． “顺风耳” ：战场语音模块。全数字编码的语音传输模块，完成战 场上点对点和指定接受对象之间的语音传输，与传统对讲机相比， ，拥有 更好的保密性和通话质量。帮助指挥员把握战斗全局，帮助战斗人员互第 3页相协调。 3． “奇兵” ：遥控侦察小车。在反恐战斗常常出现的楼道，室内作战 中，能否掌握战斗人员暂时无法进入的场所，往往能够决定战斗的结果。 小型侦察车辆可以遥控进入该区域，发回图像及语音资料，并且可以布 置小型战斗装置，不仅可以帮助战士了解战场情况，也可以避免不必要 的伤亡。小车上还可携带红外摄像装置，在夜间或黑暗的环境中，可以 更好地完成任务。在系统中主要涉及的技术关键点是： 1．MPEG4 和 H.264 的视频解码，在单兵终端，获取视频码流并解 码成视频数据。本设计完成了在嵌入式系统上的实时视频解码任务。 2．MPEG4 和 H.264 的视频实时编码，相对解码来说，编码的复杂 度高出很多，对于 MPEG4 和 H.264 这样较为复杂的协议来说更是如此。 本设计实现了 MPEG4 和 H.264 格式的实时视频压缩。 3．通过无线局域网以无线组播方式传输数据流，采用无线局域网可 以更好地适应战斗环境的不确定性；组播传输方式提高了网络的利用率。 4．本方案采用 Xscale 嵌入式平台，不仅性能高，且体积小巧，耗电 量适中，提高了单兵战斗终端的便携性。 5． “奇兵”遥控车可以替代战斗人员完成部分危险环境侦查及战斗 任务，可有效提高战斗人员的战斗力，降低伤亡。 此次设计全部由团队中的五名本科生完成，这一设计对于本科生课 外活动来说是一次有益的尝试。第 4页首先，本设计中，一个突出的技术亮点是实时视频编码技术，本方 案中实现编码方案不但达到了实时的效果， 同时通过 DMA 方式接入系统 总线，CPU 占用率很低，具体对比如下表：作品的科学性先 进性（必须说明 与现有技术相 比、该作品是否 具有突出的实质 性技术特点和显 著进步。请提供 技术性分析说明 和参考文献资 料）方案 实时性 CPU 占用率 成本PC 机编码 难以达到 100％ 低PC 机编码 (代码优化) 准实时 (11 帧每秒) 100％ 低通用 DSP 实时 (20 帧每秒) 本方案 实时 (27 帧每秒) 本方案在服务器端，同时完成了 H.264 和 MPEG4、MPEG2 等多种 编码方式，以适应不同运算能力的解码终端和不同传输能力的无线网络。 在终端部分实现了 MPEG2、MPEG4 和 H.264 的视频解码和音频的编码 解码。完成了一个完成编码解码和传输系统，有力支持了应用的需求。 第二、采用了无线局域网组播模式传输数据，使网络传输效率大大 提高，有效利用了有限的网络资源。 第三、编码板采用先进的八层印刷电路板工艺，很好地解决了高速 数字电路的信号完整性问题。作品在何时、何 地、何种机构举 行的评审、 鉴定、 评比、展示等活 动中获奖及鉴定 结果 （ A ）A 实验室阶段 D B 中试阶段 C 生产阶段无作品所处 阶 段（自填）技术转让方式无第 5页作品可展示的 □实物、产品 形 式 □图片 □录像□模型 □样品□图纸□磁盘□现场演示本方案的设计从实用入手，通过实际需求组织技术，整合功能，具使用说明及该作 品的技术特点和 优势，提供该作 品的适应范围及 推广前景的技术 性说明及市场分 析和经济效益预 测有很强的针对性。系统设计过程中又征求了反恐中队战士的意见，使方 案更加完善、更加合理。本系统成本合理，功能可靠。终端体积小巧， 耗电量低，配备小型电池即可工作，非常适合反恐战士携带。服务器端 则被设计地适合安放于指挥车上， 使基于原有装备的改造变得容易。 “奇 兵”遥控车能够协助完成传统战斗模式中不能完成的任务，有效降低战 斗中的伤亡。这一设计的最终应用可以一定可以帮助战士们更好、更块、 更安全地完成任务。□提出专利申报 申报号 申报日期 专利申报情况 □已获专利权批准 批准号 批准日期 □未提出专利申请 年 月 日 年 月 日科研管理部门 签 章 年 月 日第 6页C.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。国内外越来越多的人开始关注如何通过电子设备的介入提高战斗中士兵的战斗力，大部 分的设计是针对正规陆军，面对传统战争状态的战争。本设计独辟蹊径，通过单兵电子装备 的研制，针对反恐战斗可能出现的城市区域，巷战，楼道作战设计了一套电子装备，帮助特 警战斗人员提高战斗力，赢得反恐战斗。 本设计方案中，视频编解码是重点。也是国内外研究的重点，借鉴国内外对于视频压缩 技术的研究经验，设计者选择了合适本应用的技术标准，并通过不断的尝试，实现了在嵌入 式平台上的多格式解码，同时实现了在 PC 端的高效率实时编码，并提供了在战场环境下无线 网络传输的方案。 与基于 MPEG2 和 H.263 的方案相比，MPEG4 和 H.264 拥有更高的码流密度，为此本设 计克服了成倍增长的处理复杂度带来的困难，实现了 MPEG4 和 H.264 的服务器编码。同时提 供了 MPEG4 和 H.264 的解码方案，实时的编码和解码方案相结合充分满足了应用的需要。 这样的编解码方案在国内外都是领先的，对于硕士、博士研究生这也不是一个简单的项 目；而对于本科生来说，在课外科技活动中完成这样的设计给我们提出了很大的挑战。 通过组播方式大大提高了网络的利用率，使系统在多终端状态下拥有了更好的性能，可 以支持更大规模的反恐行动。这一点也与一些传统设计不同。 设计者在整个系统中根据需求，采用了多种嵌入式平台，XScale 是 Intel 推出的全新嵌入 式平台，是当前 PDA 和智能手机设计的主流平台，本设计中用 Xscale 完成单兵电子装备的主 要处理任务；在“奇兵”小车上，我们采用了在小型化、低功耗设备中广泛应用的 ARM7 平 台。因此，从技术平台的角度来看，本设计也是站在技术前沿的。 本方案中提出的其他非常有创意的想法，譬如在战斗现场通过无线局域网覆盖，在战斗 细处采用点对点射频通讯方式覆盖有效控制了战场信息的主动权，这也是对于传统宽带视频 传输的一次针对应用的有效改进；多功能“奇兵”遥控小车的出现体现了设计者对于生命的 充分尊重，这一新颖的设计也是对于特警作战方式的一次革新。第 7页E．全国组织委员会秘书处资格和形式审查意见组委会秘书处资格审查意见审查人（签名） 年 月 日组委会秘书处形式审查意见审查人（签名） 年 组委会秘书处审查结果 月 日□合格□不合格 负责人（签名） 年 月 日第 8页F．