（機械電子工程專業(yè)論文）一種嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

重慶大學碩士學位論文摘要 摘要 為了提高車間層員工的生產操作技巧 進而提高車間所加工產品的質量及工 藝性能 本文提出了一種嵌入式視頻生產示教系統(tǒng) 它是集嵌入式技術 多媒體 技術和g u i 技術于一體的裝置 能夠實現(xiàn)包括視頻在內的多媒體信息的實時傳輸 示教和交互 本文第一部分首先介紹了課題提出及其意義 對嵌入式系統(tǒng)的應用領域 多 媒體信息技術的研究現(xiàn)狀 g u i 技術的研究現(xiàn)狀 生產示教系統(tǒng)的技術應用現(xiàn)狀 進行了分析 接著 本文說明了系統(tǒng)的課題來源 闡述了論文所研究的主要內容 本文第二部分首先對嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的總體需求進行了分析 闡明 了嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的總體運行模式及其功能模塊的劃分 接著 闡述了 本文所設計系統(tǒng)的硬件架構和軟件架構 本文第三部分首先論述了系統(tǒng)在開發(fā)過程中所涉及到的關鍵技術問題 對基 于a u l 2 0 0 的音視頻編解碼技術進行了研究 對q t 技術在系統(tǒng)播放器界面開發(fā)過 程中的相關技術問題進行了分析 接著闡述了系統(tǒng)實時示教編解碼器的原理以及 視頻實時示教優(yōu)化的必要性和可能性 對視頻編解碼器的算法優(yōu)化進行了研究 本文第四部分首先介紹了系統(tǒng)的開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境 對嵌入式視頻生產示 教終端的一體化播放界面開發(fā) 視頻播放控制功能開發(fā)的關鍵技術問題實現(xiàn)過程 進行了闡述 重點針對系統(tǒng)實時示教功能實現(xiàn)過程中 資源占用率過高 播放卡 殼 音視頻不同步的問題 對音視頻編解碼器進行了相關優(yōu)化 從而使系統(tǒng)的整 體性能得到了有效提高 最后 本文演示了系統(tǒng)的實現(xiàn)效果 關鍵詞 生產示教 嵌入式 q t 技術 實時示教 多媒體信息 a b s t r a c t i no r d e rt oi m p r o v et h eo p e r a t i v es k i l l so fw o r k s h o p ss t a f fi nm a n u f a c t u r i n g t h e q u a l i t ya n dp r o c e s s i n gp r o p e r t yo fc o n v e r t e dp r o d u c t s t h i st h e s i sp u t s f o r w a r dt h e s y s t e mo ft e a c h i n gi i lv i d e om a n u f a c t u r i n g b a s e do ne m b e d d e ds y s t e m i t sae q u i p m e n t w h i c hi ss y n t h e s i z e db yt h ee m b e d d e dt e c h n o l o g y t h em u l t i m e d i at e c h n o l o g y a n dt h e g u it e c h n o l o g y i tc a l la c h i e v et h er e a l t i m et r a n s m i s s i o n r e a l t i m et e a c h i n g r e a l t i m e i n t e r a c t i v eo fm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o ni n c l u d i n gt h ev i d e oi n f o r m a t i o n f i r s to fa l l t h i sp r o j e c ta n di t ss i g n i f i c a n c ea r ei n t r o d u c e di nt h ef i r s tp o r t i o n t h e a p p l i c a t i o na r e ao fe m b e d d e ds y s t e m t h es i t u a t i o n o fs t u d ya b o u tm u t i m e d i a t h e s i t u a t i o no fs t u d ya b o u tg u it e c h n o l o g ya n dt h es i t u a t i o no ft e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n a b o u tt h es y s t e mo ft e a c h i n gi nm a n u f a c t u r ea r ea n a l y z e d a n dt h e n t h es o u r c eo f t h i s p r o j e c ta r ei l l u s t r a t e d t h em a i n r e s e a r