CN102802042A - 基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统及方法，其中，该系统包括总控模块，以及分别与所述总控模块信号连接、用于传送相应的命令和/或消息的音视频信号处理子系统、数据加密与封装子系统、数据输送子系统、用户管理子系统、以及拨号及信道检测子系统；所述音视频信号处理子系统、数据加密与封装子系统、以及数据输送子系统依次信号连接，依次传送相应的数据流。本发明所述基于ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统及方法，可以克服现有技术中成本高、集成度低、安全性差与使用不方便等缺陷，以实现成本低、集成度低、安全性好与使用方便的优点。

Description

基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体地，涉及基于ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统及方法。 

背景技术

随着科学技术的进步，音频技术从模拟信号发展到数字信号，从单声道技术发展到环绕立体声技术；同时，视频影像技术也从模拟信号发展到数字信号，从黑白图像发展到彩色图像，从CRT小屏幕发展到平板、等离子、液晶等大屏幕，进而更好地满足人类听觉和视觉方面的享受需求。 

与传统的单目视频相比，立体视频（或双目视频）增加了景物深度信息表征，能够增强视觉效果的真实感和逼真度。立体音视频技术可广泛应用于多媒体新闻发布、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台与实时视频会议等多信息服务领域。 

编码和传输技术是立体视频的两大关键技术。近年来音视频编码技术不断发展进步，出现了诸如MPEG-1/2/4、VC1、H.263以及H.264等音视频编码标准。这些技术的出现使得音视频编码、存储和传输的数字化成为现实。而网络技术和数字通信技术的发展，使得在单一网络平台上可实现语言、数据、图像等多种业务传输，可供多媒体交互式点播与组播的立体音视频应用系统也随之出现。 

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在成本高、集成度低、安全性差与使用不方便等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，以实现成本低、集成度低、安全性好与使用方便的优点。 

本发明采用的另一目的在于，提出基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输方法。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，包括总控模块，以及分别与所述总控模块信号连接、用于传送相应的命令和/或消息的音视频信号处理子系统、数据加密与封装子系统、数据输送子系统、用户管理子系统、以及拨号及信道检测子系统； 

所述音视频信号处理子系统、数据加密与封装子系统、以及数据输送子系统依次信号连接，依次传送相应的数据流。

进一步地，所述音视频信号处理子系统，包括分工协作式配合设置的音频信号采集模块、音频信号压缩模块、视频信号采集模块与视频信号压缩模块。 

进一步地，所述数据加密与封装子系统，包括分工协作式配合设置的音频基本流加密模块、视频基本流加密模块、音视频加密基本流复用控制模块、以及传送流输出控制UDP/ASI模块。 

进一步地，所述拨号及信道检测子系统，包括分工协作式配合设置的3G调节器及控制端口在线检测模块、无线信号强度检测模块、无线连接活动检测模块、以及拨号器程序模块。 

进一步地，所述数据输送子系统，包括分工协作式配合设置的信号取样及传送格式化模块、多信道数据发送模块、信道自均衡协议栈模块与多信道动态管理模块。 

进一步地，所述用户管理子系统，包括分工协作式配合设置的登录模块、用户操作与状态显示界面模块、以及系统升级模块。 

进一步地，以上所述的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，还包括通讯单元，所述通讯单元至少包括3G驱动子系统。 

进一步地，所述音视频信号处理子系统与数据输送子系统，构成信号输入处理单元； 

所述数据加密与封装子系统与数据输送子系统，构成信息编码与加密单元；

所述拨号及信道检测子系统、以及用户管理子系统，构成操作单元；

所述用户操作与状态显示界面模块、以及登录模块，构成显示单元。

同时，本发明采用的另一技术方案是：一种基于ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输方法，包括： 

生产消息队列，并在所述消息队列中等候；

当接收到编码传输消息时，采集并获取与该消息相应的音视频信号后，依次进行数据加密处理、系统状态显示处理、执行拨号/挂断命令、以及执行数据传送命令的操作。

进一步地，以上所述的基于ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输方法，还包括： 

当未接收到编码传输消息时，返回所述消息队列继续等候。

本发明各实施例的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统及方法，由于该系统包括总控模块，以及分别与总控模块信号连接、用于传送相应的命令和/或消息的音视频信号处理子系统、数据加密与封装子系统、数据输送子系统、用户管理子系统、以及拨号及信道检测子系统；音视频信号处理子系统、数据加密与封装子系统、以及数据输送子系统依次信号连接，依次传送相应的数据流；可以在无线数据传输中的音视频采用了先进的加密算法，确保信息安全；从而可以克服现有技术中成本高、集成度低、安全性差与使用不方便的缺陷，以实现成本低、集成度低、安全性好与使用方便的优点。 