参赛作品打印处作品文档目录反恐单兵电子装备设计简介1 装备功能概述 2 系统设计创意 3 项目实现介绍 4 应用前景 5 团队及设计过程 6 小结[1**********]415反恐单兵电子装备研究报告1 MPEG4 与 H.264 技术简介及方案选择 1.1 1.2 1.3 MPEG4 技术简介及其在本方案中的优势 H.264 技术简介及其在本方案中的优势 系统符合的软硬件综合考虑1616 16 17 182 Vweb 编码转换板系统设计方案 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 系统设计 实现方案： 编码转换板硬件设计 电源模块 VWeb 驱动程序实现19 19 20 22 28 313 网络结构简介49查新报告51第9页反恐单兵电子装备设计简介反恐单兵电子装备设计简介一、 二、 三、 四、 五、 六、 装备功能概述 系统设计创意 项目实现介绍 应用前景 团队及设计过程 小结1010 11 13 14 14 15一、 装备功能概述反恐单兵电子装备是为了配合特警展开反恐作战，帮助特警战士提高战斗力， 减少战斗伤亡而设计的，由“千里眼” （战场视频模块）“顺风耳” 、 （战场音频模 块）“奇兵” 、 （遥控辅助小车）等几部分组成。 古语说： “知己知彼方能百战不殆” ，在反恐战斗中也是如此。本解决方案所 提供的电子设备在战斗中，可以借特警一双“千里眼” ，一对“顺风耳” ，更可以 是一支“奇兵” ，帮助特警战士更好地“知己知彼” ，应付战场上各种各样的变化。 基于无线视频编码转换技术的“千里眼” ，就是将当前队员视野之外的视频图 像发送到单兵作战装备显示屏上， “千里”之外的一切近在眼前。将超视距的概念 引入反恐战斗，提高作战效率。 无线音频传输技术上建立的“顺风耳”战场信息指挥模块，一方面可以通过 射频窃听装置得到敌人的动向，另一方面又可通过语音及文字传送能力和指挥员 以及队友保持联系。 “奇兵”是基于短距离无线 RF 技术和现代控制器技术的小型遥控车辆，虽不 是兵，但它的出现代表着一种人性的关怀，通过它可以传回战士不能进入地带的第 10 页图像、声音等信息，可遥控放置窃听器、小规模爆炸物等各类战斗装备。二、 系统设计创意1. “千里眼” 在战斗中，知道敌人的状况是极其重要的，也就是能够做到“知彼” 。本方案 中，远端获得的视频实时地传输到士兵随身携带的手持设备上，视频信号可以通 过任何可能的信号源采集，比如“奇兵”携带的摄像机、士兵随身携带的摄像机、 特殊机位的固定摄像机、建筑物闭路监视系统等。视频、音频及文字可以通过战 斗现场架设的无线网络高速传输，士兵可以自主选择需要查看的视频图像。 在设计中我们重点考虑了以下几点： 无线网络的采用 在反恐战斗中，尤其是频繁发生的人质事件中，恐怖分子一般可以被控制在 一个较小的范围内，在视频传输的过程中引入了无线宽带网络，是对于视频传输 手段的一次创新，大大降低了系统对预设固定网络的依赖性，战斗随时随地展开， 网络随时随地架设。 视频编解码的选择 系统对视频传输的实时性要求很高，本方案在视频传输中采用 H.264 和 MPEG4 编码格式，在近似的图像质量下码率比 MPEG2 和 H.263 标准相比更低。 本方案不仅仅实现了 H.264 与 MPEG4 的视频解码， 还实现了 H.264 与 MPEG4 的实时视频编码。视频传输的实时性对本装备非常重要，本系统中视频获取到视 频播放的延迟对于侦察的目的来说是忽略不计的。实时编码的要求对处理器能力 和代码的效率是非常高的挑战，相对于前一代的编码算法，H.264 和 MPEG4 的编 码算法复杂度提高了数倍。PC 直接进行编码是一件非常困难的任务。市面的基于 PC 的 MPEG4 或 H.264 解码方案往往会耗尽系统大部分的资源。本方案采用了自 行设计的硬件解码板进行硬件编码，大大降低了 PC 系统的负担，从而释放更多 CPU 时间，在有限的系统资源上实现更多的功能。图 1 是我们在嵌入式平台上无 线接收到的视频数据。第 11 页图 1 视频传输照片2. “顺风耳” 顺风耳在对讲机和窃听器的时代就已经不再神秘，本方案中又被赋予了新的 含义。一方面，可以在小型遥控车上搭载窃听器，也可以用小型遥控车或其他方 法布置窃听器；另一方面还可以按照队员的要求进行点对点音频传输或发出群体 消息。在队员不方便用语音通信的情况下还可以通过文字信息互相联络。语音文 字联络和使得队员们在战斗过程中充分交流，更“知己” 。 数字化的战场信息联络 采用编码技术通过数字无线网络传输编码压缩的音频及文字，在保持较低的 码率的同时，可靠性大大提高，语音更加清晰。在数字信道上，数据的加密，语 音信号各种处理都成为可能。分组发送的工作方式提高了指令发送的灵活性，为 指挥提供了方便。文字传输功能使信息指令方案具有更强的适应性。 3. “奇兵” 反恐战斗中，战士的生命是最重要的， “奇兵”小型遥控车不仅可以代替人完 成视频、音频信号的采集，还可以代替士兵进入未知的危险环境，遥控布置小型 窃听器、小型炸药等工作，这些在未知环境下的工作延伸了反恐战士的战斗能力， 更降低了反恐战士战斗的伤亡，不失为战场上的一支“奇兵” 。图 2 是类似于我们第 12 页遥控车的一个设计。图 2 一种遥控车的设计战场上的人性关怀 战斗是无情的，可是对于战士的关怀却是无止境的。这一创意是在和武警战 士交流中得到的。在情况不明的战斗环境中，他们的安全随时受到威胁，我们的 “奇兵”侦察遥控车，就代替他们走进这危险的环境，视频，音频的信息都是战 斗中极其珍贵的资源。在传统作战中，这需要战士用生命做赌注去换取，而在我 们的方案中“奇兵”小车承担了更多风险，士兵的生命在我们的方案中得到更多 的尊重。三、 项目实现介绍本项目全部由本科生利用课外时间完成，包括指挥车服务器，战斗单位终端， 小型遥控车辆，窃听器等几部分。 指挥车服务器完成了视频的实时编码，同时负责所有信息的采集和分发，无 线网络也是在服务器上架设，从而覆盖整个战场。服务器基于传统 PC 平台和可靠 性更高的工业或军用 X86 计算机平台构建，网络传输能力和数据处理能力为战场 信息的有效传输和管理提供了可靠的方法。 战斗单位采用先进的 XScale 嵌入式平台，兼顾了功耗、体积和性能等各种因 素。在 XScale 平台上完成视频解码和显示、音频采集传输、小型遥控车辆和窃听第 13 页器的控制等功能。更为士兵提供了更多更细致的功能譬如电子罗盘，单兵定位等 功能。 小型遥控车辆使战斗人员不必暴露在敌人视野之下就可以获得一堵墙后面， 或者一扇门里面的情况，小车上搭载的摄像机与窃听器通过战地无线网络，将采 集到的视频及音频数据传回指挥车服务器，其应用可有效降低战斗伤亡。小车由 ARM7 处理器控制，通过 RF 通讯模块进行遥控，比传统模拟遥控拥有更高的可靠 性。 窃听器模块同样基于 ARM7 构架，同时拥有较小的体积可以固定在某些敏感 位置，不断通过 RF 模块向战斗队员发送音频信息。士兵可以通过 RF 方式对于窃 听器进行控制，实现更加智能的窃听功能。四、 应用前景本方案的设计从实用入手，通过实际需求组织技术，整合功能，具有很强的 针对性。在系统设计的过程中又征求了反恐中队战士的意见，这对于方案的完善 起到了非常重要的作用。系统成本合理，功能可靠。其便携的终端，搭配与其低 耗电量相匹配的小型电池，携带方便。其服务器采用通用的 X86 架构，则被构建 地适合安放于指挥车上，使原有装备的改造变得容易。相信这一设计的最终应用 一定可以帮助战士们更好地完成任务。