c hc o n t e n t so ft h i sp a p e ra r ee x p o u n d e d t h ed e m a n do ft h es y s t e mo ft e a c h i n gi nv i d e om a n u f a c t u r i n gi sa n a l y z e df i r s t l yi n t h es e c o n dp o r t i o no ft h i sp a p e r t h eo v e r a l lo p e r a t i o n a lm o d ea n dt h e d i v i s i o no f a m c t i o n a lm o d u l ea r ec l a r i f i e d a n dt h e n t h eh a r d w a r ei n f r a s t r u c t u r ea n ds o f t w a r e i n f r a s t r u c t u r eo ft h es y s t e mo ft e a c h i n gi nv i d e om a n u f a c t u r i n ga r ed e s i g n e da n d e x p o u n d e d t h ek e yt e c h n o l o g i e sw h i c ha r ei n v o l v e di i lt h ep r o c e s so fs y s t e md e v e l o p m e n ta r e t r e a t i s e df i r s t l yi nt h et h i r dp o r t i o n i n c l u d i n gt h er e s e a r c hi i le n c o d i n ga n dd e c o d i n g a b o u t a u d i of r e q u e n c ya n dv i d e ot e c h n o l o g y t h eq t t e c h n i c a lm a t t e r si nt h ep r o c e s so f p l a y e rs k i nd e s i g na r ea n a l y z e d a n dt h e n t h en e c e s s i t ya n d p o s s i b i l i t yo fo p i t i m i z a t i o n i nv i d e od i s p l a yi si l l u s t r a t e d a f t e rt h a t t h i sp a p e rm a k e sas t u d yi na l g o r i t h m o p t i m i z a t i o na b o u tt h et e c h n o l o l g yi nv i d e od e c o d i n g i nt h ef o u r t hp o r t i o no ft h i sp a p e r t h ed e v e l o p m e n tt o o lo ft h i ss y s t e ma n d t h e d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ta r ei n t r o d u c e di nt h ef i r s tp l a c e t h ea l l i n o n ep l a y e rs k i n d e v e l o p m e n to f t h es y s t e mo ft e a c h i n gi nv i d e om a n u f a c t u r i n g t h ea c h i e v e m e n tp r o c e s s o fm ek e yt e c h n o l o g i e si n v o l v e di nt h ec o n t r o lf u c t i o n sr e a l i z a t i o na r ee x p o u n d e d i n t h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fr e a l t i m ev i d e od i s p l a y i n g w h e nt h eh i g hr e s o l u t i o n v i d e o sa r ed i s p l a y e d t h ev i d e ow o u l db es t u m p e d t h es y s t e mr e s o u r c e so c c u p a n c y r a t e w i l lb et o oh i g h i ft h i st y p eo fv i d e oi sd i s p l a y e df o ral o n gt i m e t h es y s t e mi se a s y t o c r a s h e d i no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e m t h i sp a p e rt a k e ss o m eo p t i m i z a t i o nm e a s u r et o t h ep r o c e s so fv i d e od