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中： 

图1为根据本发明基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统的外部结构示意图；

图2为根据本发明基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统的软件操作界面示意图；

图3为根据本发明基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统的工作原理示意图；

图4为根据本发明基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统的总体架构示意图；

图5为根据本发明基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统中音视频信号处理子系统的内部架构示意图；

图6为根据本发明基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统中数据加密与封装子系统的内部架构示意图；

图7为根据本发明基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统中拨号及信道检测子系统（即3G驱动子系统、拨号子系统与信道检测子系统）的内部架构示意图；

图8为根据本发明基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统中数据输送子系统（即信号取样子系统、数据传送子系统与信道均衡协议子系统）的内部架构示意图；

图9为根据本发明基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统中用户管理子系统（即用户界面子系统、登录子系统与系统升级子系统）的内部架构示意图；

图10为根据本发明基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统中总控模块与各子系统之间的接口框图（即工作原理示意图）；

图11为根据本发明基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统中总控模块与各子系统之间的工作流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。 

系统实施例

根据本发明实施例，提供了基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统。如图1-图10所示，本实施例包括总控模块，以及分别与总控模块信号连接、用于传送相应的命令和/或消息的音视频信号处理子系统、数据加密与封装子系统、数据输送子系统、用户管理子系统、以及拨号及信道检测子系统；音视频信号处理子系统、数据加密与封装子系统、以及数据输送子系统依次信号连接，依次传送相应的数据流。

其中，上述音视频信号处理子系统，包括分工协作式配合设置的音频信号采集模块、音频信号压缩模块、视频信号采集模块与视频信号压缩模块。 

上述数据加密与封装子系统，包括分工协作式配合设置的音频基本流加密模块、视频基本流加密模块、音视频加密基本流复用控制模块、以及传送流输出控制UDP/ASI模块。 

上述拨号及信道检测子系统，包括分工协作式配合设置的3G调节器及控制端口在线检测模块、无线信号强度检测模块、无线连接活动检测模块、以及拨号器程序模块。 

上述数据输送子系统，包括分工协作式配合设置的信号取样及传送格式化模块、多信道数据发送模块、信道自均衡协议栈模块与多信道动态管理模块。 

上述用户管理子系统，包括分工协作式配合设置的登录模块、用户操作与状态显示界面模块、以及系统升级模块。 

在上述实施例中，基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，还包括通讯单元，所述通讯单元至少包括3G驱动子系统。 

在上述实施例中，音视频信号处理子系统与数据输送子系统，构成信号输入处理单元；数据加密与封装子系统与数据输送子系统，构成信息编码与加密单元；拨号及信道检测子系统、以及用户管理子系统，构成操作单元；用户操作与状态显示界面模块、以及登录模块，构成显示单元。 

方法实施例

根据本发明实施例，提供了基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输方法。如图11所示，本实施例包括：

生产消息队列，并在所述消息队列中等候；

当接收到编码传输消息时，采集并获取与该消息相应的音视频信号后，依次进行数据加密处理、系统状态显示处理、执行拨号/挂断命令、以及执行数据传送命令的操作；

当未接收到编码传输消息时，返回所述消息队列继续等候。

上述各实施例的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统及方法，在三网融合、视音频编码、封装数据传输和信号加密方面，处于国内领先水平，这为3G保密传输和管理系统提供了强大的技术基础工具；并且紧跟国家建设和发展安全信息化产业、物联网、云计算和促进三网融合的策略，利用该系统，对于相应工作和建设有实际的推动意义。 

上述各实施例的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统及方法，技术特性主要体现在其传输特性，编码技术特性，先进的加密算法和在管理系统上采取的可靠的信息安全技术。 具体特性如下： 

㈠以3G网络为数据传输基础

随着中国推出3G（第三代移动通讯），信息产业部给中国移动、中国电信和中国联通发放3G移动运营牌照。现有3G网络经过国家大力推动，国内3家运营商在网络的覆盖和网络数据传输质量上都有了长足的发展，能有支撑本系统的 传输技术需求。采用无线传输方式，使系统充分的实现了高移动性和灵活性。

