專利名稱：一種嵌入式無(wú)線投影接入設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種嵌入式無(wú)線投影接入設(shè)備，屬于嵌入式流媒體技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
投影儀是一種能夠以圖片和視頻的方式形象地展示教學(xué)內(nèi)容和企業(yè)產(chǎn)品的多媒體設(shè)備，已經(jīng)在教育和商務(wù)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。尤其是在高校，幾乎每個(gè)教室都安裝了投影儀及其配套的多媒體教學(xué)設(shè)備。但是，傳統(tǒng)有線連接的投影儀存在以下的缺點(diǎn)I.投影設(shè)備需要布設(shè)專門(mén)的數(shù)據(jù)通信線路以與教室中固定的計(jì)算機(jī) 相連，安裝不便；2.若其他計(jì)算機(jī)需與其連接，則要拔下VGA線連接新接入的計(jì)算機(jī)，使用不便；3. pad等智能移動(dòng)設(shè)備使用越來(lái)越普遍，靈活方便的使用方式使其在教學(xué)等領(lǐng)域正逐步得到廣泛應(yīng)用，但其并不具備傳統(tǒng)的VGA接口，不能與投影儀連接。解決這些問(wèn)題的方法是無(wú)線互聯(lián)，無(wú)線投影設(shè)備代替有線投影設(shè)備已經(jīng)成為今后的一種趨勢(shì)。但是，傳統(tǒng)的有線連接投影設(shè)備已經(jīng)占據(jù)了相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)，它們的性能足以滿足現(xiàn)如今大多數(shù)多媒體教學(xué)和商業(yè)展示的需求，直接采用全新的支持無(wú)線接入的投影設(shè)備并不劃算。對(duì)此，市場(chǎng)上出現(xiàn)了對(duì)有線投影儀進(jìn)行無(wú)線擴(kuò)展的設(shè)備，其特點(diǎn)是I.設(shè)備本身就是一個(gè)無(wú)線AP，啟動(dòng)配置后可以其為中心組建無(wú)線局域網(wǎng)；2.設(shè)備支持Windows、Android等操作系統(tǒng)；3.發(fā)送設(shè)備如PC等需要采用類似遠(yuǎn)程桌面連接的技術(shù)與設(shè)備取得連接；4.設(shè)備采用專用的硬件解碼芯片處理多媒體數(shù)據(jù)；5.傳輸媒體側(cè)重文件而不是多媒體流，例如把已有的多媒體文件或者PPT轉(zhuǎn)存為的多媒體文件發(fā)送到投影設(shè)備解碼顯示；6.高清傳輸采用無(wú)壓縮的WHDI技術(shù)，對(duì)帶寬要求很高，設(shè)備常需要多天線技術(shù)。由此可見(jiàn)，已有的無(wú)線投影特殊的實(shí)現(xiàn)方式存在諸多有待解決的問(wèn)題I.網(wǎng)絡(luò)地位的特殊性已有的設(shè)備其本身就是一個(gè)無(wú)線AP，而不是無(wú)線局域網(wǎng)中的一個(gè)普通無(wú)線接入設(shè)備，對(duì)于存在無(wú)線局域網(wǎng)覆蓋的教室是種資源浪費(fèi)，且需要支持⑶I友好的操作系統(tǒng)，這都對(duì)軟硬件有較高的要求。2.媒體處理的特殊性已有的設(shè)備對(duì)于不同的投影媒體采用不同的處理方法。(I)對(duì)于普通的PC桌面投影，采用類似遠(yuǎn)程桌面連接的技術(shù)實(shí)現(xiàn)；(2)對(duì)于PPT演示文檔，采用專用的小軟件轉(zhuǎn)存為多媒體文件，PC、手機(jī)等發(fā)送端設(shè)備播放多媒體文件，投影儀使用專用的硬件解碼芯片解碼顯示，不具有通用性，如果采用的編碼方式有了變化就不能對(duì)其進(jìn)行更新支持；(3)現(xiàn)成的多媒體文件省去轉(zhuǎn)換步驟，其余處理操作與播放PPT演示文檔時(shí)相同；
(4)對(duì)于高清媒體資源，直接棄用WiFi傳輸方式，采用無(wú)壓縮的WHDI視頻傳送技術(shù)，即通過(guò)無(wú)線方式直接傳送視頻源輸出的原始影視頻流到接收端輸出圖像，視頻傳輸占用帶寬很高，相應(yīng)的發(fā)射功率隨之增大，此時(shí)設(shè)備無(wú)需解碼操作。因此，探尋一種為現(xiàn)有有線VGA連接方式的投影設(shè)備提供無(wú)線接入功能的通用方