e c o d i n g a f t e rt h a t t h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mh a v eb e e n 重慶大學碩士學位論文英文摘要 e f f e c t i v e l yi m p r o v e dal o t a tl a s t t h i sp a p e rd e m o n s t r a t e st h ea p p l i c a t i o ne f f e c to ft h i s s y s t e m k e y w o r d s t e a c h i n gi nt h ep r o c e s so fp r o d u c t i o n e m b e d d e d q tt e c h n o l o g y r e a l t i m et e a c h i n g m u l t i m e d i ai n f o r m a t i o n n i 學位論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所 呈 交的貓 士學 位論文 經(jīng)磐嫩 黜鼬重 縐五坯暈銎莎栽個人在導師指導下進行的研究 工作及取得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標注和致謝的地方外 論 學位論文作者簽名鄉(xiāng)毒砍鷴 導師簽名 簽字日期 咖7 石 簽字日期 拋9 6 占 學位論文使用授權書 本人完全了解重慶大學有關保留 使用學位論文的規(guī)定 本人完全同意 中 國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程 以 下簡稱 章程 愿意將本人的 盈士學位論文 縋燃叁舀型逸衄鏟鬻 也 交中國學術期刊 光盤版 電子雜志社 c q 在 中國博士學位論文全文數(shù)據(jù) 庫 中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 以及 重慶大學博碩學位論文全文數(shù) 據(jù)庫 中全文發(fā)表 中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 中國優(yōu)秀碩士學位論文 全文數(shù)據(jù)庫 可以以電子 網(wǎng)絡及其他數(shù)字媒體形式公開出版 并同意編入咖 中國知識資源總庫 在 中國博碩士學位論文評價數(shù)據(jù)庫 中使用和在互聯(lián) 網(wǎng)上傳播 同意按 章程 規(guī)定享受相關權益和承擔相應義務 本人授權重慶大學 可以采用影印 縮印或其他復制手段保存論文 可以公開論文的全部或部分內容 作者簽名 妥查墜遭 導師簽名 旌 沙7 年 月占日 備注 審核通過的涉密論文不得簽署 授權書 須填寫以下內容 該論文屬于涉密論文 其密級是 涉密期限至 年一月一日 說明 本聲明及授權書 陋裝訂在提交的學位論文最后一頁 重慶大學碩士學位論文 1 緒論 1 緒論 1 1 課題的提出及意義 制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產業(yè) 是衡量一個地區(qū)經(jīng)濟綜合實力和現(xiàn)代化水平 的重要指標 強大的制造業(yè)是實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化的可靠保證 在經(jīng)濟發(fā)展中占有十 分重要的地位 l j 世界經(jīng)濟發(fā)展過程表明 制造業(yè)在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地 位 工業(yè)化國家的財富有6 0 8 0 是制造業(yè)創(chuàng)造的 隨著經(jīng)濟全球化和科學技術 的迅猛發(fā)展 全球制造業(yè)呈現(xiàn)出三個特征 一是技術進步和技術創(chuàng)新成為制造業(yè) 產業(yè)結構升級的主要推動力 二是技術競爭逐漸取代了產品競爭而成為制造業(yè)產 業(yè)的主要競爭方式 發(fā)達國家依靠所掌握的核心技術占據(jù)了產業(yè)鏈的前端 形成 了比較強的產業(yè)競爭優(yōu)勢 三是制造業(yè)產業(yè)轉移趨勢明顯 全球制造業(yè)正由發(fā)達 國家向發(fā)展中國家轉移 新的產業(yè)分工體系逐步形成 發(fā)達國家憑借技術優(yōu)勢在 分工體系中占據(jù)了有利的地位1 2 七十年代以來 隨著信息時代的來臨 經(jīng)濟的全球化 市場客戶化 知識經(jīng) 濟的挑戰(zhàn) 高速發(fā)展的高科技的推動以及新思想 新技術不斷涌現(xiàn) 這些新思想 新技術對制造業(yè)產生了極其深刻和全面的影響 使制造業(yè)的制造模式發(fā)生了深刻 變化 現(xiàn)代制造業(yè)及制造技術逐漸表現(xiàn)出數(shù)字化 敏捷化 網(wǎng)絡化 虛擬化 智 能化 綠色化 信息化 集成化以及客戶為中心的服務化的發(fā)展趨勢 3 1 2 目前 在制造企業(yè)的工廠層與設備層之間 企業(yè)內部的員工之間 信息主要 以文字或者圖片的方式進行傳遞 企業(yè)內的示教活動大多是通過圖紙 電子看板 等媒介 以集體教學的方式進行 音頻信息的交互主要是通過電話的方式進行 視頻信息由于成本比較高 在制造企業(yè)中應用的還不廣泛 但是隨著時代的發(fā)展 在企業(yè)生產管理的現(xiàn)實中 