㈡先进的图像压缩算法 

针对视频图像压缩，我公司采用多级树集合分裂算法 SPIHT。改算法对图像处理后压缩率高，损失小，速度快，易实现。

1)原理分析： 

根据Shapiro零树编码算法（EZW）的基本思想，提出了一种新的且性能更优的实现方法，即基于分层树集合分割排序（Set Partitioning in Hierarchical Trees，SPIHT）的编码算法。它采用了空间方向树(SOT：spatial orientation tree)、集合D(i,j)和L(i,j)更有效地表示这样的系数结构，从而提高了编码效率。

SPIHT算法中用到的概念（算法中的一些符号和概念说明如下）： 

 H：空间方向树所有根结点的坐标集合;

 Z(i,j)：点(i,j)及其所有的后代的坐标集合，即指空间方向树;

 D(i,j)：点(i,j)的所有后代(子孙)的坐标集合，不包括(i,j)点本身;

 O(i,j)：点(i,j)的直接后代(儿子)的坐标集合，在分层塔形结构的最高层H有O(i,j)={(i+LL,j)，(i，j+LL)，(i+LL,j+LL)},除此之外的结点有O(i,j)={(2i,2j),(2i,2j+1),(2i+1,2j), (2i+1,2j+1)}，这里LL为最高层H的尺度。

 L(i,j)：点(i,j)除直接后代外所有后代坐标的集合; 

SPIHT算法是EZW算法的改进，它继承了小波系数的零树结构，这里称作“空间方向树”结构。 

基于以上概念，在SPIHT算法中，集合的分割策略如下式所示： 

排序过程

编码中使用了三个表：不重要系数表LIP(the list of insignificant pixels)、重要系数表LSP(the list of significant pixels)和不重要集合表LIS(the list of insiginificant sets)。LSP初始化为空表，LIP用最低频子带系数(如三级分解中的LL3、LH3、HL3、HH3中的系数)初始化，LIS用每一个空间方向树的根结点(如三级分解中的LH3、HL3、HH3中的系数位置)来初始化。

对重要图的确定主要是通过空间方向树的多次分裂来实现的。一个三级空间方向树T(i,j)在初始化时分裂成树头结点c(i,j)和剩余集合D(i,j)，见公式(1)。对c(i,j)判断其重要性，若重要则转到LSP中。对集合D(i,j) 进行重要性测试，若D(i,j)是不重要的，则D(i,j)用一个符号就可以表示出来。若D(i,j)是重要的，则D(i,j)继续分裂为两个集合O(i,j)和L(ij),如公式(2)。对O(i,j)中的每个元素分别进行重要性测试，把重要元素转到LSP中。对L(i,j)集合进行重要性测试，若L(i,j)不重要，则用一个符号就可以表示该集合，若L(i,j)重要，则L(i,j)分裂为四部分，每部分由相应空间方向树的位置上的元素构成，每一部分与O(i,j)中的四个元素分别构成四棵新树，由于每棵新树的头结点已经判断，只对新树的剩余部分也就是L(i,j)分裂出的四个集合即进行判断，见公式(3) 。如此重复对每棵树进行分裂和判断直到找出每棵树中的所有重要元素，把它们转到LSP中。可以看到SPIHT算法对重要图的排序是通过一系列的集合分裂完成的，即一棵树T(i,j)分裂成头结点元素c(i,j)和剩余部分D(i,j),对重要的D(i,j)继续分裂成头结点的直接四个孩子O(i,j)和剩余部分L(i,j),对重要的集合L(i,j)再继续分裂为四棵新树的剩余部分。 

对每棵树的分裂不是一次进行到底的，而是要按照一定的扫描顺序进行。对各个子带的扫描顺序与EZW算法的扫描顺序相同。对由最低频子带(如LL3)和头结点构成的LIP中的元素是按从上到下、从左到右的顺序进行扫描的。而对其它子带则是按2×2的块为单位从上到下、从左到右依次扫描。对每个2×2块中元素还是按从上到下、对每个2×2块中元素还是按从上到下、从左到右顺序扫描。 

㈢适合于3G网络信道的编码传输系统 

在基于3G无线网络的传输环境下，我司的技术能够保证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，加强了对各种信道的适应能力，采用“网络友好”的结构和语法，有利于对误码和丢包的处理，而且该项技术应用目标范围较宽，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。

