CN102801941B - 一种嵌入式无线投影接入设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于OMAP3530的嵌入式无线投影接入设备的实现方法，使用传屏的思想为解决现有有线连接投影仪的使用不便性提供了一种合理的无线扩展解决方案。该设备以TI的OMAP3530为核心，其ARM和DSP的双核架构适合本发明中用户交互和数据处理的应用需求。本发明中综合应用了各种编程方法和思想，划分整个应用程序为ARM端的网络接收、码流转换、视频解码客户机端和视频渲染四个模块以及DSP端的视频解码服务器端模块，为流媒体数据的实时处理提供了保障。

Description

一种嵌入式无线投影接入设备

技术领域

本发明涉及一种嵌入式无线投影接入设备，属于嵌入式流媒体技术领域。

背景技术

投影仪是一种能够以图片和视频的方式形象地展示教学内容和企业产品的多媒体设备，已经在教育和商务领域获得了广泛的应用。尤其是在高校，几乎每个教室都安装了投影仪及其配套的多媒体教学设备。但是，传统有线连接的投影仪存在以下的缺点：

1.投影设备需要布设专门的数据通信线路以与教室中固定的计算机相连，安装不便；

2.若其他计算机需与其连接，则要拔下VGA线连接新接入的计算机，使用不便；

3.pad等智能移动设备使用越来越普遍，灵活方便的使用方式使其在教学等领域正逐步得到广泛应用，但其并不具备传统的VGA接口，不能与投影仪连接。

解决这些问题的方法是无线互联，无线投影设备代替有线投影设备已经成为今后的一种趋势。

但是，传统的有线连接投影设备已经占据了相当的市场，它们的性能足以满足现如今大多数多媒体教学和商业展示的需求，直接采用全新的支持无线接入的投影设备并不划算。对此，市场上出现了对有线投影仪进行无线扩展的设备，其特点是：

1.设备本身就是一个无线AP，启动配置后可以其为中心组建无线局域网；

2.设备支持Windows、Android等操作系统；

3.发送设备如PC等需要采用类似远程桌面连接的技术与设备取得连接；

4.设备采用专用的硬件解码芯片处理多媒体数据；

5.传输媒体侧重文件而不是多媒体流，例如把已有的多媒体文件或者PPT转存为的多媒体文件发送到投影设备解码显示；

6.高清传输采用无压缩的WHDI技术，对带宽要求很高，设备常需要多天线技术。

由此可见，已有的无线投影特殊的实现方式存在诸多有待解决的问题：

1.网络地位的特殊性

已有的设备其本身就是一个无线AP，而不是无线局域网中的一个普通无线接入设备，对于存在无线局域网覆盖的教室是种资源浪费，且需要支持GUI友好的操作系统，这都对软硬件有较高的要求。

2.媒体处理的特殊性

已有的设备对于不同的投影媒体采用不同的处理方法。

(1)对于普通的PC桌面投影，采用类似远程桌面连接的技术实现；

(2)对于PPT演示文档，采用专用的小软件转存为多媒体文件，PC、手机等发送端设备播放多媒体文件，投影仪使用专用的硬件解码芯片解码显示,不具有通用性，如果采用的编码方式有了变化就不能对其进行更新支持；

(3)现成的多媒体文件省去转换步骤，其余处理操作与播放PPT演示文档时相同；

(4)对于高清媒体资源，直接弃用WiFi传输方式，采用无压缩的WHDI视频传送技术，即通过无线方式直接传送视频源输出的原始影视频流到接收端输出图像，视频传输占用带宽很高，相应的发射功率随之增大，此时设备无需解码操作。

因此，探寻一种为现有有线VGA连接方式的投影设备提供无线接入功能的通用方法具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有有线投影设备存在的不足，设计一种基于德州仪器（TI）公司生产的OMAP3530处理器的嵌入式无线投影接入设备，可以在已有有线连接投影设备的基础上，通过简单的外接此设备的方式，使现有投影仪具备无线投影的能力。

本发明所涉及的嵌入式无线投影接入设备主要由软硬件两部分组成：

硬件部分由四部分组成：

1.OMAP3530处理器

OMAP3530处理器是整个设备的核心模块，采用ARM和DSP双核架构，ARM作为通用处理器运行经过裁剪的Linux操作系统；适合计算量密集型处理的DSP作为ARM的算法加速服务器存在，运行视频解码处理算法；硬件拷贝模块提供共享内存区中数据到显示缓存中的快速拷贝功能。