企業(yè)的戰(zhàn)略層 戰(zhàn)術層和運行層之間交流的 往往更 加需要的是以音視頻 圖像 文字相結合的多媒體信息 所以工廠層和車間層都 對示教信息的豐富性和易理解性提出了更高要求 因此也就對生產示教活動的多 媒體信息支持能力提出了更多要求 為了更好的實現(xiàn)制造企業(yè)整個生產過程中的 各種信息的傳輸 示教與交互 需要開發(fā)一種集音頻 視頻 圖片 文字等多媒 體信息為一體的嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)終端 該系統(tǒng)通過網(wǎng)絡和工廠層相連 它可以及時的從服務器下載各種多媒體信息到終端 實現(xiàn)在示教終端的多媒體信 息播放 并可以通過網(wǎng)絡完成實時示教的功能 方便車間層員工之間進行更加有 效溝通和討論 方便員工實時的查閱相關生產操作流程 生產工藝流程 圖紙 文檔資料等多媒體信息 這對于提高員工生產操作的準確性 產品的質量和工藝 性能 以及生產操作流程的可靠性都有著重要的意義 重慶大學碩士學位論文1 緒論 1 2 國內外研究現(xiàn)狀 1 2 1 嵌入式系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀 嵌入式系統(tǒng)即嵌入式計算機 e m b e d d e dc o m p u t e r 及其應用 是指嵌入在各種 設備及應用產品內部的計算機系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)是隨著計算機技術 微處理器技 術 電子技術 通信技術 集成電路技術的發(fā)展而發(fā)展起來的 經(jīng)過幾十年的發(fā) 展 嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度改變了人們的生活 工作和娛樂方式 而且這些 改變還在加速 嵌入式系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)自動化 國防 交通和航天 消費類 電子等領域 目前 對嵌入式系統(tǒng)的定義多種多樣 但沒有一種定義是全面的 下面給出兩種比較合理的定義 1 3 1 5 從技術的角度定義 以應用為中心 以計算機技術為基礎 軟件硬件可裁 剪 適應應用系統(tǒng)對功能 可靠性 成本 體積 功耗嚴格要求的專用計算機系 統(tǒng) 從系統(tǒng)的角度定義 嵌入式系統(tǒng)是設計完成復雜功能的硬件和軟件 并使 其緊密耦合在一起的計算機系統(tǒng) 術語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中 的一個完整的部分 稱為嵌入的系統(tǒng) 嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器 相關支撐硬件和嵌入式軟件系統(tǒng) 嵌入式操作系 統(tǒng)與應用軟件 構成 是集成軟硬件于一體的可獨立工作的系統(tǒng) 且軟硬件根據(jù)應 用的需要可裁剪 嵌入式系統(tǒng)技術具有非常廣闊的應用前景 它的應用領域主要包括以下幾個 方面 1 6 2 3 工業(yè)控制 基于嵌入式芯片的工業(yè)自動化設備將獲得長足的發(fā)展 目前已經(jīng)有大量的8 1 6 3 2 位嵌入式微控制器在應用中 網(wǎng)絡化是提高生產效率和產品質量 減少人 力資源主要途徑 如工業(yè)過程控制 數(shù)字機床 電力系統(tǒng) 電網(wǎng)安全 電網(wǎng)設備 監(jiān)測 石油化工系統(tǒng) 就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產品而言 低端型采用的往往是8 位單 片機 但是隨著技術的發(fā)展 3 2 位 6 4 位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設備的核心 在未來幾年內必將獲得長足的發(fā)展 交通管理 在車輛導航 流量控制 信息監(jiān)測與汽車服務方面 嵌入式系統(tǒng)技術已經(jīng)獲 得了廣泛的應用 內嵌g p s 模塊 g s m 模塊的移動定位終端已經(jīng)在各種運輸行業(yè) 獲得了成功的使用 目前g p s 設備已經(jīng)從尖端產品進入了普通百姓的家庭 只需 要幾千元 就可以隨時隨地找到你的位置 信息家電 這將稱為嵌入式系統(tǒng)最大的應用領域 冰箱 空調等的網(wǎng)絡化 智能化將引 2 重慶大學碩士學位論文 1 緒論 領人們的生活步入一個嶄新的空間 即使你不在家里 也可以通過電話線 網(wǎng)絡 進行遠程控制 在這些設備中 嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地 家庭智能管理系統(tǒng) 水 電 煤氣表的遠程自動抄表 安全防火 防盜系統(tǒng) 其中嵌有的專用控 制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查 并實現(xiàn)更高 更準確和更安全的性能 目前在服 務領域 如遠程點菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢 p o s 網(wǎng)絡及電子商務 公共交通無接觸智能卡 c o n t a c t l e s ss m a r t c a r d c s c 發(fā)行系統(tǒng) 公共電話卡發(fā) 