我司研制的编码算法具有很高的编码效率，在相同的重建图像质量下，能够比H.263节约50%左右的码率；同时，码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP和无线网络的应用。该算法能以较低的数据速率传送基于联网协议（IP）的视频流，在视频质量、压缩效率和数据包恢复丢失等方面，超越了现有的MPEG-2、MPEG-4和H.26x视频通讯标准，更适合窄带传输。 

技术特性如下： 

（1）分层设计

视频编码层具有高效的视频内容表示功能；

网络提取层将网络中所需要的数据进行打包和传送；

（2） 高精度、多模式运动设计

支持1/4或1/8像素精度的运动矢量；

多模式的灵活和细致的划分，大提高了运动估计的精确程度；

多帧参考技术；

（3）帧内预测功能

在空间域进行预测编码算法，以便取得更有效的压缩：

（4）4×4块的整数变换

由于用二变换块的尺寸缩小，运动物体的划分更精确，这样，不但变换计算量比较小，而且在运动物体边缘处的衔接误差也大为减小：

为了提高码率控制的能力，量化步长的变化的幅度控制在125%左右，而不是以不变的增幅变化。为了强调彩色的逼真性，对色度系数采用了较小量化步长；

（5）统一的VLC

为快速再同步而经过优化的，可以有效防止误码。

 在无线数据传输中的视频采用了先进的加密算法，确保信息安全 

本加密算法主要应用于多媒体技术领域。其特征在于：基于视频编解码技术，采用三层加密的方法，即分别对I帧和Ｐ帧的DCT（离散余弦变换）系数的直流分量的符号位、运动向量的符号位，以及运动补偿的残差的符号位进行加密，加密后的图像内容几乎无法识别。加密时所用的序列由伪随机函数的单向函数来生成，该加密序列与帧号和会话密钥都相关，这样能够有效地抵抗统计方法的密钥攻击；只对各参数或者系数的符号位进行加密，不影响视频流的码率；运算负载非常低，处理效率高，具有实时的视频加解密能力。利用本公司的算法，可以达到安全、高效、实时的视频加密的目的，尤其适合于数字媒体版权保护机制。

本技术的特性在于：基于MPEG-4编解码技术，采用三层加密的方法，分别对I帧和Ｐ帧图像中DCT（Discrete Cosine Transformation，离散余弦变换）系数的直流分量的符号位、运动向量的符号位，以及运动补偿的残差的符号位进行加密。加密时所用的序列由一种称为PRF（Pseudo-Random Function，伪随机函数）的单向函数来生成，该加密序列与帧号和会话密钥都相关，这样能够有效地抵抗统计方法的密钥攻击。　　　　 

其处理过程分为两种：视频加密过程和视频解密过程。其中，视频加密与解密采用的是同样的处理过程，下面就视频加密过程进行详细描述，具体步骤如下：

步骤一 根据会话密钥和当前的帧号，通过ＰＲＦ函数生成加密序列ＥＳ，表示为｛K↓[i]｝，其中K↓[i]为加密序列中的第i个比特的取值；

步骤二 读取码流的头信息，记录相应信息，并判断当前码流对应的视频帧的类型，若为I帧或者Ｐ帧，则分配内存空间，用以存放部分解码后的DCT系数，并且，如果为I帧执行步骤三，如果为Ｐ帧则执行步骤四，否则对该码流不作处理，直接返回；

步骤三 以宏块为单位，对I帧进行加密，具体子步骤如下：　　　　

子步骤3.1 分配内存空间，存放将要用到的加密序列的比特的位置，设为第i个比特；

子步骤3.2  进行变长解码（Variable Length Decoding，VLD），得到量化后的DCT系数；

子步骤3.3  对该宏块内的４个亮度块和２个色度块的DCT系数的直流分量进行加密，加密方法为：如果K↓[i]为1，则将直流分量反号，否则直流分量保持不变。加密每个亮度块和色度块之后，密钥序列的位置均要加1，即i加1；　　　　

子步骤3.4  判断是否为最后一个宏块，如果不是则对下一个宏块执行步骤3.2，否则执行步骤五；

步骤四 以宏块为单位，对Ｐ帧进行加密，具体步骤如下：

子步骤4.1  分配内存空间，存放将要用到的加密序列的比特的位置，设为第i个比特；

子步骤4.2  进行变长解码（Variable Length Decoding，VLD），得到量化后的DCT系数和运动向量；

子步骤4.3　判断宏块的类型，如果为帧内编码宏块（Intra Macroblock）则执行步骤４.3.1，如果为帧间编码宏块（Inter Macroblock）则执行步骤４.3.2，否则执行步骤４.4；