五、 团队及设计过程本团队由 1 名大二的本科生，4 名大四的本科生组成。在上海交通大学学生课 外科技活动计划的支持下，经过一年时间的不断完善和进步，完成了此次设计。 在设计之初，五个人还是电子设计的门外汉，通过这次设计不但掌握了许多电子 设计的知识，还培养了团队精神，锻炼了顽强的意志。这些收获对团队成员一生 的发展都会产生很大的影响。 在设计之初，团队的主攻方向是嵌入式系统，相比 PC 平台的设计，嵌入式设 计更加难于掌握，团队在嵌入式系统设计的过程中一方面着力于性能见长的 Intel XScale 平台，一方面关注了在功耗、体积方面拥有优势的 Philps LPC2100 系列控 制器。这些积累为最后的应用奠定了基础。第 14 页在基本掌握了嵌入式应用能力后，团队开始把目光投向应用。最先实现的是 图片的传输，通过图片传输的实现，掌握了无线网络传输技术，并实现了一些基 本功能。 随后实现了 MPEG2 的编解码，成熟的第三方代码帮助我们完成了这一设计。 我们可以在嵌入式平台上完成流畅的视频播放。 接下来就是对于 MPEG4 编解码的 实现，MPEG4 给我们带来了很大的挑战。 首先是 MPEG4 的解码，在查阅了大量资料后，我们成功把解码算法移植到 XScale 平台上， 并对其进行了有效的优化。 MPEG4 的编码是我们面对的更大的 而 挑战，因为 MPEG4 实时编码如果不能实现 MPEG4 解码也是惘然。 通过仔细的方案比对，我们选择了硬件解码方案，我们自行设计了编码解码 板，通过硬件方式完成了 MPEG4 的实时编解码，MPEG4 编码的最终实现大大激 励了我们的斗志，我们进一步努力完成了 H.264 在现有平台上的移植，通过软件 的升级，完成了系统性能又一次的提高。六、 小结本方案整合了诸多先进技术，实现了预期的目标。通过视频，音频，文字和 特殊装备的改进帮助特警更好把握战场情况，以更小的伤亡取得战斗的胜利。整 个项目全部由本科生在课外完成，对于本科生探索技术的新领域是一种的尝试。 更重要的是在项目完成的过程当中，项目成员分工协作，充分体现了团队精神， 才能够将每个人在不同技术方面的专长整合起来，最终完成了这样一个综合性较 强的方案，这在本科生课外科技活动中也是一次有益的探索。第 15 页反恐单兵电子装备研究报告反恐单兵电子装备研究报告1 MPEG4 与 H.264 技术简介及方案选择 1.1 1.2 1.3 MPEG4 技术简介及其在本方案中的优势 H.264 技术简介及其在本方案中的优势 系统符合的软硬件综合考虑1616 16 17 182Vweb 编码转换板系统设计方案 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 系统设计 实现方案： 编码转换板硬件设计 电源模块 VWeb 驱动程序实现 网络结构简介19 19 20 22 28 313491 MPEG4 与 H.264 技术简介及方案选择本方案种选择了 H.264 和 MPEG4 的组合编码方式，这样的选择是对于嵌入 式系统的性能和编码能力的平衡，是对于图像质量和网络传输带宽的平衡，这种 平衡的考虑保证了本方案中视频解决方案的合理性。1.1 MPEG4 技术简介及其在本方案中的优势MPEG4 是 MPEG 专家组在成功制定了 MPEG1 和 MPEG2 之后， 1994 年 与 开始制定的一个全新标准。在视频的清晰度上来说 MPEG2 是一个更出色标准， 也就是为什么当前大部分数字电视标准依然选择 MPEG2 为其核心编解码方案。 MPEG2 应用于本方案最大的瓶颈在于网络的带宽， 本应用中网络带宽并不宽裕。第 16 页无线网络因其带宽的不确定性，不能时刻保证 MPEG2 需要的带宽，多路的数据 传输更是捉襟见肘；同时 MPEG2 极高的视频质量对于本方案并不那么重要，在 一个不确定的环境里，拍摄质量尚且无法保证，编解码、传输的图像质量再高也 无济于事。 MPEG4 编码则很好平衡了这两点。 MPEG4 拥有高压缩比， 使得低码率的视 频传输成为可能，在公用电话线上即可传输视频，并能保证图像质量，这是 MPEG2 等其他技术难于做到的。同时 MPEG4 作为存储方案，也节省了大量的 存储空间。 MPEG4 的图像质量也非常好。 MPEG4 的最高图像清晰度为 768x576， 可以达到接近 DVD 的画面效果。MPEG4 采用基于对象识别的编码方式，从而 保证了良好的清晰度。 表 1 是 MPEG-2 与 MPEG-4 标准的比较： MPEG-2 开始成为标准的年份 标准的定位 最大视频分辨率 最大音频数据率 一般使用速率 1995 用于宽带、专业级音视频编码 1920×1152 384K 1.5M—45M MPEG-4 1999 用于低速率音视频编码 720×576 96K 64K—2M 低于 MPEG-2（最佳效 视频质量 最高（HDTV、DVD） 果介于 VCD 和 DVD 之 间） 音频质量 应用场合 CD 音质 专业级广播电视、高清晰数字 电视 表 1 MPEG-2 和 MPEG-4 协议对比 低于 CD 音质 多媒体通信、个人消费 类电子产品的视频应用1.2 H.264 技术简介及其在本方案中的优势通过上面的叙述， 可以确定， 相对于常用视频解决方案 MPEG2 来说， MPEG4 更加适合本方案。本方案还选择了 H.264 作为视频编解码协议，H.264 是技术进 步给系统方案带来的另一个平衡点。第 17 页H.264 由 IEO/IEC/和 ITU-T 两大国际标准化组织联手制定， 它的目标是在尽 可能低的存储情况下获得好的图像质量和低带宽图像快速传输。 “回归基本”的 设计使得它拥有比 MPEG4 好得多得压缩性能，并加强了“网络友好”的设计， 有利于对于误码和丢包的处理。 可以满足不同速率， 不同解析度以及不同传输 （存 储）场合的需求。 H.264 和其上一代标准 H.263 比较，在同样的重建图像质量下，前者比后者 节省 50％左右的码率。但是，H.264 获得优越性能的代价是计算复杂度增加，据 估计， 编码的计算复杂度大约相当于 H.263 的 3 倍， 解码复杂度大约相当于 H.263 的 2 倍。 H.264 和 MPEG4 相比较，在低码率的情况下，前者拥有性能倍增效应，即： 相同码率的 H.264 媒体流和 MPEG-4 媒体流相比，H.264 拥有大约 3 个分贝的增 益（画质水平倍增） 32Kbps 的 H.264 媒体流，其信噪比与 128K 的 MPEG-4 。 媒体流相近。 即在同样的画面质量下， H.264 的码率仅仅为 MPEG-4 的二分之一。 H.264 图像最大支持 640*480，视频标准采用最新的高码率编解码技术，图 像清晰流畅。 在各种带宽速率情况下的基础上视频质量的信噪比要比 MPEG-ASP 高出 2db，是目前视频质量最好的编码技术。 带宽和图像质量的平衡已经在上面的比较中完成了。 