法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有有線投影設(shè)備存在的不足，設(shè)計(jì)一種基于德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的0MAP3530處理器的嵌入式無(wú)線投影接入設(shè)備，可以在已有有線連接投影設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)簡(jiǎn)單的外接此設(shè)備的方式，使現(xiàn)有投影儀具備無(wú)線投影的能力。
本發(fā)明所涉及的嵌入式無(wú)線投影接入設(shè)備主要由軟硬件兩部分組成硬件部分由四部分組成I. 0MAP3530 處理器0MAP3530處理器是整個(gè)設(shè)備的核心模塊，采用ARM和DSP雙核架構(gòu)，ARM作為通用處理器運(yùn)行經(jīng)過(guò)裁剪的Linux操作系統(tǒng)；適合計(jì)算量密集型處理的DSP作為ARM的算法加速服務(wù)器存在，運(yùn)行視頻解碼處理算法；硬件拷貝模塊提供共享內(nèi)存區(qū)中數(shù)據(jù)到顯示緩存中的快速拷貝功能。2. WLAN 模塊支持WiFi無(wú)線傳輸，提供設(shè)備的無(wú)線接入功能。3. VGA 模塊VGA模塊轉(zhuǎn)換視頻輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為模擬VGA數(shù)據(jù)，通過(guò)VGA接口輸出到投影儀。4.電源等外圍輔助電路模塊提供整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的電能供應(yīng)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。軟件部分由四個(gè)功能模塊組成I.網(wǎng)絡(luò)接收模塊負(fù)責(zé)接收無(wú)線局域網(wǎng)中的多媒體數(shù)據(jù)流。2.碼流轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換TS流為H. 264的VS流(視頻流)。3.視頻解碼模塊負(fù)責(zé)解碼H. 264視頻流為可以顯示的原始視頻數(shù)據(jù)。4.視頻渲染模塊負(fù)責(zé)原始視頻數(shù)據(jù)的渲染顯示。軟件部分的各個(gè)模塊運(yùn)行在0MAP3530處理器中，與硬件配合工作。


圖I是系統(tǒng)硬件組成框圖。圖2是無(wú)線投影接入設(shè)備硬件組成框圖。圖3是0MAP3530處理器功能分布框圖。圖4是系統(tǒng)邏輯框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于0MAP3530處理器實(shí)現(xiàn)嵌入式無(wú)線投影功能，設(shè)計(jì)思想是近期十分流行的無(wú)線屏幕傳輸?shù)乃枷?，以為屏幕投影提供一種通用的處理手段。所謂屏幕傳輸，簡(jiǎn)稱傳屏，就是將一個(gè)設(shè)備屏幕上顯示的數(shù)據(jù)傳遞到另一個(gè)設(shè)備的屏幕上進(jìn)行顯示。這是一種小尺寸屏幕的計(jì)算設(shè)備借用大尺寸屏幕的顯示設(shè)備的顯示能力，以達(dá)到共享信息、挖掘設(shè)備潛力目的的技術(shù)，是一種被Intel的WiDi、中國(guó)移動(dòng)的WiMo和海信的Wireless Pro ject等均廣泛采用的技術(shù)。信息傳輸方式均為采用WiFi的無(wú)線局域網(wǎng)傳輸，不需采用專門(mén)的無(wú)線傳輸技術(shù)。計(jì)算機(jī)、pad等計(jì)算設(shè)備屏幕上顯示的任何圖像、文字和視頻數(shù)據(jù)，均可看作是其在受控情況下的一種屏幕顯示行為的視頻數(shù)據(jù)，對(duì)這些屏幕顯示數(shù)據(jù)的處理實(shí)際上是對(duì)顯卡中的視頻信號(hào)的處理。在發(fā)送端安裝處理屏幕視頻數(shù)據(jù)的軟件，對(duì)屏幕視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼和數(shù)據(jù)封包處理以得到適合在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式；投影儀通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)獲取到 這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行相反的處理過(guò)程，最終得到可以被投影儀顯示的數(shù)據(jù)形式即VGA信號(hào)，隨后這個(gè)信號(hào)的處理方式就完全是傳統(tǒng)投影儀的處理方式了。