Разработка беспроводной многоканальной системы передачи больших потоков данных реального времени
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Введение
В современном обществе видео- и телетехнологии играют важную роль. Они распространены практически повсеместно: телевидение, домашняя видеосъемка, различные игровые приставки, воспроизведение видеофайлов на домашнем компьютере и многое другое плотно вошло в жизнь человека.
Среди многообразия задач, связанных с мультимедийными технологиями, можно выделить задачу доставки видеоматериала от некоторого источника, которым может являться видеокамера, игровая приставка и т.д. к устройству отображения или устройству последующей обработки.
Особым типом такого рода задач является передача видеопотока от нескольких источников видеоинформации к единому центру ее обработки. Эта задача особенно важна в работе мобильных телевизионных бригад. Так при съемке какого-либо репортажа вне телевизионной студии, например, спортивного события на стадионе, необходимо обеспечить работу нескольких видеоператоров в разных местах стадиона (на трибунах, рядом с полем и так далее) на достаточно большом удалении от передвижной телестанции (ПТС).
Обычно в таких условиях используются проводные решения, но им присущи следующие недостатки:
Ограниченность свободы перемещения видео операторов, при том, что во время видеосъемок зачастую необходимо иметь возможность передвигаться по объекту.
Небольшая скорость развертывания. Необходимо минимизировать время от момента приезда ПТС на место съемок до приведения системы в полностью рабочее состояние. Прокладка кабелей для передачи информации зачастую затруднена, а развёртывание кабельной системы занимает довольно большое количество времени.
Беспроводные технологии лишены указанных недостатков, но предъявляют некоторые дополнительные требования:
Обеспечение длительной работы сети, следовательно, необходимость низкого энергопотребления устройств.
Компактность устройств.
Приемлемые расстояния устойчивой передачи данных.
Доступные решения на основе беспроводных технологий не в полной мере отвечают предъявляемым требованиям. Перед лабораторией № 13, на базе которой выполняется дипломная работа, стоит задача разработки системы доставки видеоматериала от видеооператоров мобильной телевизионной бригады к ПТС, использующей беспроводные технологии и отвечающей этим требованиям.
Разрабатываемая система включает в себя следующие составляющие:
Рис. 1 - Схема разрабатываемой системы
Со стороны передающего устройства (узел А):
Интерфейс захвата видеопотока с видеокамеры.
Подсистема обработки полученных данных, предназначенная для компрессии видеопотока iелью уменьшения необходимой пропускной способности канала передачи и обеспечения помехоустойчивости.
Подсистема передачи обработанного потока данных на принимающее устройство посредством радиоканала.
Со стороны принимающего устройства (узел В):
Подсистема приема данных посредством радиоканала
Подсистема декомпрессии и восстановления полученного видеопотока
Интерфейс передачи видеосигнала на видеосервер ПТС.
В дипломной работе решается задача разработки подсистемы приема/передачи, потоков данных реального времени посредством радиоканала.
В условиях растущих требований к качеству, насыщенности и скорости подготовки видеорепортажей, разрабатываемая в лаборатории система является востребованной на рынке телевизионного оборудования, но может иметь и другие приложения, например, в работе спасательных и других специализированных служб, в качестве средства передачи видеоинформации с нашлемных и прочих видеокамер.
1. Введение в предметную область. Постановка задачи
Решения, основанные на беспроводных технологиях, лишены основных недостатков проводных решений, но у них есть собственные, и основной из них - небольшая пропускная способность канала.
В лаборатории решается задача создания системы устройств, обеспечивающих доставку видеопотока от нескольких видеооператоров мобильной телевизионной бригады к ПТС. Поскольку устройства являются портативными, они должны иметь небольшие габариты для удобства использования и обладать малым энергопотреблением при достаточной производительности для работы с HD-потоками.
Блок-схема передающего устройства изображена на рисунке 2а.
Рис. 2а - Блок-схема передающего устройства
Оно состоит из следующих компонентов:
Интерфейс захвата видеопотока с видеокамеры. Обеспечивает преобразование потока с видеокамеры в формат данных, используемый компрессором.
Подсистема компрессии полученного от видеокамеры потока, основанная на аппаратном видеокодеке. В настоящее время для этих целей наиболее широко применяется кодирование в формате AVC (Advanced Video Coding)[1], позволяющее уменьшить поток данных HD-видео до 6 - 8 Мбит/с.
Подсистема буферизации данных, полученных от подсистемы компрессии iелью дальнейшей их передачи.
Приемопередатчик беспроводной связи.
Микроконтроллер, обеспечивающий управление работой устройства в целом и его отдельных модулей.
Рис. 2б - Упрощенная блок-схема принимающего устройства
На рисунке 2б прямоугольником выделена упрощенная блок схема передающего устройства. В его задачу входит прием информации от передающего устройства, контроль целост