行系統(tǒng) 自動售貨機 各種智能a t m 終端將全面走入人們的生活 到時手持一卡 就可以行遍天下 環(huán)境工程與自然 水文資料實時監(jiān)測 防洪體系及水土質量監(jiān)測 堤壩安全 地震監(jiān)測網(wǎng) 實 時氣象信息網(wǎng) 水源和空氣污染監(jiān)測 在很多環(huán)境惡劣 地況復雜的地區(qū) 嵌入 式系統(tǒng)將實現(xiàn)無人監(jiān)測 機器人 嵌入式芯片的發(fā)展將使機器人在微型化 高智能方面優(yōu)勢更加明顯 同時會 大幅度降低機器人的價格 使其在工業(yè)領域和服務領域獲得更廣泛的應用 在這些應用中 主要著重于在控制 信息交互方面的應用 同樣的道理 所 有基于網(wǎng)絡的遠程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實現(xiàn)接口 然后再由嵌入式 系統(tǒng)來控制并通過網(wǎng)絡實現(xiàn)控制 本文所探討的嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)也是基 于這種機制所研發(fā)的系統(tǒng) 1 2 2 多媒體信息技術的研究現(xiàn)狀 多媒體技術是當今信息技術領域中發(fā)展最快 最活躍的技術之一 是新一代 電子技術發(fā)展和競爭的焦點 多媒體技術是融計算機 聲音 文本 圖像 動畫 視頻和通信等多種功能于一體 借助日益普及的高速信息網(wǎng) 可實現(xiàn)計算機的全 球聯(lián)網(wǎng)和信息資源共享 因此被廣泛應用在咨詢服務 圖書 教育 通信 軍事 金融 醫(yī)療等諸多行業(yè) 并正在潛移默化地改變著我們的生活面貌 1 5 2 5 1 結合本文所要解決的主要問題 本節(jié)主要闡述多媒體信息技術中音視頻處理 的研究現(xiàn)狀 音頻處理標準 2 6 3 3 在語音編碼技術領域 各個廠家都在大力開發(fā)與推廣自己的編碼技術 使得 在語音編碼領域編碼技術產品種類繁多 兼容性差 各廠家的技術也難于盡快得 到推廣 所以 需要綜合現(xiàn)有的編碼技術 制定出全球統(tǒng)一的語言編碼標準 自 2 0 世紀7 0 年代起 c c i t t 下第十五研究組和國際標準化組織 i s o 已先后推出 3 重慶大學碩士學位論文 1 緒論 了一系列的語音編碼技術標準 其中 c c i t t 推出了g 系列標準 而i s o 則推出 了h 系列標準 1 電話質量的語音壓縮標準 主要有i t u 的g 7 11 6 4 k b s g 7 2 l 3 2 k b s c t 7 2 8 1 6 k b s 和g 7 2 9 8 k b s 等建 議 用于數(shù)字電話通信 2 調幅廣播質量的音頻壓縮標準 調幅廣播質量音頻信號的頻率范圍是5 0 h z 7 k h z 又稱 7 k h z 音頻信號 主要采用i t u 的g 7 2 2 6 4 k b s 建議 這種壓縮方法能夠在每秒8 k b 的存儲量下給 出相當好的音樂信號 也很適合于需要存儲大量高質量音頻信號的多媒體系統(tǒng)使 用 用于優(yōu)質語音 音樂 音頻會議和視頻會議等 3 高保真立體聲音頻壓縮標準 高保真立體聲音頻信號的頻率范圍5 0 i i z 2 0 k h z 在4 4 1k h z 采樣頻率下用 1 6 b i t 量化 信號速率為每聲道1 4 1 0 k b s 主要采用m p e g 1 或m p e g 2 雙杜比 a c 3 等建議 目前國際上比較成熟的高保真立體聲音頻壓縮標準為m p 3 音頻 常見的音頻文件格式包括 w a v e 格式 m p 3 格式 r e a la u d i o w m a 格式 r m 格式 a c 3 格式等 視頻處理標準 2 6 3 3 視頻編解碼方面 由i s o 和i t u t 正式公布的視頻壓縮標準中 有m p e g x 系列和h 2 6 x 系列 我國也在加緊制定a v s 標準 1 視頻圖像數(shù)據(jù)壓縮標準m p e g m p e g m o v i n gp i c t u r ee x p e l sg r o u p 是運動圖像專家組的簡稱 可以簡單 的分為以下幾種格式 m p e g 1 m p e g 2 m p e g 4 m p e g 7 和m p e g 2 1 m p e g 1 制定于1 9 9 2 年 它是針對1 5 m b p s 以下數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲媒 體運動圖像及其伴音編碼而設計的國際標準 m p e g 2 制定于1 9 9 4 年 設計目標為高級工業(yè)標準的圖像質量以及更高的 傳輸率 它主要應用在d v d s v c d 的制作 壓縮 方面 同時在一些h d t v 高 清晰電視廣播 和一些高要求視頻編輯 處理上面也有相當?shù)膽?m p e g 4 制定于1 9 9 8 年 m p e g 4 是為了播放流式媒體的高質量視頻而專 門設計的 它可利用很窄的帶度 通過幀重建技術 壓縮和傳輸數(shù)據(jù) 以求使用 最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質量 m p e g 7 標準 于1 9 9 8 年1 0 月提出 于2 0 0 1 年最終完成并公布 它被稱為 多媒體內容描述接口 它為各類多媒體信息提供一種標準化的描述 m p e g 2 1 編碼標準 2 0 0 0 年開始制訂 標準號為i s o i e