采用無(wú)線連接方式達(dá)到無(wú)線投影效果，要求投影儀具備無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入和視頻信號(hào)處理功能，這與傳屏應(yīng)用的做法是一致的，不同的是顯示設(shè)備由電視改為了投影儀。外接無(wú)線投影接入設(shè)備的投影儀具備了網(wǎng)絡(luò)流媒體處理能力，與此同時(shí)具備了接收顯示一般流媒體數(shù)據(jù)的能力。發(fā)送端的設(shè)計(jì)是在PC機(jī)和pad等設(shè)備上的純軟件開(kāi)發(fā)，不在本發(fā)明的討論范圍之內(nèi)。圖I是系統(tǒng)硬件組成框圖。臺(tái)式機(jī)、筆記本和平板電腦是需要進(jìn)行無(wú)線投影的發(fā)送設(shè)備，本發(fā)明的嵌入式無(wú)線投影接入設(shè)備以投影儀外接設(shè)備的形式存在，通過(guò)VGA接口與投影儀相連，發(fā)送設(shè)備和投影設(shè)備通過(guò)無(wú)線AP接入無(wú)線局域網(wǎng)，發(fā)送設(shè)備通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)發(fā)送屏幕數(shù)據(jù)，無(wú)線投影設(shè)備對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和渲染，投影到屏幕上。圖2是無(wú)線投影接入設(shè)備硬件組成框圖。嵌入式無(wú)線投影接入設(shè)備由0MAP3530處理器、WLAN模塊、VGA模塊和電源及其外圍輔助電路模塊組成。采用0MAP3530處理器主要是考慮到其雙核架構(gòu)高效的視頻編解碼處理性能。0MAP3530處理器是整個(gè)設(shè)備的核心模塊，采用ARM和DSP雙核架構(gòu)，ARM作為通用處理器運(yùn)行經(jīng)過(guò)裁剪的Linux操作系統(tǒng)；適合計(jì)算量密集型處理的DSP作為ARM的算法加速服務(wù)器存在，運(yùn)行視頻解碼處理算法；硬件拷貝模塊提供共享內(nèi)存區(qū)中數(shù)據(jù)到顯示緩存中的快速拷貝功能。WLAN模塊支持WiFi無(wú)線傳輸，提供設(shè)備的無(wú)線接入功能。VGA模塊轉(zhuǎn)換視頻輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為模擬VGA數(shù)據(jù)，通過(guò)VGA接口輸出到投影儀。電源等外圍輔助電路模塊提供整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的電能供應(yīng)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。圖3是0MAP3530處理器功能分布框圖。0MAP3530處理器負(fù)責(zé)發(fā)送端傳送過(guò)來(lái)的屏幕視頻數(shù)據(jù)的接收、轉(zhuǎn)換、解碼和渲染工作。ARM主要負(fù)責(zé)與外界的數(shù)據(jù)交互，完成從無(wú)線局域網(wǎng)中獲取TS流數(shù)據(jù)，獲取TS流中的控制信息和視頻信息，調(diào)用DSP處理視頻信息，并對(duì)DSP產(chǎn)生的解碼數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻渲染和視頻顯示。DSP的功能則比較單一，就是對(duì)H. 264數(shù)據(jù)的視頻解碼，產(chǎn)生UYVY格式的原始視頻數(shù)據(jù)，但是DSP對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)性能提升的作用至關(guān)重要。圖4是系統(tǒng)邏輯框圖。根據(jù)虛線框中的網(wǎng)絡(luò)接收、碼流轉(zhuǎn)換、視頻解碼和視頻渲染，應(yīng)用程序可以劃分為以下四個(gè)功能模塊。I.網(wǎng)絡(luò)接收模塊使用UDP協(xié)議接收網(wǎng)絡(luò)TS流，存儲(chǔ)到環(huán)形緩沖區(qū)中。在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)采用TS流打包格式是一種比較常用的方法。