子步骤4.3.1：对该宏块内的４个亮度块和２个色度块的DCT系数的直流分量进行加密，加密方法为：如果K↓[i]为1，则将直流分量反号，否则直流分量保持不变。加密每个亮度块和色度块之后，密钥序列的位置均要加1，即i加1。对该宏块的加密完成后，执行步骤４.4；

子步骤４.3.2：对该宏块内的运动向量进行加密，加密方法为：如果K↓[i]为1，则将运动向量反号，否则运动向量保持不变。加密每个运动向量以后，均需要将密钥序列的位置加1，即i加1；

步骤４.3.3:对该宏块内的４个残差亮度块和２个残差色度块的DCT系数的直流分量进行加密，加密方法为：如果K↓[i]为1，则将直流分量反号，否则直流分量保持不变。加密每个亮度块和色度块之后，密钥序列的位置均要加1，即i加1；　　　　

步骤４.4：判断是否为最后一个宏块，如果不是则对下一个宏块执行步骤４.2，否则执行步骤五；　　　　

步骤五：对视频数据进行部分编码，重建压缩码流，具体步骤如下：

子步骤5.1:将步骤二中保存的头信息写入新的码流中；

子步骤5.2 :对于I帧，以宏块为单位，对各宏块的DCT系数进行变长编码（Variable Length Encoding，VLE）；对于P帧，以宏块为单位，对各宏块的DCT系数以及运动向量进行变长编码；　　　　

步骤六：完成加密过程，清理分配的内存空间，完成后返回。　　　　

其中，PRE是一种密钥相关的伪随机函数，通常是一个密钥相关的哈希函数，根据一定的输入得到确定的输出。本系统中采用TLS-PRF（见RFC2246），来生成跟会话密钥和帧号相关的加密序列。首先，将密钥分成两半，前一半用连同帧号通过MD5处理，后一半连同帧号通过SHA-1处理，然后将两个输出按位异或，得到最终的加密序列。

㈣在应用存储管理系统上采用了可靠的安全措施和技术 

数字信息的安全存储与传输是信息安全研究的核心内容，是保护信息机密性、完整性与可用性的关键技术。作为信息组织、存储与访问的核心，文件系统的安全性问题被我司所重视。本系统以构造安全的网络文件系统为目的，对信息安全存储系统的设计以及关键的访问控制理论进行了研究，主要包括：基于角色的访问控制模型、等级密钥管理算法、以及支持等级安全的安全网络文件系统设计与实现。从文件系统层提供信息的深层次安全保护。我司分析了现有安全文件系统的缺陷与不足，设计了基于自主访问控制机制的用户层安全网络文件系统。它建立在广泛部署的网络文件系统NFS之上，在保证访问透明性基础上，提供了文件信息的端到端机密性、完整性保护以及自主控制的安全信息共享能力，能够有效地抵抗网络的内外部攻击。性能测试表明，信息加密带来的性能损失在可接受的范围内。

另外，安全系统中的访问控制是一种通过实施允许被授权的主体对资源的访问，同时拒绝向非授权主体提供服务的策略的有效保护方法，对客体资源与访问模式、访问类型进行了进一步抽象，使其更符合现实世界的表达，同时，引入了对主体角色、客体角色的分配、权限指派等进行有效管理的管理角色，允许更加细粒度的访问控制管理。 

此外，对以数据加密为基础的信息系统中，我司系统对音视频文件本身采取加密。使得在非可信环境下，音视频文件的管理与分发更加安全可靠。 

具体实施时，在上述实施例的基于ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统中，产品结构如图1所示。该系统具有体积小、集成度高、成本低、使用安装简便的特点，体积为25厘米×14厘米×8厘米，重量4.0公斤（含电池），可以轻松背负，且符合国家环保和节能相关标准。 