在本方案中没有简单选 择图像和传输性能更强大的 H.264 而是选择了 MPEG4 和 H.264 综合编解码方案 这里体现了另外一个平衡，就是系统性能和图像质量的平衡。1.3 系统符合的软硬件综合考虑H.264 的编码复杂度和解码复杂度都比 MPEG4 高出很多，在极端情况下， 为保证系统的稳定性和可靠性，在系统资源充裕的情况下，选择 H.264 以取得更 好的图像质量和带宽利用率，而在系统编解码能力难以达到的情况下选择 MPEG4 作为补充方案以保证系统稳定运行。 在嵌入式系统中完成 MPEG4 的解码已经成为一个相对成熟的技术，在我们 的系统中，本方案同样完成了此功能，而 MPEG4 的编码则复杂很多。H.263 的 编码方案被广泛的采用，因为其编码算法复杂度相对较低，比较容易实现。而性 能更高的 MPEG4 和 H.264 实时编码则体现出更大的算法复杂度，在本系统中，第 18 页采用了硬件编码方案，采用自主设计的硬件编码板，成功完成了设计。有效释放 了 CPU 时间，大大提高了系统的性能和可靠性。 本设计考虑到终端设备的性能，为了更充分的利用系统的资源，我们在 PC 主机上做实时编码，在终端 PDA 上面做实时解码。2 Vweb 编码转换板系统设计方案 2.1 系统设计实现在多组 AV-摄像头码流的输入当中，挑选出任意一组码流进行实时编 码，输出 MPEG4 TS 流，并对该流进行 IP 组播传输，各特警队员均可接收到任 意一个摄像头的码流信息。从板极结构上，设计的转码板具有 PCI 接口，PC 主 机可以从 PCI 接口得到转换后的码流数据。 设计方案又按照现代设计方法， 预留 了实时的调试接口。系统编解码芯片采用 VWeb2010 芯片。VWeb2010 芯片，可 以完成 MPEG1、MPEG2、MPEG4 的压缩和解压，同时可以完成音频数据的编 解码，兼容 MPEG1 layer 1 2 3、AC-3 以及 G.729 的编码格式，并支持 MPEG1、 MPEG2、MPEG4 码流之间的转换。从系统功能上，设计方案必须考虑到视音频 编码格式和系统同步。AV Camera 或者其他编码解码系统，充分考虑到对于现有 系统的兼容，输出则采用 CDO 输出，在本方案中是 MPEG4 TS 码流。方案设计 在考虑系统性能的同时充分考虑了系统的通用性， 使得系统拥有良好的兼容性和 可扩充性。第 19 页2.2 实现方案：根据需求搭建了图 1 的板级结构：图 1 系统板级结构框图 板上的 SDRAM 提供编解码芯片所需要的 8MB 数据空间和 128KB 的程序空 间。 在视频数据进入编码转换芯片前还要进行一系列的 Pre-processing， 譬如 Low pass filter、 Antidust 等。 数据输出编码转换芯片后还要经过一系列 Post-processing， 譬如 Deblocking、Deringing 等。 编码转换板的工作流程从控制器下载 Firmware 控制 VW2010 工作开始，下 一步视频从 CDI 输入，进行复用和解码操作，音频和视频分别从 VOU 和 AOU 输出，经过同步 CPLD 同步操作，输出信号再次从 VIU 和 AIU 输入，芯片对于 视频，语音进行再次编码，编码后通过系统复用，码流从 CDO 输出。也就完成 了编码间的转换，如果只是要对源码进行压缩，只需要直接将视频信号输入 VW2010 就可以。 PC 主机从 PCI 总线上得到转码板的 TS 输出，生成图像数据库，根据特警 队员的需求，通过无线网络（802.11b） ，把 MPEG-4 的 TS 流传输到 PDA 终端， 在终端上通过解码软件，可以收看到任意一路摄像头的图像，采用 MPEG-4 码 流传输，也可以降低无线传输所需要的带宽，有效地提高无线网络的利用率。第 20 页图 2 是编码转换板实物图。图 2 编码转换板实物图第 21 页2.3 编码转换板硬件设计2.3.1 硬件数据流程图图 3 转码板硬件数据流图 如图 3 所示，MPEG-2 数据流从业务板的 FPGA 出来，通过接口，把 SPTS 送到 VW2010 的 CDI，VW2010 启动转码程序，分出两路 Video 和 Audio 信号。 这两路信号通过外部 DAC，ADC 和 CPLD 的同步，再编码成 MPEG-4，从 HPI 口输出到业务板的 MCU，完成转码的工作。第 22 页2.3.2 ROM 数据线的跳线设计图 4 ROM 跳线图 有关 rom_data[7:0]的配置在前面已经有所交待，由于 rom_data 在 VW2010 内部是拉高的，按照要求，只需把 rom_data[1,2,5,6]这几个管脚拉底。为了便于 调试，在设计当中没有直接把 rom_data 与相应电平连接，而是选择通过跳线的 方式对 rom_data 进行配置。图 4 中 DSP_JTAG 为一双排针，在调试的时候可以 根据需要把相应的管脚拉底。 VW2010 支持多种启动方式：ROM 启动和主机控制启动，由于业务需要， 我们需要将其配置成主机控制启动。VW2010 是通过保留的 ROM 接口连线 ROM_Data[2]来实现的，如果 ROM_Data[2]连接高电平，则 VW2010 通过 ROM 来启动，如果 ROM_Data[2]保持低电平,则 VW2010 通过主机控制来启动,启动的 方法将在后面介绍。 即使 VW2010 通过主机控制启动，也需要配置它和主机端的总线接口类型， VW2010 支持三种类型的总线：PCI、Motorola 和 Intel 总线，考虑到我们业务板 上的 MCU 也是使用 Motorola 总线， 我们将配置 VW2010 为 Motorola 总线结构。 它也是通过保留的 ROM 接口实现的，不过配置总线类型是通过 ROM_Data[0] 和 ROM_Data[1]： ROM_Data[0,1]=00 保留 ROM_Data[0,1]=01 Motorola 总线接口第 23 页ROM_Data[0,1]=10 PCI 总线接口 ROM_Data[0,1]=11 Intel 总线接口 另外，由于 VW2010 的编码器和解码器使用的 RAM 是物理上独立的，如果 通过主机控制启动，则必须配置 VW2010 的启动代码是驻留在编码器的内存中 还是在解码器的内存中，这也是通过 ROM 接口来实现的： ROM_Data[5]=0：启动代码下载到解码器内存 ROM_Data[5]=1：启动代码下载到编码器内存2.3.3 SDRAM 模块图 5 SDRAM 连线图 VW2010 可以外接 1M*16 或者 2M*32 的 SDRAM，读写总线速度高达 162MHz。这里选用的是两块 2M*32 的 SDRAM，型号是 MT48MC2M32，读写 速度是 5ns 的。具体连线如图 5 所示。第 24 页图 6 VW2010 的 SDRAM 接口 如图 6 所示，VW2010 的 DSDRAM_D[31:0]，DSDRAM_A[10:0]分别与 Decoder SDRAM 的数据和地址线相连，ESDRAM_D[31:0]，ESDRAM_A[10:0] 分别与 Encoder SDRAM 的数据和地址线相连。