c2 1 0 0 0 正式名稱 是 多媒體框架 4 重慶大學碩士學位論文1 緒論 2 h 2 6 x 視頻編解碼標準陋3 3 h 2 6 1 它是c c i t t 于1 9 9 0 年1 2 月制定的國際上第一個視頻壓縮標準 主要 用于電視電話和視頻會議 以滿足i s d n 日益發(fā)展的需要 h 2 6 3 是i t u t 關于低于6 4 k b p s 比特率的窄帶通道視頻編碼建議 其目的 是能在現(xiàn)有的電話網(wǎng)上傳輸活動圖像 h 2 6 3 是i u t t 1 9 9 8 年推出的h 2 6 3 建議的第2 版 它在保證h 2 6 3 標準核 心句法和語義不變的基礎上 提供了1 2 個新的可協(xié)商模式和其他特征 以提高壓 縮效率或改善某方面的功能 增強應用的靈活性 h 2 6 4 m p e g 一4p a r t1 0a v c 是i t u t 和i s o i e c 聯(lián)合制定的最新編碼標準 在i s o i e c 中該標準命名為a v c a d v a n c e dv i d e oc o d i n g 作為m p e g 4 標準的 第1 0 個選項 在i t u t 中正式命名為h 2 6 4 標準 3 a v s 標準 a v s 是指由國家信息產業(yè)部科學技術司于2 0 0 2 年6 月批準成立的數(shù)字音視頻 編解碼技術標準工作組所制定的標準 目前a v s 標準中涉及視頻壓縮編碼的有兩 個獨立部分 a v s 第二部分 a v s l p 2 主要針對高清晰度數(shù)字電視廣播和高密度 存儲媒體應用 a v s 第七部分 a v s l p 7 主要針對低碼率 低復雜度較低圖像分 辨率的移動媒體應用 a v s 視頻標準的特色是在同一編碼框架下 針對有明顯不 同的應用制定不同的信源壓縮標準 盡可能減少技術的冗余 從而降低a v s 視頻 產品的設計成本 實現(xiàn)成本和使用成本 另外 隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及與發(fā)展 利用網(wǎng)絡傳輸聲音與視頻信號的需求也越 來越大 廣播電視等媒體上網(wǎng)后 也都希望通過互聯(lián)網(wǎng)來發(fā)布自己的音視頻節(jié)目 但是 音視頻在存貯時文件的體積一般都十分龐大 在網(wǎng)絡帶寬有限的情況下 花幾十分鐘甚至更長的時間等待一個音視頻文件的傳輸 不能不說是一件讓人頭 疼的事 流媒體技術的出現(xiàn) 在一定程度上使互聯(lián)網(wǎng)傳輸音視頻難的局面得到改 釜 2 7 3 4 1 口 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡傳輸音視頻等多媒體信息的方式是完全下載后再播放 下載常常 要花數(shù)分鐘甚至數(shù)小時 而采用流媒體技術 就可實現(xiàn)流式傳輸 將聲音 影像 或動畫由服務器向用戶計算機進行連續(xù) 不間斷傳送 用戶不必等到整個文件全 部下載完畢 而只需經(jīng)過幾秒或十幾秒的啟動延時即可進行觀看 當聲音視頻等 在用戶的機器上播放時 文件的剩余部分還會從服務器上繼續(xù)下載 由于流媒體技術在一定程度上突破了網(wǎng)絡帶寬對多媒體信息傳輸?shù)南拗?因 此被廣泛運用于網(wǎng)上直播 網(wǎng)絡廣告 視頻點播 遠程教育 遠程醫(yī)療 視頻會 議 企業(yè)培訓 電子商務等多種領域 5 重慶大學碩士學位論文1 緒論 1 2 3g u i 技術的研究現(xiàn)狀 隨著計算機硬件設計水平的提高 越來越多的軟件開發(fā)工作集中在圖形用戶 接口g u i 上 圖形用戶接口是指計算機與其使用者之間的對話接口 是計算機系 統(tǒng)的重要組成部分 g u i 的廣泛流行極大地方便了非專業(yè)用戶的使用 人們不再 需要死記硬背大量的命令 而可以通過窗口 菜單方便地進行操作 當前 g u i 在嵌入式系統(tǒng)中地地位越來越重要 這些系統(tǒng)對g u i 的基本要求包括輕型 占用 資源少 高性能 高可靠性 可配置等特點 針對嵌入式應用的g u i 主要有以 下幾種 3 5 3 8 o p e n g u i o p e n g u i 基于一個用匯編實現(xiàn)的x 8 6 圖形內核 提供了一個高層的c c 圖形 窗口接口 還提供了2 維繪圖原語 消息驅動的a p i b m p 文件格式支持 o p e n g u l 支持鼠標和鍵盤的事件 并支持8 1 5 1 6 和3 2 位顏色模型 然而 由于其內核 用匯編實現(xiàn) 可移植性受到影響 緊縮的xw i n d o w 系統(tǒng) xw i n d o w 是l i n u x 以及其它類u n i x 系統(tǒng)的標準g u i xw i n d o w s 系統(tǒng)采用 標準的客戶朋匣務器 c l i e n t s e r v e r 體系結構 具有可擴展性好 可移植性好等優(yōu)點 但該系統(tǒng)龐大 累贅和低效率 另外 該系統(tǒng)的源代碼尚不開放 很難進行本地 化的開發(fā) m i c r o w i n d o w s m i c r o w i n d o w s 是c e n t u r ys o f t w a r e 主持的開放源碼的嵌入式g u i 項目 提供 類似于x 的客戶 服務器 c l i e n t s e r v e r 體系結構 m i c r o w i n d o w s 的移植性很強 它 支持多種軟硬件 m i c r o w