例如，如图3所示，上述实施例的基于ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，可以具有以下特性： 

⑴显示模块：自带 5.6”LCD 显示器，方便现场配置、操作及对所拍摄视频的监测显示，采用触摸屏设计，方便操作；

⑵通讯模块：支持跨运营商网络的多 Modem 卡绑定、时间戳及高级 FEC等QoS 保障机制、自动链路负载均衡技术；

支持1000BaseT以太网接口可以直接与互联网相连或连接诸如 BGAN天线等其他上行链路设备； 

⑶信号输入处理模块：支持数字视频SDI端口和模拟视频CVBS端口，用于连接摄像机、车载摄像头或其他特殊摄录器材，可任意选用；支持外接麦克风接口，外接耳机/音箱接口；

⑷操作模块：硬件自带USB 接口，可以用于视音频的输入或用于文件传输时的文件导入，也可外接 USB 接口的键盘和鼠标、便于操作；

⑸信息编码和加密模块：支持模拟和数字信号的编码和加密，适应无线传输的特性，信号编码和加密独立于3G网络信息的编码和加密技术，使得信号安全性更加可靠； 

⑹电源模块：外接电源/电池接口，外接电源适配器；随附专门设计的双肩背包，该包还包含了防雨帘、提供了外接电池的放置空间、以及考虑主机散热等方面的设计。

上述实施例的 基于ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，其终端系统可以采用Linux 2.6.31、ubuntu 发行版本9.1；核心系统服务基于Linux 2.6内核，如安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈和驱动模型等都依赖于该内核；Linux内核同时也作为硬件和软件栈之间的抽象层，作为系统各种硬件和软件的驱动平台。 

软件操作界面如图2所示，包括： 

⑴系统通讯配置模块：设置视频服务器的地址， 3G无线传输通道；

⑵视频设置模块：视频图像的参数，以及相应编码和加密参数设置；

⑶系统状态模块：主要包含系统诊断，系统日志，流量统计的功能；

⑷系统工具：主要包含时间设置，系统升级，和恢复出厂设置的功能。

在上述实施例的 基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统中，关键模块的技术说明如下： 

⑴模块描述：总控模块负责收集各子系统的外部（如用户输入）事件，进行分析后，作为响应，总控模块向响应的子系统通过通行接口发出命令，有对应的子系统来执行操作处理事件；

⑵模块接口关系：总控模块及各子系统之间的接口框图参见图10，总控模块和各子系统之间的通讯使用命令与消息机制，其他各个子系统之间不发生直接的通讯联系，便于保证系统的控制逻辑；

⑶模块接口工作流程图参见图11，该基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，具有智能化、稳定性、安全性、稳定性、便携性、和成本控制等诸多方面的考虑，最终采用了在嵌入式Linux环境下基于ARM11的高画质的视频实时传输系统。

上述实施例的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，采用最新的ARM11芯片进行开发，利用内部模块MFC完成编解码，在嵌入式Linux环境下，完成视频的采集、传输、实时显示、存储等功能；该嵌入式视频传输系统的主控制板（即主控模块），可以选择以ARMl1为内核微处理器作为控制器；该处理接口丰富，在完成视音频的采集、压缩编码和网络传输等视频服务功能，差错控制、差错恢复和安全传输方面做进一步改进，更具有功耗低、画质效果好、轻巧便携等优点。 

上述实施例的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，包含运用于3G信道中的数据播发带宽和优先级动态调整技术、零消息分组播发技术、以及智能卡多层密钥体系架构。 

上述实施例的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，在政企信息安全和监控领域和广电行业新闻直播领域的实施方案解释本次申请的发明技术具有重现性： 

例如，广电行业需求以北京电视台为例，据不完全统计2010年超过149次动用卫星转播车做现场报道，超过180车次，卫星转播车和卫星通信通道年租用费用超过3000万人民币，此费用不计北京电视台自购的卫星转播车费用。

政企需求以四川消防为例，2010年2月，四川省共发生火灾865起，死 2 人,伤2人，受灾 201 户，烧毁建筑26071平方米,直接财产损失6707691元。火灾起数、死人、伤人同比分别下降1%、84.6%、33.3%，损失上升6%。未发生较大以上火灾事故。全省消防部队共出动火灾扑救和救援救助等行动5651次，出动人员41103人次，出动车辆7660辆次；其中，出动火灾扑救865次，出动抢险救援1610次，社会救助3014次，救出660人，疏散5918人。现场指挥是以手机或者无线对讲机为终端，用语音或信息和后方指挥或者监控中心进行交流，这实际上就把第一时间现场反馈回后方指挥监控中心的信息和最先到达现场工作人员的主观分析和总结捆绑在一起，一定程度上使后方指挥监控中心客观了解现场情况的产生一定的限制性。 