TS流采用固定的包長(zhǎng)，含有同步碼字，這都使TS流適合作為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式?！ざ嗝襟w數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)中傳輸需要較大的帶寬和良好的實(shí)時(shí)性，局域網(wǎng)相對(duì)于廣域網(wǎng)較好的網(wǎng)絡(luò)情況，現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可以滿足帶寬需求，因此不需要TCP那種復(fù)雜的傳輸控制機(jī)制，使用RTP還需要安裝專門(mén)的庫(kù)進(jìn)行支持，此處選擇UDP協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。2.碼流轉(zhuǎn)換模塊碼流轉(zhuǎn)換模塊主要是使用FFmpeg的API處理接收到的TS流，建立與網(wǎng)絡(luò)多媒體流的UDP輸入上下文相聯(lián)系的視頻格式上下文和視頻編解碼器上下文。借用FFmpeg處理網(wǎng)絡(luò)流的框架，可以有效地簡(jiǎn)化TS包的處理。但并不采用其提供的H. 264解碼器，而是使用TI提供的DSP端H. 264解碼器，以充分發(fā)揮硬件平臺(tái)的性能和Codec Engine框架機(jī)制的優(yōu)勢(shì)。FFmpeg的庫(kù)的尺寸比較大,在使用FFmpeg的API之前需要先對(duì)FFmpeg進(jìn)行必要的裁剪處理，主要是裁剪不必要的編碼器和解碼器。3.視頻解碼模塊視頻解碼模塊包括視頻解碼客戶機(jī)端模塊和視頻解碼服務(wù)器端模塊兩個(gè)功能模塊。ARM端的視頻解碼客戶機(jī)端模塊通過(guò)Codec Engine框架，調(diào)用DSP端的視頻解碼服務(wù)器端模塊。視頻解碼服務(wù)器端模塊的核心是TI提供的H. 264視頻解碼器，其對(duì)經(jīng)過(guò)FFmpeg的比特流濾波器處理后產(chǎn)生的存儲(chǔ)在共享緩沖區(qū)中的H. 264視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，每調(diào)用一次就完成一次視頻解碼的過(guò)程，解碼輸出的視頻采用UYVY格式，仍存儲(chǔ)到共享緩沖區(qū)中，通過(guò)Resizer驅(qū)動(dòng)提供的硬件拷貝功能存儲(chǔ)到V4L2出隊(duì)后的顯示緩存中。采用H. 264視頻編碼技術(shù)編解碼視頻數(shù)據(jù)，主要是考慮到其具有很高的視頻編碼效率和網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力，適合本發(fā)明的性能需求。H. 264視頻編解碼算法復(fù)雜度高，解碼算法相對(duì)于編碼算法要簡(jiǎn)單得多，但仍相當(dāng)復(fù)雜。如果在純ARM上實(shí)現(xiàn)，僅是系統(tǒng)解碼顯示的實(shí)時(shí)性就難以保證，何況還要完成其他處理過(guò)程。DSP以其強(qiáng)大的計(jì)算能力是運(yùn)行H. 264解碼算法的合適選擇。因此本發(fā)明中采用了 TI公司提供的H. 264解碼器，它屬于經(jīng)過(guò)優(yōu)化的DSP端可執(zhí)行程序包中的一個(gè)組成部分，可以快速解碼Baseline級(jí)別的H. 264編碼的視頻數(shù)據(jù)。根據(jù)TI官方提供的測(cè)試數(shù)據(jù)，該解碼器在DSP上解碼480P視頻的最高速率可達(dá)每秒50幀以上，完全可以滿足本發(fā)明640x480分辨率、每秒30幀的解碼幀率要求。4.視頻渲染模塊本發(fā)明使用V4L2對(duì)顯示緩存中的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染顯示。使用V4L2作為視頻顯示驅(qū)動(dòng)而不是使用在嵌入式設(shè)備上廣泛使用的FrameBuffer主要是考慮到0MAP3530的平臺(tái)特性。在0MAP3530平臺(tái)上FBdev驅(qū)動(dòng)是作為繪制⑶I等的Graphics Pipeline來(lái)使用的，兩個(gè)Video Pipelines是使用V4L2驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)視頻顯示的。