2.WLAN模块

支持WiFi无线传输，提供设备的无线接入功能。

3.VGA模块

VGA模块转换视频输出的数字数据为模拟VGA数据，通过VGA接口输出到投影仪。

4.电源等外围辅助电路模块

提供整个设备运行的电能供应，保证系统稳定可靠的运行。

软件部分由四个功能模块组成：

1．网络接收模块

负责接收无线局域网中的多媒体数据流。

2.码流转换模块

负责转换TS流为H.264的VS流(视频流)。

3.视频解码模块

负责解码H.264视频流为可以显示的原始视频数据。

4.视频渲染模块

负责原始视频数据的渲染显示。

软件部分的各个模块运行在OMAP3530处理器中，与硬件配合工作。

附图说明

图1是系统硬件组成框图。

图2是无线投影接入设备硬件组成框图。

图3是OMAP3530处理器功能分布框图。

图4是系统逻辑框图。

具体实施方式

本发明基于OMAP3530处理器实现嵌入式无线投影功能，设计思想是近期十分流行的无线屏幕传输的思想，以为屏幕投影提供一种通用的处理手段。

所谓屏幕传输，简称传屏，就是将一个设备屏幕上显示的数据传递到另一个设备的屏幕上进行显示。这是一种小尺寸屏幕的计算设备借用大尺寸屏幕的显示设备的显示能力，以达到共享信息、挖掘设备潜力目的的技术，是一种被Intel的WiDi、中国移动的WiMo和海信的WirelessProject等均广泛采用的技术。信息传输方式均为采用WiFi的无线局域网传输，不需采用专门的无线传输技术。

计算机、pad等计算设备屏幕上显示的任何图像、文字和视频数据，均可看作是其在受控情况下的一种屏幕显示行为的视频数据，对这些屏幕显示数据的处理实际上是对显卡中的视频信号的处理。在发送端安装处理屏幕视频数据的软件，对屏幕视频数据进行压缩编码和数据封包处理以得到适合在网络上传输的数据形式；投影仪通过无线网络获取到这些数据，进行相反的处理过程，最终得到可以被投影仪显示的数据形式即VGA信号，随后这个信号的处理方式就完全是传统投影仪的处理方式了。采用无线连接方式达到无线投影效果，要求投影仪具备无线网络接入和视频信号处理功能，这与传屏应用的做法是一致的，不同的是显示设备由电视改为了投影仪。外接无线投影接入设备的投影仪具备了网络流媒体处理能力，与此同时具备了接收显示一般流媒体数据的能力。发送端的设计是在PC机和pad等设备上的纯软件开发，不在本发明的讨论范围之内。

图1是系统硬件组成框图。台式机、笔记本和平板电脑是需要进行无线投影的发送设备，本发明的嵌入式无线投影接入设备以投影仪外接设备的形式存在，通过VGA接口与投影仪相连，发送设备和投影设备通过无线AP接入无线局域网，发送设备通过无线局域网发送屏幕数据，无线投影设备对接收到的数据进行处理和渲染，投影到屏幕上。

图2是无线投影接入设备硬件组成框图。嵌入式无线投影接入设备由OMAP3530处理器、WLAN模块、VGA模块和电源及其外围辅助电路模块组成。采用OMAP3530处理器主要是考虑到其双核架构高效的视频编解码处理性能。

OMAP3530处理器是整个设备的核心模块，采用ARM和DSP双核架构，ARM作为通用处理器运行经过裁剪的Linux操作系统；适合计算量密集型处理的DSP作为ARM的算法加速服务器存在，运行视频解码处理算法；硬件拷贝模块提供共享内存区中数据到显示缓存中的快速拷贝功能。

WLAN模块支持WiFi无线传输，提供设备的无线接入功能。

VGA模块转换视频输出的数字数据为模拟VGA数据，通过VGA接口输出到投影仪。

电源等外围辅助电路模块提供整个设备运行的电能供应，保证系统稳定可靠的运行。

图3是OMAP3530处理器功能分布框图。OMAP3530处理器负责发送端传送过来的屏幕视频数据的接收、转换、解码和渲染工作。ARM主要负责与外界的数据交互，完成从无线局域网中获取TS流数据，获取TS流中的控制信息和视频信息，调用DSP处理视频信息，并对DSP产生的解码数据进行视频渲染和视频显示。DSP的功能则比较单一，就是对H.264数据的视频解码，产生UYVY格式的原始视频数据，但是DSP对于整个系统性能提升的作用至关重要。

图4是系统逻辑框图。根据虚线框中的网络接收、码流转换、视频解码和视频渲染，应用程序可以划分为以下四个功能模块。

1.网络接收模块

使用UDP协议接收网络TS流，存储到环形缓冲区中。

在传输过程中数据采用TS流打包格式是一种比较常用的方法。TS流采用固定的包长，含有同步码字，这都使TS流适合作为传输的数据格式。

多媒体数据在局域网中传输需要较大的带宽和良好的实时性，局域网相对于广域网较好的网络情况，现有的无线网络环境可以满足带宽需求，因此不需要TCP那种复杂的传输控制机制，使用RTP还需要安装专门的库进行支持，此处选择UDP协议作为网络传输协议。

