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多媒体调度终端的整机电路分为采集单元、显示单元、语音单元、网络单元和电源单元五部分,采集单元用于音视频信号的采集、数字化压缩编码,包括摄像头、视频采集板和数字图像编码板等电路和器件;显示单元用于视频信号的还原和显示,包括LCD显示屏、显示板、数字图像解码板等电路和器件;语音单元用于双向和多方通话,包括语音板、咪头、扬声器、手柄、键盘等话机电路和器件;网络单元包含1个以太网交换机,以及1个外部网口和2个内部网口,工作在全双工方式,能同时连通多对端口,使每一对相互通信的端口都能象独占通信媒体那样无冲突地传输数据;电源单元用于向各单元电路分配电源,包括电源分配、电源控制等电路。
语音信息经语音单元抽样、量化、编码后,通过电话线传送到数字程控交换机,同时送到数字图像编码板。现场视频信息由摄像头采集,与语音信息一同经数字化压缩编码后,通过网络接口以IP包形式传送到调度中心的视频服务器。在反方向,来自视频服务器的IP包经网络接口送至数字图像解码板进行解压缩,变成模拟视频信号后,再送到LCD显示屏进行图像显示。由此可以实现点对点视频通话、点对点监控、多组多点视频会议等功能。
在多媒体调度系统中,语音信号与视频信号是分离的,走不同的通道。语音信号走电话线,进入调度指挥系统的电话交换主机,在电话交换主机内进行语音交换和多方会议的混音;视频和数据信号走IP网络,在多媒体调度系统的视频服务器中进行数据交换。另外,在多媒体调度终端内,语音和视频信号是同时压缩和编码的,编码后的数据在视频服务器内可进行录音录像。这种方式是多媒体调度系统和本终端的重要特点,它既保证了多媒体调度系统内语音的质量和连续性,又保证了视频流和传感器数据的大数据传输。
网络层采用IP协议,负责两个终端之间的数据传输,由于采用无连接的数据包,网络将根据IP地址把数据送到对方,但不保证传输的准确性。
在IP上层的传输控制协议TCP能保证数据可靠传送,发现误码就重新发送,因此,对误码率要求高的数据传送可以采用TCP协议,但在实时性要求较高的应用场合,则不适用;此时,应使用用户数据报协议UDP。UDP采取了无连接传输方式,它的协议简单,可以用于音视频的实时信息流。因为较少的等待时间对实时信息传输而言,比误码纠正更为重要,因此,传输时如果有误码,则把该包丢掉,对实时音视频而言,丢掉少量带有错误的信息包并不影响视听的效果;另外,每个UDP包均加上一个包含时标和序号的报头,在接收端配以适当的缓冲,那么它就可以利用时标和序号信息“复原、再生”数据包,记录失序包,同步语音、图像和数据,从而改善接收端连续重放效果。
实时传输协议RTP在UTP的上层,相当于会话层,提供同步和排序服务,对网络的带宽、时延、差错有一定的自适应性,其数据包头中包含一些控制信息,以保证实时的数据传送。
RTP上面的实时控制协议RTCP主要用于监视带宽和延时,它定期将包含服务质量信息的控制信息包分发给所有通信节点。一旦所传送的多媒体信息流的带宽发生变化,接收端立即通知发送端,改变识别码和编码参数。
视频信息的编解码采用H.264标准。H.264是一种高性能的视频编解码技术,其编码算法具有非常高的编码效率,在相同图像质量条件下,能够比H.263/MPEG-2节约50%左右的码率,并且能够在低码率情况下提供连续、流畅的高质量图像;此外,网络适应性强,可在不同网络上传输。H.264的编解码流程主要包括5个部分:帧间和帧内预测、变换和反变换、量化和反量化、环路滤波、熵编码。
多媒体调度终端中采用的关键技术主要体现在数字图像编码板和解码板上。数字图像编码板的电路原理如图2所示,其中包括数字信号处理器、视频解码器、音频解码器、以太网控制器、网络隔离变压器、FLASH存储器、DRAM存储器、开关型稳压电源等;数字图像解码板的电路原理基本同图2所示,只是其中没有音频解码器,而且视频解码器替换为视频编码器(SAA7121)。下面重点介绍数字图像编码板电路。