綜上所述，本發(fā)明通過(guò)模塊的合理劃分，發(fā)揮平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，使實(shí)時(shí)處理網(wǎng)絡(luò)接收、碼 流轉(zhuǎn)換、視頻解碼和視頻渲染顯示成為可能，可以提高系統(tǒng)的整體性能。
權(quán)利要求
1.一種基于0MAP3530的嵌入式無(wú)線投影接入設(shè)備，其特征在于包含以下功能部件 (1)0MAP3530處理器，采用ARM和DSP雙核架構(gòu)，ARM負(fù)責(zé)與外界的數(shù)據(jù)交互，從無(wú)線局域網(wǎng)中獲取TS流數(shù)據(jù)，獲取TS流中的控制信息和視頻信息，調(diào)用DSP處理視頻信息，并對(duì)DSP產(chǎn)生的解碼數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻渲染和視頻顯示；DSP對(duì)H. 264數(shù)據(jù)的視頻解碼，產(chǎn)生UYVY格式的原始視頻數(shù)據(jù)，硬件拷貝模塊提供共享內(nèi)存區(qū)中數(shù)據(jù)到顯示緩存中的快速拷貝功能； (2)WLAN模塊，支持WiFi無(wú)線傳輸，提供設(shè)備的無(wú)線接入功能； (3)VGA模塊，轉(zhuǎn)換視頻輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為模擬VGA數(shù)據(jù)，通過(guò)VGA接口輸出到投影儀； (4)電源及其外圍輔助電路模塊，提供整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的電能供應(yīng)，可以有效地保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。
2.一種如權(quán)利要求I所述的基于0MAP3530的嵌入式無(wú)線投影接入設(shè)備，所述0MAP3530處理器中運(yùn)行如下軟件模塊，與硬件密切配合工作 (1)網(wǎng)絡(luò)接收模塊，負(fù)責(zé)接收無(wú)線局域網(wǎng)中的多媒體數(shù)據(jù)流； (2)碼流轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換TS流為H.264的VS流； (3)視頻解碼模塊，負(fù)責(zé)解碼H.264視頻流為可以顯示的原始視頻數(shù)據(jù)； (4)視頻渲染模塊，負(fù)責(zé)原始視頻數(shù)據(jù)的渲染顯示。
3.一種基于0MAP3530的嵌入式無(wú)線投影系統(tǒng)，包括以下部分 (1)投影儀； (2)計(jì)算設(shè)備； (3)如權(quán)利要求I或2所述的基于0MAP3530的嵌入式無(wú)線投影接入設(shè)備； 其中，計(jì)算設(shè)備是發(fā)送端，投影儀是接收端，通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)傳輸發(fā)送端抓屏、編碼、打包、發(fā)送的屏幕信息，在接收端進(jìn)行接收、解包、解碼、渲染，顯示在大屏幕上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于OMAP3530的嵌入式無(wú)線投影接入設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方法，使用傳屏的思想為解決現(xiàn)有有線連接投影儀的使用不便性提供了一種合理的無(wú)線擴(kuò)展解決方案。該設(shè)備以TI的OMAP3530為核心，其ARM和DSP的雙核架構(gòu)適合本發(fā)明中用戶交互和數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用需求。本發(fā)明中綜合應(yīng)用了各種編程方法和思想，劃分整個(gè)應(yīng)用程序?yàn)锳RM端的網(wǎng)絡(luò)接收、碼流轉(zhuǎn)換、視頻解碼客戶機(jī)端和視頻渲染四個(gè)模塊以及DSP端的視頻解碼服務(wù)器端模塊，為流媒體數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理提供了保障。
文檔編號(hào)H04N9/31GK102801941SQ20121032400
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者劉琚, 李清石, 殷超, 劉朝晨, 許宏吉, 元輝 申請(qǐng)人:山東大學(xué)