2.3.4 AD 与 DA 音频同步模块图 7 AD 与 DA 模块 如图 7，为了使 VW2010 输出的音频信号可以同步，这里采用的 DA—AD 的同步设置，DA 采用的是 CS4331-KS，AD 采用的是 AK5353。VW2010 输出音 频到 CS4331-KS， 出来 LOOP_AL 和 LOOP_AR 两路模拟信号， DA 再从 AK5353 输入，通过 AD 还回去 VW2010，实现音频的同步。第 25 页2.3.5 CPLD 同步模块图 8 CPLD 模块 如图 8， 我们选用了 EPM3064A 的 CPLD 作为音频和视频的同步模块。 其中 两排十针的 JTAG 是 CPLD 的 JTAG 的调试口。除了上述的用 DA—AD 作音频 同步以外， 我们也可以利用 CPLD 作逻辑延时， 实现音频的同步。 VW_VOUD[7:0] 为 VW2010 的视频输出，通过 CPLD 逻辑处理，输出 VW_VIND[7:0]还回去给 VW2010，实现视频的同步。第 26 页2.3.6 BNC 调试接口图 9 BNC 接口模块 如图 9，JT1 是 BNC 接口，输入 ASI 码流信号，通过 PE-65508，数据进入 CY7B933 进行串并转换，转换成并行数据 SPI1_DATA[7:0]进入 VW2010，同时 通过 ASI_CS/D，ASI_RVS，ASI_RDY 进入三输入或门 4075，产生 ASI_VLD 信 号，作为 VW2010 的 SPI1_VLD 信号。CY7B933 产生 ASI_CLK 作为 SPI1_CLK 的时钟。这样 BNC 输入的 ASI 码流就可以作为输入源进入 VW2010。第 27 页2.4 电源模块图 10 电源接线图 考虑到电源的独立性，这里采用 LM2596T-ADJ 芯片作为电源供电芯片。参 考电压 5V 由业务板通过 PMC 接口提供，分别进入 1.8V 和 3.3V 的变电模块， 产生 1.8V 和 3.3V 电源，供给 VW2010，两块 SDRAM 和 CPLD 使用。参考电阻 R5 和 R7 可根据以下公式算得。Vout = Vref (1 +R2 ) R1第 28 页2.4.1 VWeb 总线设计图 11 转码板总线连接图 如图 11 为 VW2010 转码板系统的总线，其中左边是 VWeb 的外部总线，右 边是通过 PMC 接口连接的业务板 MCU 的总线。由于使用 Motorola 总线，而且 MCU 与 VW2010 均为大端对齐的数据方式，所以 PCI_AD[15:0]是数据线， PCI_AD[31:16]是地址线。与此对应 TDATA[15:0]是业务板 MCU 的数据线， TADDR[16:1]是 MCU 的地址线。 这里 PCI_AD16 没有和 TADDR0 的地址对起来， 而是与 TADDR1 对起来，是因为 VW2010 内部有奇数地址的寄存器，而 MCU 的 16 位地址总线没法输出奇地址，所以采用了错位的接法，这样 MCU 就可以 直接访问 VW2010 内部的奇地址寄存器。2.4.2 蛇形线在布总线的时候，如果总线的速度较高（>100MHz） ，就要考虑对地址线和 数据线采用蛇形线的绕线方式，使其等长，这样可以减少高速 PCB 设计时的干 扰，让高速总线上的器件（如 SDRAM）正常工作。蛇形线的间距一般为线宽的 三倍。如图 12 所示，是 VW2010 与一块 SDRAM 的连线图，由于 SDRAM 的读 写速度高达 162MHz，其中 32 位地址线和数据线均采用了蛇形线的绕线方式。第 29 页图 12 蛇形线绕线第 30 页2.5 VWeb 驱动程序实现2.5.1 配置 VWeb2010 启动在启动 VWeb2010 之前，除了前面提到的要将相应的 ROM_Data 线拉低之 外，我们还需要给 VWeb2010 发送一个 Reset 信号和将 VWeb2010 的工作频率从 135M 提高到 162M，前者只需要控制业务板上的 GPIO 就可以实现，考虑到业 务板上的 MCU 是大端存储结构，且用 GPIO19 来控制转码板的 Reset 信号，可 以写出下面控制 Reset 信号的代码：void reset_vw_down() { UINT32 gpio; gpio=sysDcrInLong(CPC0_GPIO); gpio=gpio & 0xffffdfff; sysDcrOutLong(CPC0_GPIO,gpio); gpio = sysPlbInLong(GPIO_ODR); gpio = gpio&0xffffefff;sysPlbOutLong(GPIO_ODR,gpio); gpio = sysPlbInLong(GPIO_TCR); gpio = gpio|0x1000; sysPlbOutLong(GPIO_TCR,gpio); gpio = sysPlbInLong(GPIO_OR); gpio = gpio&0xffffefff;sysPlbOutLong(GPIO_OR,gpio); }void reset_vw_up()第 31 页{ UINT32 gpio; gpio=sysDcrInLong(CPC0_GPIO); gpio=gpio & 0xffffdfff; sysDcrOutLong(CPC0_GPIO,gpio); gpio = sysPlbInLong(GPIO_ODR); gpio = gpio&0xffffefff; sysPlbOutLong(GPIO_ODR,gpio); gpio = sysPlbInLong(GPIO_TCR); gpio = gpio|0x1000; sysPlbOutLong(GPIO_TCR,gpio); gpio = sysPlbInLong(GPIO_OR); gpio = gpio|0x1000; sysPlbOutLong(GPIO_OR,gpio); }后者则需要向 VWeb2010 的控制寄存器 DHIU6 写入特殊命令字来实现：U32 Address； Address ＝ HIUCTLCODE(WR_DE_REG，DHIU6)； Write_VW2010((U16 *)Address，0xc000)；访问寄存器的具体实现将在后面介绍。2.5.2 下载 Firmware 和微代码因为业务的需求，我们设置 VWeb2010 为主机控制启动，考虑到 VWeb2010 并没有实现 TFTP 类似的协议，不能自动从主机端下载代码，因此，VWeb2010 的 Firmware 和微代码必须由主机端控制写入 VWeb2010 的 RAM 中。第 32 页VWeb2010 并不是单 CPU 架构，它包含一个主 RISC 处理器，一个编码器 eCPU 和一个解码器 dCPU，它们都有自己单独的 RAM 地址空间和相应的寄存 器地址空间，如图 13 所示，因此 16 位的 HIU Motorola 总线地址必须要指定地 址是给谁。