地舆信息体系( GIS)、全球定位体系( GPS)的广泛运用使人们享用到了依据方位服务所带来的许多便当。传统G IS 是以地图为可视化首要手法， 但是人类获取信息的70%来自于视觉，因而将地舆方位信息和视频信息有机结合能够极好的丰厚G IS的内容， 发生许多新的运用。比方微软的Windows Local Live、印象城市武汉等网站都相继推出了实景地图， 让人们在网络上能直观、全面和快捷的了解各个城市。GPS信息和视频信息的结合， 还有利于对地舆信息体系进行3D 建模， 如日本岩根研究所推出的3DV ideoG IS软件， 经过陆地上以及空中拍照的具有定位信息的全景视频图画， 能够主动生成相应的高传神的3D 场景模型。
为了针对以上这些运用需求， 本文中提出了一种一体化的视频、音频和定位信息的数据收集传输器。
本收集器不只能够经过网络直播的方法供给一个更天然、更实在、更及时的地舆信息体系环境， 收集数据能为实景地图和3D 场景地图的构建供给资料， 还能够完结依据定位信息的视音频数据的切割和检索。
1 体系全体计划
为了完结收集器的高质量定位视音频紧缩收集、实时的定位视音频传输， 以及低功耗以便携等要求， 体系中选用了T I公司的TMS320DM642作为了收集器的主控芯片。DM642 是TI公司推出的一款专门面向多媒体运用的TMS320C6000 宗族中功能最高的定点DSP， 具有8路并行的运算器、3个视频专用和2个音频复用接口， 集成10 /100Mbit / s以太网MAC。该芯片具有的这些长处十分合适视音频信息的收集、紧缩和传输。
图1为收集器的硬件框图。GPS定位数据经过串口由TL16C752B 读入; 音频信号由TLV320A IC23B以8 kH z， 16bit量化采样; 视频信号经过TVP5150收集。进入DM642 的定位数据一路经过低码率的H 264视频编码后与G. 723的音频编码信号同步组成后， 经过无线网络发送到长途服务器， 另一路选用高码率编码后存储到2. 5寸硬盘。
图1 收集器硬件框图
2 体系硬件规划
2. 1 视频信号的收集
视频信号的收集如图2 所示， SCLK 为时钟，GPCL为使能信号， Yout为8位BT. 656信号。体系中将DM642的VP0装备为VP0A + McASP形式， 其间VP0A 装备为8位BT. 656视频输入， 用来接一路视频输入。TVP5150PBS是一款高功能的视频编码器， 它将视频信号模仿摄像头输出的NTSC /PAL模仿信号转换成数字色差信号( YUV4: 2: 2)， 输出格局为ITU-R BT. 656。
图2 视频收集硬件框图。
2. 2 音频信号的收集
图3为音频输入框图， BCLK 为位时钟， LRC IN和LRCOUT分别为帧同步输入、输出， D IN 和DOU分别为音频输入、输出。McASP一起接入4路音频输入和输出， 体系中将McASP设置为突发帧同步形式。TLC320A IC23B 为音频编码器材， 支撑麦克风、立体声输入和立体声输出， 依据G. 723 编码的要求， 话筒输入的电信号经过TLC320A IC23B进行8 K采样， 16比特量化。TLC320A %&&&&&%23B 选用DSP形式与M cASP交流数据。
图3 音频收集硬件框图。
2. 3 GPS信号的收集
图4为GPS信号收集框图， TX 和RX分别是串行数据发、收信号。TL16C752B 选用8位异步步行存储器接口， 支撑的波特率最高可到达1 Mbyte / s，与DM642的外部存储器EM IFA 衔接， 地址A 2 A0用于对TL16C752B 的8 个寄存器寻址。MAX3160是多协议收发器， 能够将串口接口电平装备为RS232 /RS422 /RS485 等多种接口电平规范。GPS收集模块选用Ho lux M – 89， 它的灵敏度为159 dBm， 援助NMEA0183数据通讯协议，其定位精度小于3 m， 高于S iRF芯片， 因而除了能很好完结高速移动定位，更合适做步行等低速定位。
图4 GPS收集硬件框图。
2. 4 网络数据的传输
网络数据传输衔接图如图5所示。DM642的网络接口是与PCI、HPI复用的， 体系中经过PCI总线的B3和B10装备为HPI16+ 以太网接口。以太网接口由EMAC(网络的数据通路)和MD IO( EMAC的状况和操控接口)两部分组成。体系中选用Broadcom 公司的BCM5221作为10 /100M 以太网的收发器(物理层)。