i n d o w s 采用分層設計方法 以便不同的層面能夠在需要 的時候改寫 充分體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)定制之特色 另外 m i c r o w i n d o w s 提供了比 較完善的圖形功能 包括一些高級功能 但是作為一個窗口系統(tǒng) 該項目提供的 窗口處理功能還需要進一步完善 還有漢化處理方面不好 鍵盤和鼠標等驅動還 很不完善 m i n i g u i m i n i g u i 是由北京飛漫軟件技術有限公司開發(fā)的面向實時嵌入式系統(tǒng)的輕量 級圖形用戶界面支持系統(tǒng) 它主要運行于l i n u x 控制臺 遵循l g p l 條款的純自由 軟件 m i n i g u i 靈活性好 可定制能力強 提供了完備的多窗口機制 消息傳遞 機制 并支持多字符集和多字體等 然而 它的圖形功能尚不完善 對圖形設備 的抽象層次太高 q t e m b e d d e d q t e m b e d d e d 是t r o l l t e c h 公司以原始q 為基礎并做了許多調整以適用于嵌入 6 重慶大學碩士學位論文l 緒論 式環(huán)境 o t e e m b e d d e d 通過q ta p i 與l i n u xi 0 設施直接交互 成為嵌入式l i n u x 端1 2 1 q t e m b e d d e d 的主要特點面向對象編程 豐富的控件資源 可移植性較好 有優(yōu)越的繪圖功能等 o r e m b e d d e d 采用s e r v e r c l i e n t 結構 類庫完全采用c 封 裝 q t 以工具開發(fā)包的形式提供給開發(fā)者 這些開發(fā)包包括圖形設計器 m a k e f i l e 制作工具 字體化國際工具和q t 的完備c 類庫等 它給開發(fā)者提供了豐富的窗 口構件 w i d g e t s 并且還支持窗口部件的定制 因此可以為用戶提供豐富的圖形 界面 基于q t e 的開發(fā)相當快捷和方便 可以迅速地在嵌入式設備上開發(fā)圖形界 面 使用q t e 開發(fā)者可以得到這些好處 當移植q t e 程序到不同平臺時 只 需要重新編譯代碼 而不需要對代碼進行修改隨意設置程序界面的外觀 方便地 為程序連接數(shù)據(jù)庫 使程序本地化 將程序和j a v a 集成等等 q f f e m b e d d c d 對嵌入式系統(tǒng)和設備提供以下優(yōu)勢 3 o 一 1 同q td e s k t o p 相同的a p i 開發(fā)者只需學習一種a p i 源代碼可以應用于 多個目標桌面環(huán)境 w i n d o w s x 1l m a co sx 和嵌入式l i n u x 環(huán)境 2 對嵌入式系統(tǒng)擴展了q t 的功能 開發(fā)者可以創(chuàng)建靈活的嵌入式程序 需 要很低的內存和f l a s h 3 包含它自己的窗口系統(tǒng) q t e m b e d d e d 不需要其他的圖形子系統(tǒng) 它本身 含有遞交圖形到l i n u x 所需的一切 4 可定制應用 q t e m b e d d e d 是超級可定制的 5 完全組件化 為了節(jié)省內存 q t e m b e d d e d 允許多余模塊和系統(tǒng)的移除 6 完全源代碼 t r o l l t e c h 提供完全的源代碼給客戶 使他們可以更大范圍的 調整性能規(guī)格和調試代碼 7 同q t o p i a 的集成 q t o p i a t r o l l t e c h 的p d a 和移動電話的軟件平臺和用戶 界面 利用q t e m b e d d e d 被創(chuàng)建 q t e m b e d d e d 可以方便植入基于q t o p i a 的設備中 8 同j a v a 的集成 q t e m b e d d e d 可以同幾種j a v a 虛擬機集成 j a v a 程序可 以在基于q t e m b e d d e d 的程序工作臺上運行 提供同原程序相同的效果 嵌入式系統(tǒng)的要求是小而快速 而q t e 就能幫助開發(fā)者為滿足這些要求開發(fā) 強壯的應用程序 q t e 優(yōu)點是模塊化和可裁剪的 而且開發(fā)者可以只選取需要的 一些特性 裁剪掉那些不需要的特性 這樣 通過選擇所需的特性 q t e 的映象 可以變的很小 最小只有6 0 0 k b 左右 1 2 4 生產示教系統(tǒng)的技術應用現(xiàn)狀分析 生產示教系統(tǒng)在國民經(jīng)濟各個領域中的應用還不廣泛 其中車間層的生產示 教活動 例如 車間設備的使用方法 使用規(guī)范 產品的加工過程 車間的生產 7 重慶大學碩士學位論文 1 緒論 安全規(guī)范 衛(wèi)生規(guī)范等 一般是采用集體教學的方式進行信息傳遞 而加工工藝 流程 加工工藝參數(shù)等 一般是采用電子看板 圖紙 圖片 文字等形式對員工 提供指導 然而隨著時代的發(fā)展 企業(yè)的管理層和車間層之間 車間層內部之間 以及員工和員工之間的信息傳遞 示教和溝通 往往更加需要的是音視頻 圖像 文字等相結合的多媒體信息 目前生產車間的示教活動暴露出了以下缺點 支持的多媒體信息相對較少 多媒體技術被廣泛的應用于各個領域 但是 車間層的各種生產示教活動 對于多媒體信息的支持力度卻不足 圖紙 工藝卡片 工藝路線單等紙質文檔需要經(jīng)常性的更新 紙質文檔和 圖紙具有不便于查閱 