HIU Motorola 总线是用高 5 位地址线来区分的。前面我们已经设置了 从 Decoder RAM 启动 Firmware，因此我们将 Firmare 和微代码下载到 Decoder RAM 中。图 13 VWeb2010 简略结构图2.5.3 访问 VWeb2010 的寄存器在业务板的 MCU 看来， VWeb2010 的寄存器就是自己的一块内存地址空间， 因此我们可以直接访问：U16 Read_VW2010(U16 * Address) { return *Address； }void Write_VW2010(U16 * Address，U16 Data) { *Address= Data；第 33 页}这里 Address 就是前面的 HIU Motorola 总线地址。2.5.4 访问 VWeb2010 的 RAM前面已经提到过，VWeb2010 有两块地址空间重叠但物理上分开的 RAM： Encoder RAM 和 Decoder RAM，它们最多可配置到 8M。Encoder RAM 是 32 位 对齐的，而 Decoder RAM 则是 64 位对齐。区别访问的地址是 VWeb2010 的 Encoder RAM 还是 Decoder RAM 是通过不同的命令字来实现的：第 34 页命令字 RD_VW_REG WR_VW_REG WR_DRAM RD_DRAM RD_VMU WR_VMU RD_DE_REG WR_DE_REG RD_DE_RAM WR_DE_RAM WR_DE_DMX 表 2操作 读编码器的寄存器 写编码器的寄存器 写编码器的 RAM 读编码器的 RAM 读 CDO 寄存器 写 CDO 寄存器 读解码器的寄存器 写解码器的寄存器 读解码器的 RAM 写解码器的 RAM 写 Demux FIFO 寄存器在 VWeb2010 中， 访问 RAM 是通过访问寄存器来实现的， 3 是有关 RAM 表 访问的寄存器：RAM 类别寄存器 REG_MEM1 REG_MEM2功能描述 要访问 RAM 的 0～15 位地址 要访问 RAM 的 16～23 位地址 读、写 RAM 的 0～15 位数据 读、写 RAM 的 16～31 位数据 要访问 RAM 的 0～15 位地址 要访问 RAM 的 16～23 位地址 读、写 RAM 的 0～15 位数据 读、写 RAM 的 16～31 位数据 读、写 RAM 的 32～47 位数据 读、写 RAM 的 48～63 位数据 表 3第 35 页Encoder REG_MEM3 REG_MEM4 REG_DMEM1 REG_DMEM2 REG_DMEM3 Decoder REG_DMEM4 REG_DMEM5 REG_DMEM6由于 16 位 HIU Motorola 总线接口没有读写信号线，因此必须有一种机制来 通知 VWeb2010 是读 RAM 还是写 RAM。VWeb2010 是通过 REG_MEM2 和 REG_DMEME2 的最高位来实现的，如果相应寄存器的最高位是 1，则表示写操 作，否则就是读操作。但是必须注意 VWeb2010 内存地址的对齐方式：Encoder RAM 是 32 位对齐， Decoder RAM 是 64 位对齐， 即一个有效的 Encoder RAM 地 址对应 32bit 存储空间，一个有效的 Decoder RAM 地址对应 64bit 存储空间。因 此实际向 VWeb2010 发送的地址要先作向右移位操作。2.5.5 下载 Firmware 之前下 载 Firmware 之前我们必 须让 Main RISC 处于 reset 状态，并且让 Encoder(eCPU) 和 Decoder(dCPU)重启，前者是通过向控制寄存器 REG_DHIU3 写 0 实现的：U32 Address； Address ＝ HIUCTLCODE(WR_DE_REG，DHIU3)； Write_VW2010((U16 *)Address，0x0)；重启 Encoder(eCPU)和 Decoder(dCPU)是由向控制寄存器 EN_SOFT_RST 和 DE_SOFT_RST 写命令字来实现的： 重启 Encoder：U32 Address； Address ＝ HIUCTLCODE(WR_VW_REG，EN_SOFT_RST)； Write_VW2010((U16 *)Address，0x3FBF)； Address ＝ HIUCTLCODE(WR_VW_REG，EN_SOFT_RST)； Write_VW2010((U16 *)Address，0x0)；重启 Decoder：第 36 页U32 Address； Address ＝ HIUCTLCODE(WR_DE_REG，DE_SOFT_RST)； Write_VW2010((U16 *)Address，0x3EF)； Address ＝ HIUCTLCODE(WR_DE_REG，DE_SOFT_RST)； Write_VW2010((U16 *)Address，0x0)；2.5.6 下载 Firmware这样，我们就可以将 Firmware 和 Microcode 下载到相应的 RAM 中。但是具 体下载到哪里呢？这就需要提到 VWeb2010 提供的 Firmware 的文件格式——.sre 文件。 VWeb2010 SDK 提供了许多以.sre 为后缀的 Firmware 文件， 这种文件包含了 具体运行的 Bin 文件和相应 Firmware 下载到的地址信息，我们只要解析了.sre 格式的文件，就可以完成 Firmware 的下载工作。但是这样会有问题，因为提供 的.sre 文件是用于 PC 机上 PCI 总线接口的，因此解析后的地址和我们的转码板 的地址范围不符，因此在下载 Firmware 之前必须进行地址转换，我们的方法是 Boot loader 部分截取后面 12bit 后除 4，Firmware 部分截取后面 20bit 后除 4，截 取多少位是内存地址映射决定的：Boot loader 默认的地址空间是 0x00000000～ 0x000006c0，而 Firmware 默认的地址空间则是 0x00008000～0x00080000。除 4 操作则是对地址做右移 2 位的操作，各个部分的内存映射如图 4.2 所示。具体的 解析过程可参考附录代码。2.5.7 启动 VWeb2010Firmware 和 Microcode 下载完毕后，我们就可以启动 VWeb2010 了。启动 VWeb2010 是通过向控制寄存器 DHIU3 写 0x4 来实现的：U32 Address；第 37 页Address ＝ HIUCTLCODE(WR_DE_REG，DHIU3)； Write_VW2010((U16 *)Address，0x4)；这样，VWeb2010 就启动起来了。