为完结无线网络传输， 选用了3G路由器和无线网卡经过EVDO 网络传输数据。3G 路由器选用Tenda 的3G611R， 该路由器兼容EVDO、HSPA、TD HSDPA三种3G网络。无线网卡选用中兴的AC2746， 该卡支撑下行3. 1Mb it / s， 上行1. 8Mbit / s速率。
图5 网络传输硬件框图
3 体系软件规划
3. 1 整体流程图
图6为体系软件流程图。为了完结网络的实时传输且确保后期的定位视音频处理， 体系中选用了G. 723. 1音频紧缩编码、H. 264视频紧缩编码， GPS数据仅保存经度、纬度、时刻和高程四项数据以用于后期处理。因为G. 723的编码是每30 ms一帧， 为完结视音频和定位信息的同步， GPS距离也设置为30 ms， 而实践的GPS 改写速率为1次/ s， 因而需求经过经纬度内插的方法进行GPS 定位信息与视频图画的匹配。为紧缩视频速率完结无线实时播映且完结视音频的同步， 视频编码设置为90m s一帧， 视音频编码的对应关系为1：3。
图6 体系软件流程图
3. 2 GPS数据的收集
体系中选用查询方法读取TL16C752B 中的GPS数据， 因为GPS数据是循环不连续发送， 软件规划时利用了TL16C752B 缓存资源，选用了连续提取的计划以减小对DM642的占用。因为GPS数据传输速率设置为4 800 Baud， TL16C752B 的缓存为64字节， 因而只要以小于133ms的时刻距离去读取TL16C752B中的GPS数据， 总能避免GPS 数据的掩盖。因为编码3帧G. 723. 1音频的时刻为90ms， 小于133ms， 因而每90ms读取GPS数据1次， 读取11~ 12次后就能够完好的读完一组GPS数据。
3. 3 音视频数据的收集和编码
音频数据的收集由M cASP完结， 将收集缓存长度设置为480字节， 收集速率设置为8 kHz， 量化比特数设置为16 bi，t 则每30 ms将会回来一个收集缓存满的标志， 经过查询读取该标志能够完结音频数据的无丢掉收集。视频数据的收集由EDMA 完结，发送视频收集指令后，由EDMA 完结将视频收集的原始视频数据搬移到指定内存。因而视音频数据的收集都不会占用DM642 的资源。G. 723. 1 的音频编解码是将ITU T 的参阅程序移植并优化运用，经测验优化后的G. 723. 1的编码时刻小于5ms。
H264的视频编码选用Seed公司的H264库， 该库支撑C IF( 352* 288) 100 kb it / s到800 kbit / s的编码速率， D1( 704* 576) 500 kbit/ s到4 000 kbit/ s的编码速率。程序中， 硬盘存储选用D1、2. 4M 编码，网络传输选用C IF、300 kbit/ s编码， 经测验CIF 编码时刻小于5m s， D1编码时刻小于11m s。
3. 4 硬盘数据存储
体系中选用的硬盘操作方法是直接输入输出方法( PIO)， 为了避免每帧存盘占用过长的体系时刻， 因而存盘使命采纳了存盘缓冲的计划， 当缓冲区数据足够大时， 方进行硬盘操作。为避免硬盘文件过大， 超出了FAT32的存储规模(小于4 Gbyte)， 采纳了当存盘文件大于800MB时， 重建一个序号相连的文件的计划。经测验硬盘读写速度最高可到达11. 8Mbyte / s， 因而完全能够满意体系存储速度约为3Mbyte / s的要求。
3. 5.网络数据传输
体系中的网络操作选用T I公司的NDK 库，该库支撑TCP、UDP、HTTP等常见的网络协议。该库的处理才能为每b it / s需求1. 66 个处理周期， 以300 kb it / s的均匀传输速率核算， 每帧需求492 k个处理周期， 体系中DM642 运转速率为600 MH z， 则均匀每帧发送时刻为0. 82 ms。为了完结实时播映， 体系中以UTP 协议传输编码后的数据， TCP 协议传输网络操控指令。
4 测验成果和定论
图7为车载环境下的实时传输到服务器并显现的成果图。体系测验选用了步行和车载两种形式， 步行道路为南京师范大学1号门到3号门， 步行速度为5 km /h， 车载道路为南京师范大学1号门到中北校区， 车载速度为60~ 80 km /h， 网络传输选用江苏电信的EVDO网络。经过测验证明了该收集器能很好的收集存储定位视音频数据， 在步行和车载环境下能经过EVDO网络传输的实时传输定位视音频数据。
图7 测验成果图
本收集器完结了定位视音频的网络直播， 供给一个更丰厚及时的地舆信息体系环境。除此外本收集器的收集数据能够为实景地图和3D 场景地图的构建供给资料， 还能够完结依据地舆定位信息的视音频切割和检索， 将极大的丰厚地舆信息体系的运用。