2.码流转换模块

码流转换模块主要是使用FFmpeg的API处理接收到的TS流，建立与网络多媒体流的UDP输入上下文相联系的视频格式上下文和视频编解码器上下文。借用FFmpeg处理网络流的框架，可以有效地简化TS包的处理。但并不采用其提供的H.264解码器，而是使用TI提供的DSP端H.264解码器，以充分发挥硬件平台的性能和CodecEngine框架机制的优势。

FFmpeg的库的尺寸比较大，在使用FFmpeg的API之前需要先对FFmpeg进行必要的裁剪处理，主要是裁剪不必要的编码器和解码器。

3.视频解码模块

视频解码模块包括视频解码客户机端模块和视频解码服务器端模块两个功能模块。ARM端的视频解码客户机端模块通过CodecEngine框架，调用DSP端的视频解码服务器端模块。视频解码服务器端模块的核心是TI提供的H.264视频解码器，其对经过FFmpeg的比特流滤波器处理后产生的存储在共享缓冲区中的H.264视频数据进行解码，每调用一次就完成一次视频解码的过程，解码输出的视频采用UYVY格式，仍存储到共享缓冲区中，通过Resizer驱动提供的硬件拷贝功能存储到V4L2出队后的显示缓存中。

采用H.264视频编码技术编解码视频数据，主要是考虑到其具有很高的视频编码效率和网络适应能力，适合本发明的性能需求。H.264视频编解码算法复杂度高，解码算法相对于编码算法要简单得多，但仍相当复杂。如果在纯ARM上实现，仅是系统解码显示的实时性就难以保证，何况还要完成其他处理过程。DSP以其强大的计算能力是运行H.264解码算法的合适选择。因此本发明中采用了TI公司提供的H.264解码器，它属于经过优化的DSP端可执行程序包中的一个组成部分，可以快速解码Baseline级别的H.264编码的视频数据。根据TI官方提供的测试数据，该解码器在DSP上解码480P视频的最高速率可达每秒50帧以上，完全可以满足本发明640x480分辨率、每秒30帧的解码帧率要求。

4.视频渲染模块

本发明使用V4L2对显示缓存中的视频数据进行渲染显示。使用V4L2作为视频显示驱动而不是使用在嵌入式设备上广泛使用的FrameBuffer主要是考虑到OMAP3530的平台特性。在OMAP3530平台上FBdev驱动是作为绘制GUI等的GraphicsPipeline来使用的，两个VideoPipelines是使用V4L2驱动实现视频显示的。

综上所述，本发明通过模块的合理划分，发挥平台优势，使实时处理网络接收、码流转换、视频解码和视频渲染显示成为可能，可以提高系统的整体性能。

Claims (3)

1.一种基于OMAP3530的嵌入式无线投影接入设备，其特征在于包含以下功能部件：

(1)OMAP3530处理器，采用ARM和DSP双核架构，其中

ARM负责与外界的数据交互，从无线局域网中获取TS流数据，获取TS流中的控制信息和视频信息，调用DSP对H.264视频数据进行H.264解码处理，并对DSP解码产生的UYVY格式的原始视频数据进行视频渲染和视频显示；

DSP对H.264视频数据进行H.264解码处理，产生UYVY格式的原始视频数据并将其放入共享内存区，硬件拷贝模块提供共享内存区中数据到显示缓存中的快速拷贝功能；

(2)WLAN模块，支持WiFi无线传输，提供设备的无线接入功能；

(3)VGA模块，转换视频输出的数字数据为模拟VGA数据，通过VGA接口输出到投影仪；

(4)电源及其外围辅助电路模块，提供整个设备运行的电能供应，可以有效地保证系统稳定可靠的运行。

2.一种如权利要求1所述的基于OMAP3530的嵌入式无线投影接入设备，所述OMAP3530处理器中运行如下软件模块，与硬件密切配合工作：

(1)网络接收模块，负责接收无线局域网中的多媒体数据流；

(2)码流转换模块，负责转换TS流为H.264的VS流；

(3)视频解码模块，负责解码H.264视频流为可以显示的原始视频数据；

(4)视频渲染模块，负责原始视频数据的渲染显示。

3.一种基于OMAP3530的嵌入式无线投影系统，包括以下部分：

(1)投影仪；

(2)计算设备；

(3)如权利要求1或2所述的基于OMAP3530的嵌入式无线投影接入设备；

其中，计算设备是发送端，投影仪是接收端，发送端对屏幕信息进行抓屏、编码、打包和发送处理，通过无线局域网传输到接收端，接收端对无线局域网中的数据进行接收、解包、解码、渲染，显示在大屏幕上。