2.5.8 主机和 VWeb2010 的通信机制当 VWeb2010 的 Firmware 启动起来后， Main RISC 处理器会在 Encoder RAM 空间中分配并初始化 2 个 128Byte 大小的共享内存用于和主机的通信， 主机通过 共享内存和 VWeb2010 通信的结构如图 14 所示：图 14 主机和 VWeb2010 通过共享内存通信主机通过起始物理地址为 0x3F1800 的共享内存 Bank1 向 VWeb2010 发送控 制命令，同时通过 VWeb2010 的中断控制寄存器 DHIU5 向 VWeb2010 发送中断 信号，VWeb2010 在收到中断信号后，将自动读取 Bank1 的命令数据，经过处理 后通过起始物理地址为 0x3F1880 的共享内存 Bank2 向主机返回命令执行结果， 同时通过中断信号线通知主机命令执行完毕。收到中断信号后，主机将从 Bank2 中读出命令执行结果。这样就完成了一次主机和 VWeb2010 的交互。第 38 页2.5.9 主机对 VWeb2010 的控制命令共享内存的结构 前面已经提到，共享内存在物理上分为 2 个 Bank，每个 Bank 128 Byte，用 于主机和 VWeb2010 的通信。主机到 VWeb2010 的命令区域位于 Encoder RAM 的地址 0x3F1800，它们的结构如表 4 和表 5 所示： 主机到 VWeb2010 的共享内存结构 Address 3F1800 3F1804 3F1808 3F180C 3F1810 3F1814 31:16 FirmwareReadyCode Reserved 15:8 IntFlag Reserved Reserved Device Handle Parameters … 表 4 主机到 VWeb2010 的共享内存结构 7:0 CMD ReservedFirmwareReadyCode： 用来表示 VWeb2010 是否可以接收主机端发送的命令， 这段区域主机只能读。值 0x0A00 表示 VWeb2010 可以接收命令，否则主机端不 能向 VWeb2010 发送任何命令。 IntFlag：中断标志，值为 0 表示主机希望 VWeb2010 在执行完命令后通过中 断线向主机发送中断信号，1 则表示 VWeb2010 执行完命令后不发送中断。 CMD：主机发送给 VWeb2010 的命令字。 Device Handle：表示主机希望访问的设备，这里的设备是一个抽象概念，这 里每一个设备是由许多实际的设备组成： 0：PCI 保留 1：TSMux 2：PSMux第 39 页3：TSDemux 4：TSDemux Parameters：主机发送给 VWeb2010 的其他参数，在 Parameter 区域指明。主机到 VWeb2010 带 Parameter 的共享内存结构 Address 3F1800 3F1804 3F1808 3F180C 3F1810 3F1814 31:16 FirmwareReadyCode Reserved 15:8 IntFlag Reserved Reserved Device Handle Address(x) of secondary parameter memory … 表 5 主机到 VWeb2010 带 Parameter 的共享内存结构 7:0 CMD Reserved2.5.10 控制设备命令打开设备命令 在对 VWeb2010 操作之前必须打开相应的设备，命令结构如表 6 所示。 Address 3F1800 3F1804 3F1808 3F180C 3F1810 3F1814 31:16 FirmwareReadyCode Reserved 15:8 IntFlag Reserved 0x00 0x00 Device Type Flags 表 6 打开设备命令 7:0 CMD Reserved第 40 页Device Type：可以是 TSMux、PSMux、TSDemux 和 PSDemux 中的一个。 Flags：保留以后用。 关闭设备命令 在操作完毕后，我们应该关闭相应的设备，命令结构如表 7 所示： Address 3F1800 3F1804 3F1808 3F180C 3F1810 3F1814 表 7 关闭设备命令结构 31:16 FirmwareReadyCode Reserved 15:8 IntFlag Reserved 0x00 Device Handle 7:0 CMD ReservedDevice Handle：要关闭的设备句柄。读命令 此命令从 VWeb2010 的设备中读取数据，命令结构如表 8 所示： Address 3F1800 3F1804 3F1808 3F180C 3F1810 3F1814 表 8 读命令结构 31:16 FirmwareReadyCode Reserved 15:8 IntFlag Reserved 0x00 Device Handle Address(x) of secondary parameter memory 7:0 CMD Reserved第 41 页Address (X)：表示将数据读到的内存地址。它的结构如表 9 所示 Address X X+4 X+8 Etc. 31:16 15:8 Address 0 Len 0 Address 1 Len 1 … … NULL pointer 0x0000 表 9 读命令 Parameter 结构 写命令 此命令向 VWeb2010 的设备写入数据，命令结构如表 10 所示。 Address 3F1800 3F1804 3F1808 3F180C 3F1810 3F1814 31:16 FirmwareReadyCode Reserved 15:8 IntFlag Reserved 0x00 Device Handle Address of secondary parameter memory … 表 10 写命令结构 7:0 CMD Reserved 7:0Address(X)：指明了主机希望写入的数据的存储地址。它的结构如表 11 所 示。第 42 页Address X X+4 X+8 Etc.31:1615:8 Address 0 Len 0 Address 1 Len 1 … … NULL pointer 0x00007:0表 11 写命令的 Parameter 结构 IOCTL 命令 对 VWeb2010 的参数设置是通过 IOCTL 命令实现的，IOCTL 命令的结构表 12 所示。 Address 3F1800 3F1804 3F1808 3F180C 3F1810 3F1814 31:16 FirmwareReadyCode Reserved 15:8 IntFlag Reserved 0x00 Device Handle Address of secondary parameter memory … 表 12 IOCTL 命令结构 Address (X)：表示 IOCTL 代码存储的地址。它的结构如表 13 所示。 