上述具体实施方案都需要用到基于ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统的各项关键技术，其中包括： 

（a）先进的多链路捆绑无线视频传输技术，能够动态的判断多个链路的实时网络带宽，将多条链路整合成一条超宽无线链路；

（b）无线传输环境下的视音频信号压缩算法；

（c）基于内容的选择性信号加密技术；

（d）基于数字版权管理（DRM）的加密和解密算法；

（e）存储管理系统文件加密存储技术；

（f）存储管理系统文件访问等级安全控制技术；

（g）存储管理系统差错控制技术；

（h）设备节能性能控制 标准20w 低功耗模式2w；

（i）动态帧率、码率调节技术。

综上所述，本发明上述各实施例的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统及方法，具有以下有益效果： 

⑴硬件低能耗

为了响应国家提出的节能减排的政策，我司采用能源之星（ENERGY STAR）规范要求，力求最大程度减少碳排放，硬件的设计团队继续努力产品的系统效率，以求实现100% 的效率目标。基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统由于采用了硬件结构的优化设计，硬件完全符合节能标准，最低运行功率近为2瓦，最高负载功率为20瓦；

⑵符合无线传输环境的高性能压缩算法

该系统在传输过程中采用DPCM加变换编码的混合编码模式，它采用“回归基本”的简洁设计，不用众多的选项，获得比MEPG-4好得多的压缩性能；加强了对各种信道的适应能力，采用“网络友好”的结构和语法，有利于对误友和丢包的处理；应用目标范围较宽，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。在技术上，它中有多个闪光之处，如统一的VLC符号编码，高精度、多模式的位移估计，基于4块的整数变换、分层的编码语法等。这些措施使得算法具有很高的编码效率，在相同的重建图像质量下，能够比H.263节约50%左右的码率。高性能的压缩算法使码流结构的网络适应性强，增加了差错恢复能力，抑制了由于摄像机噪声导致的图像失真，背景流动现象，便图像质量更加清晰，能够很好地适应IP和无线网络的应用；

⑶内容选择性加密算法

本系统针对多媒体技术领域特点，其特征在于：基于MPEG-4编解码技术，采用三层加密的方法，即分别对I帧和P帧的DCT（离散余弦变换）系数的直流分量的符号位、运动向量的符号位，以及运动补偿的残差的符号位进行加密，加密后的图像内容几乎无法识别。加密时所用的序列由伪随机函数的单向函数来生成，该加密序列与帧号和会话密钥都相关，这样能够有效地抵抗统计方法的密钥攻击；只对各参数或者系数的符号位进行加密，不影响视频流的码率；运算负载非常低，处理效率高，具有实时的视频加解密能力。利用本算法为移动型设备的功耗控制，编解码速度和加密传输找到了一个契合点，为无线环境下的流媒体传输找到了一个安全、高效、实时的视频加密技术；

⑷强大、安全的资源管理平台

本管理系统是以多媒体资料数字化存储为核心，其最大的特征是对象类型更丰富，管理模式更安全，存储系统的核心是将无形的多媒体资源安全化和有序化，发展出面向视音频资料管理的元数据生产系统、检索查询系统、视音频分级归档存储系统，在非结构化信息的存储、元数据组织管理、海量信息安全存储管理方面取得了长足进展，实现采、编、播、管、存的数字化和网络化的管理，基于数字视音频资源为核心的应用模式带来的结果将是业务实现手段的转变和业务核心管理的提升，建立具有扩展性的全业务平台。对业务的全面展开和深入发展具有极其重要的现实意义；

⑸文件采用加密存储

在不同的计算机和操作系统之间工作，建立一个加密存储机制是保障信息安全的一个重要实现方法。加密的文件从存储、拷贝到调用都在安全可控的范围之内。加密存储机制针对单独个体的文件，在整个存储管理系统里面可以作为一个资源文件，既方便管理，又方便使用者的诸多应用；

⑹文件访问等级控制

本系统以构造安全的网络文件系统为目的，对信息安全存储系统的设计以及关键的访问控制理论进行了研究，主要包括：基于角色的访问控制模型、等级密钥管理算法、以及支持等级安全的安全网络文件系统设计与实现。从文件系统层提供信息的深层次安全保护。我司分析了现有安全文件系统的缺陷与不足，设计了基于自主访问控制机制的用户层安全网络文件系统。它建立在广泛部署的网络文件系统NFS之上，在保证访问透明性基础上，提供了文件信息的端到端机密性、完整性保护以及自主控制的安全信息共享能力，能够有效地抵抗网络的内外部攻击；

