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门禁对讲系统中音视频起重要作用

作者: 利来娱乐官网用 时间:2015-10-21 来源:未知
摘要:目前,现在的许多小区家家户户都安装有门禁对讲系统,那么音视频同步问题是门禁可视对讲中的重点需要解决的问题之一,因此可以看出音视频同步问题关系到门禁对讲的使用情况。

    目前,现在的许多小区家家户户都安装有门禁对讲系统,那么音视频同步问题是门禁可视对讲中的重点需要解决的问题之一,因此可以看出音视频同步问题关系到门禁对讲的使用情况。

    一、引言
    目前,成熟的智能家居系统的室外机、门禁可视对讲和门禁控制几乎全部采用模拟信号,安装时需要架设专用网络,布线复杂,不可扩展,灵活性差,传输距离短,投资大,维护成本高。随着市场需求的增长、消费者消费观念的提高以及模拟系统沉重的工程维护代价,结合以太网技术的全数字室外机和门禁产品成为研发的热点。但是在诸多因素影响下,当前的数字门禁产品不成熟、不稳定、价格高昂,特别是门禁对讲中的音视频同步问题,一直以来都是数字可视对讲的短板。

    二、音视频同步问题概述
    音视频同步问题是可视对讲中的重点需要解决的问题之一,也是一直以来被模拟门禁产品厂商攻击的一个弱点,因为模拟可视对讲产品都采用专线传输,不存在这个问题。解决同步问题的方法有很多种,其中时间戳是最成熟最完美也是最复杂的解决办法,可以解决任何多媒体领域的音视频同步问题;其原理是选择一个参考时间,在生成数据流时依据参考时间上的时间给每个数据块都打上时间戳;在播放时,读取数据块上的时间戳,同时参考当前时钟上的时间来安排播放,让快于这个参考时间的包等待,丢弃慢于这个参考时间的包。在基于时间戳的同步机制中,仅仅对不同步的数据进行处理是不完备的,还需要反馈机制,如基于Windows平台的DirectShow就提供这样一个反馈机制,它的质量控制(QualityControl)可以将播放的状态反馈给源,让源端加快或者放慢数据流的速度。
    在多媒体文件采集,播放及对同步的要求都非常严格,如果从多媒体文件中分离出音视频数据的数据不同步,音视频的时间差则会越来越大,这是无法忍受的,所以在多媒体文件中,不但要求有同步机制,还要求有反馈机制。

    三、数字可视对讲中的音视频同步方案
    在数字可视对讲中,可以考虑的音视频同步方案有两种:一是发送端解决;二是接收端解决。
    发送端解决方法比较简单,具体措施是在发送端先将一段时间内采集到音视频数据打包。比如采集到一帧视频图像,将这帧图像与采集这帧视频的时间内采集到的视频数据打成一个包,接收端接收到这个包之后解包分别播放就可以了。发送端解决的控制方法比较简单,但是在高清要求清晰度比较高的情况下就不是很理想,清晰度高,意味着每个音视频包数据量就大,能保证同步,却难以保证连续。利来娱乐官网在同一个线程中按照先后顺序发送PCM音频和H.264视频,测试结果表明这种方法确实存在连续问题。
    接收端解决方案绕不开的问题是时间戳,接收端根据接收到的音视频数据的时间戳安排播放。时间戳需要一个参考时间,而采集过程中视频的时间是不定的,数字摄像头采集图像的帧率是一个平均值,不宜用来做参考时间,所以只能用音频时间作为参考时间。

    四、声卡编程和声卡驱动的时间机制
    门禁可视对讲中音频是双向的。门禁可视对讲方案中,音频的采用PCM(PulseCodeModulation——脉码调制录音)采集,在网络中传送的也是原始数据,之所以没有对音频数据进行编码处理是基于以下原因:一是S3C6410没有提供对音频的硬编解码,如果使用软件实现编解码,在有限的系统资源条件下难以实现;二是音频数据量较小:采用8000采样率和量化位数为8位的电话语音标准,一秒的音频数据是8K字节,只相当于视频1帧数据的两倍,这对普遍拥有百兆网卡的局域网来说,数据量很小。实验的结果表明,这种简单的处理方式被证明是有效的。
    Linux操作系统下音频接口有/dev/dsp,/dev/audio,/dev/Mixer三种。前两种的属性基本相同,DSP是数字信号处理器(DigitalSignalProcessor)的简称,是用于数字采样(sampling)和数字录音(recording)的设备文件,它对于Linux下的音频编程来讲非常重要。向该设备写数据即意味着激活声卡上的D/A转换器进行放音,而向该设备读数据则意味着激活声卡上的A/D转换器进行录音。目前许多声卡都提供有多个数字采样设备。/dev/audio属性与dsp类似,但更多的用于sun的工作站中,为兼容性考虑,应用中一般使用/dev/dsp作为音频接口。mixer为混音器,也是声卡设备中相当重要的一部分,它的作用是将多个信号组合或者叠加到一起,但对应用程序来说,这些都无需考虑,但可以通过这个接口调节声卡播放时声音的大小等参数。

    五、基于音频时间机制的音视频同步解决方案
    与文件形式的多媒体不同的是,可视对讲中音视频流的源端是永远同步的。所以一种简单的解决方案是发送端启用独立的音频和视频线程,进行音视频采集,采集后只管往外发送数据,接收端接到数据就分别解码播放,从表面看,这种采用无同步机制多线程解决方案是可行的,但是忽略了一个问题,即音频数据包和视频数据包的大小。包的大小会影响网络传输的速度。这种差别在网络条件好的情况下显示不出来,一旦遇到网络拥塞或者其他情况就会变得很明显。
    根据对音频采集和处理的叙述,利来娱乐官网知道,音频的采集是有时间机制的。比如采样率是8000,采样位数是8,利来娱乐官网就可以算出采8K字节的数据所用的时间是1s,这样音频就可以按照自己的速度播放;而摄像头每秒采集的帧数是相对固定的。
    接收端接收到音频数据,直接交给声卡播放,当前播放的音频包的时间戳时间传送给视频线程;接收到视频帧,则将其时间戳时间与当前播放的音频时间戳进行比较,若未达到参考时间,则解码播放;若达到参考时间,则说明该视频帧滞后,丢弃该视频帧,接收下一个视频帧,循环往复,直到线程接收到结束命令停止;以上述音频采样率和采样位数为例,视频参考时间的计算方法为(以C语言格式的?号表达式表示):
    音频时间戳时间+1/30>视频时间戳时间,丢弃:播放;
    在编程实现时,采集端和播放端的音频和视频可采用独立的线程,并利用Qt的信号槽机制实现音视频线程时间戳的传递。

    六、方案测试
    以上结果表明,这种音视频同步解决方案可以实现数字门禁可视对讲的音视频同步。

     
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