7:0 CMD Reserved第 43 页Address X X+4 X+8 Etc.31:1615:8 Address 0 Len 0 Address 1 Len 17:0表 13 IOCTL 代码结构2.5.11 VWeb2010 对主机的响应共享内存结构 和主机到 VWeb2010 的共享内存相似，VWeb2010 到主机的共享内存也是 128byte 大小，位于 Encoder RAM 的 0x3F1880 处。结构如表 14 所示。 Address 3F1800 3F1804 3F1808 3F180C 3F1810 3F1814 31:16 Reserved Reserved 15:8 Reserved ACK/NACK Return Code Device Handle Parameters … 表 14 VWeb2010 对主机的共享内存结构 ACK/NACK：ACK 表示执行命令成功，NACK 表示执行失败。 CMD：表示执行的命令，主机可以通过这个值判断是哪一个命令出错。 Return Code：表示执行命令的返回值，如果出错返回相应的错误号，否则返 回0 Device Handle：表示执行命令的句柄。 Parameters：如果有其它返回值，通过 Parameter 指出。 7:0 Reserved CMD第 44 页2.5.12 对命令的响应对 Open 命令的响应 Address 3F1800 3F1804 3F1808 3F180C 3F1810 31:16 Reserved Reserved 15:8 Reserved ACK/NACK Return Code Param Buffer (address “x”) Param Buffer Len 表 15 VWeb2010 响应主机 Open 的结构 Param Buffer：VWeb2010 返回给主机的用于存放 Parameter 的内存地址。 Param Buffer Len：VWeb2010 返回给主机的用于存放 Parameter 的内存长度 对 Close 命令的响应 Address 3F1800 3F1804 3F1808 3F180C 3F1810 3F1814 表 16 VWeb2010 对 Close 的响应 31:16 Reserved Reserved 15:8 Reserved ACK/NACK Return Code Device Handle 7:0 Reserved CMD 7:0 Reserved CMD第 45 页对 Read 命令的响应 Address 3F1880 3F1884 3F1888 3F188C 3F1890 3F1894 … 表 17 VWeb2010 对 Read 的响应 对 Write 命令的响应 Address 3F1880 3F1884 3F1888 3F188C 3F1890 3F1894 … 表 18 VWeb2010 对 Write 命令的响应 31:16 Reserved Reserved 15:8 Reserved ACK/NACK Return Code Device Handle 7:0 Reserved CMD 31:16 Reserved Reserved 15:8 Reserved ACK/NACK Return Code Device Handle 7:0 Reserved CMD第 46 页对 IOCTL 命令的响应 Address 3F1880 3F1884 3F1888 3F188C 3F1890 3F1894 31:16 Reserved Reserved 15:8 Reserved ACK/NACK Return Code Device Handle Address of secondary parameter memory … 表 19 VWeb2010 对 IOCTL 命令的响应 Address(X)：表示 IOCTL 存放的内存地址。IOCTL 结构如表 20 所示。 Address X X+4 X+8 Etc. 31:16 15:8 Param Len IOCTL Code Parameters … 表 20 VWeb2010 IOCTL 命令结构 IOCTL 命令的生成 IOCTL Code 是一个 32 位的数字，bit0～bit15 表示具体的 IOCTL 代码； bit16～bit23 表示读、写操作；bit24～bit31 表示要操作的设备代码，如表 21 所 示。 7:0 7:0 Reserved CMD第 47 页31:24 Device Number 0:Reserved or PCI 1:TSmux23:16 Read/Write16:0 IOCTL1: Read 2:PSmux 2: Write 3:TSdemux 4:PSdemux 表 21 VWeb2010 IOCTL Code 构成 Data Region for IOCTL第 48 页3 网络结构简介本方案采用二级网络拓扑结构。第一级网络，设置在指挥车上的服务器和移 动中的单兵战斗终端通过无线局域网宽带连接；通过此连接实现视频，语音和其 他辅助数据的高速传输。 第二级网络连接各单兵战斗终端和小型外设， 如窃听器， 遥控小车。终端和外设的连接通过点对点的无线射频通讯完成。本方案网络拓扑 的示意图如图 15。RFRF图 15 第一级网络为覆盖战斗现场的无线局域网。当某个地区有突发事件发生，指 挥车和战斗小组可以在第一时间到达现场，立即架设起覆盖战场的无线局域网 络。这样，拥有无线局域网接入能力的单兵战斗终端就可以随时接入无线网络， 与服务器和其他单兵终端通讯。 服务器和发射天线架设在指挥车上，功率、体积因素的限制较小，适当的提 高功率可以显著的增加局域网覆盖的面积，从而覆盖结构更加复杂的战斗现场。 本方案中的战斗终端在拥有出色的网络接入能力的同时，平衡了性能和体积、功 耗。 第二级网络为单兵战斗终端与其附属设施的通讯。如士兵与遥控小车，无线 窃听模块的通讯。 根据外围设备的不同， 我们采用了不同， 采用不同的通信方式。 如无线点对点数字射频通信，模拟射频通讯等。 无线点对点数字通信模块采用射频集成芯片，本方案选用了 RF401。此连接第 49 页方案的速度一般在 9.6k 到 56k 之间，传输距离几十米到几百米，适合嵌入式系 统之间点对点的近距离无线收发。此连接，在本方案中完成窃听器音频的传输和 遥控小车的控制。 射频模块则采用纯模拟电路调制解调，传输功率较大，距离较远，本方案中 用于极端情况下视频的传输，作为对于复杂建筑结构中，网络带宽不足情况下的 补充方案。 建立了这样的二级网络拓扑， 战斗网络就可以在各种环境苛刻的现场进行覆 盖。网络以指挥车的服务器为中枢，方便远端的指挥和调度。以各嵌入式平台为 纽带和桥梁，以各种无线模块尽可能的覆盖每一个角落搜索信息，为反恐战士的 行动提供了有力的支持。图 16 设计中使用的 XScale 平台第 50 页G1．全国评审委员会预审意见粘贴处第 51 页G2．全国评审委员会终审意见粘贴处第 52 页