另外，安全系统中的访问控制是一种通过实施允许被授权的主体对资源的访问，同时拒绝向非授权主体提供服务的策略的有效保护方法，对客体资源与访问模式、访问类型进行了进一步抽象，使其更符合现实世界的表达，同时，引入了对主体角色、客体角色的分配、权限指派等进行有效管理的管理角色，允许更加细粒度的访问控制管理；

⑺差错控制技术

随着视频关键压缩技术的发展，流媒体视频通信是网络多媒体应用的重要内容，流媒体业务的本身特性决定了流媒体视频传输对网络带宽、传输延时和丢包特性提出了较高的要求。然而，目前的IP网络采用“尽力而为”的方式提供服务，不能为视频传输提供服务质量保证。当前的网络特性不可避免地会带来传输差错，这种差错会导致视频重建质量的下降，并且差错会在时间域和空间域上传播，使得用户的主观感受质量进一步恶化。本系统根据流媒体网络传输特性，研究视频传输的差错问题和最新差错控制机制，设计了基于网络的流媒体传输系统差错控制方法，分别在服务器端和客户端用软件实现，旨在避免差错的发生或在差错已经发生的情况下尽可能降低差错对视频通信质量的影响，提高视频通信的可靠性和有效性。针对网络流媒体传输系统的固有特点，我司重点研究了传输层差错控制技术中的前向纠错结合交织技术和服务器端与客户端交互机制，运用数据包恢复模块有效地针对网络环境收发数据包来控制差错，分别从服务器端和客户端设计与实现流媒体传输系统差错控制方案。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，其特征在于，包括总控模块，以及分别与所述总控模块信号连接、用于传送相应的命令和/或消息的音视频信号处理子系统、数据加密与封装子系统、数据输送子系统、用户管理子系统、以及拨号及信道检测子系统；

所述音视频信号处理子系统、数据加密与封装子系统、以及数据输送子系统依次信号连接，依次传送相应的数据流。

2.根据权利要求1所述的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，其特征在于，所述音视频信号处理子系统，包括分工协作式配合设置的音频信号采集模块、音频信号压缩模块、视频信号采集模块与视频信号压缩模块。

3.根据权利要求1所述的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，其特征在于，所述数据加密与封装子系统，包括分工协作式配合设置的音频基本流加密模块、视频基本流加密模块、音视频加密基本流复用控制模块、以及传送流输出控制UDP/ASI模块。

4.根据权利要求1所述的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，其特征在于，所述拨号及信道检测子系统，包括分工协作式配合设置的3G调节器及控制端口在线检测模块、无线信号强度检测模块、无线连接活动检测模块、以及拨号器程序模块。

5.根据权利要求1所述的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，其特征在于，所述数据输送子系统，包括分工协作式配合设置的信号取样及传送格式化模块、多信道数据发送模块、信道自均衡协议栈模块与多信道动态管理模块。

6.根据权利要求1所述的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，其特征在于，所述用户管理子系统，包括分工协作式配合设置的登录模块、用户操作与状态显示界面模块、以及系统升级模块。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，其特征在于，还包括通讯单元，所述通讯单元至少包括3G驱动子系统。

8.根据权利要求7所述的基于 ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输系统，其特征在于，所述音视频信号处理子系统与数据输送子系统，构成信号输入处理单元；

所述数据加密与封装子系统与数据输送子系统，构成信息编码与加密单元；

所述拨号及信道检测子系统、以及用户管理子系统，构成操作单元；

所述用户操作与状态显示界面模块、以及登录模块，构成显示单元。

9.一种基于ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输方法，其特征在于，包括：

生产消息队列，并在所述消息队列中等候；

当接收到编码传输消息时，采集并获取与该消息相应的音视频信号后，依次进行数据加密处理、系统状态显示处理、执行拨号/挂断命令、以及执行数据传送命令的操作。

10.根据权利要求9所述的基于ARMl1内核微处理器的3G Modem卡多轨编码传输方法，其特征在于，还包括：

当未接收到编码传输消息时，返回所述消息队列继续等候。

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