容易磨損等缺點 這給車間層的生產和管理均帶來了不便 之處 實時示教的能力不足 伴隨著制造業(yè)的大發(fā)展 各種新技術 新工藝被不 斷的被應用與車間中 而目前車間層的生產示教活動 實時示教能力表現(xiàn)出許多 不足 基于以上嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和應用狀況 多媒體信息技術的發(fā)展現(xiàn)狀 g u i 技術的研究現(xiàn)狀 以及目前車間層生產示教活動所表現(xiàn)出來的不足之處 對生產 示教系統(tǒng)的綜合分析如下 制造業(yè)信息化 網(wǎng)絡信息化 已經(jīng)在全球興起 伴隨著嵌入式系統(tǒng) 多媒 體技術 網(wǎng)絡技術的發(fā)展 如果能夠開發(fā)出一種融合幾種多媒體技術于一體的嵌 入式視頻生產示教系統(tǒng) 對于提高整個車間以及車間之間的產品工藝性能 員工 的操作技巧 以及提高車間所生產產品的質量都有著重要的意義 多媒體技術信息在不斷的發(fā)展 開發(fā)出的嵌入式視頻生產示教終端設備 應該能夠利用各種技術的新發(fā)展和新技術 以便使系統(tǒng)在車間層的應用中發(fā)揮更 好的效果 嵌入式系統(tǒng)的資源是十分有限的 為了使研發(fā)出來的嵌入式視頻生產示教 系統(tǒng) 更加有效的實現(xiàn)各種多媒體信息的傳輸 示教與交互 需要對系統(tǒng)的視頻 處理能力進行有針對性的優(yōu)化處理 只有這樣 才能讓系統(tǒng)更好的支持各種多媒 體信息 從而才能使開發(fā)出的視頻生產示教系統(tǒng)所支持的各種功能達到更好的應 用效果 所研發(fā)出的嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的整體界面 應當盡量的友好 并且 要方便車間層員工進行操作 增加界面的人性化按鈕 提高界面的整體顯示效果 所以在系統(tǒng)開發(fā)之前 就應當選用一種方便開發(fā)人員進行裁剪 方便車間層用戶 進行定制的g u i 技術進行系統(tǒng)應用界面的開發(fā) 一個友好的車間層應用界面 能 夠令系統(tǒng)的多媒體信息支持模塊更加醒目 能夠讓系統(tǒng)支持的多媒體信息格式產 重慶大學碩士學位論文l 緒論 生更好的示教效果 1 3 課題來源 本課題得到以下科研項目的資助 國家8 6 3 重點項目 面向離散制造的可配置m e s 產品及行業(yè)解決方案 重 點 項目編號 2 0 0 7 a a 0 4 0 7 0 1 重慶市科技攻關項目 車間制造過程信息化支持平臺開發(fā)與應用示范 項 目編號 c s t c 2 0 0 7 丸心0 1 3 1 4 論文研究目的和主要研究內容 本文的研究目的是要在制造業(yè)信息化突飛猛進的時代背景下 結合嵌入式系 統(tǒng)的諸多優(yōu)點 開發(fā)出一種嵌入式視頻生產示教系統(tǒng) 該系統(tǒng)能夠對車間層員工 的生產3 n r 過程 產品的生產工藝流程 工更快更好的掌握各種生產和工藝技巧 藝性能 從而提高整個工廠的生產效率 提供更為有效的指導 目的是讓車間員 提高加工過程的可靠性和產品的整體工 論文主要的研究內容如下 第1 章 在闡述了嵌入式系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和應用領域的基礎之上 對多媒 體技術的研究現(xiàn)狀 g u i 技術的研究現(xiàn)狀以及生產示教系統(tǒng)的技術應用現(xiàn)狀進行 了分析 接著闡述了本課題的項目來源 最后對論文的研究目的和主要的研究內 容進行了匯總性說明 第2 章 首先從多媒體技術發(fā)展帶來生產示教系統(tǒng)新需求的角度 以及車 間層應用需求的角度 對開發(fā)的嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)進行了需求分析 提出 了系統(tǒng)主要處理模塊功能結構圖 最后 對整個系統(tǒng)的軟硬件架構進行了設計和 說明 第3 章 主要闡述了在系統(tǒng)開發(fā)的過程中所遇到的一系列關鍵技術問題 這些關鍵技術主要包括基于a u l 2 0 0 的音視頻編解碼技術的研究 q t 技術在系統(tǒng) 界面以及功能豐富開發(fā)過程中的應用研究 系統(tǒng)實時示教功能的編解碼器的原理 基于a u l 2 0 0 的視頻實時示教功能的優(yōu)化方法研究 第4 章 首先闡述了系統(tǒng)的開發(fā)工具和開發(fā)流程 在前一章所進行的關鍵 技術研究基礎之上 對系統(tǒng)的關鍵技術功能進行了設計和實現(xiàn) 接著重點針對系 統(tǒng)進行實時示教過程中 系統(tǒng)資源占用率過高 視頻長時間播放容易發(fā)生死機的 問題 進行了有針對性的優(yōu)化處理 通過這些優(yōu)化處理 有效的減少的系統(tǒng)實時 示教過程中的資源占用率 使得系統(tǒng)總體運行情況得到了有效的提高 最后 演 示系統(tǒng)的實現(xiàn)效果 9 重慶大學碩士學位論文 1 緒論 1 5 本章小結 本章首先介紹了嵌入式系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀 然后 在此基礎上 對多媒體技術 的研究現(xiàn)狀 g u i 技術的研究現(xiàn)狀 生產示教系統(tǒng)的技術應用現(xiàn)狀進行了綜述 結合各種技術的發(fā)展現(xiàn)狀和技術應用現(xiàn)狀 進行了國內外研究現(xiàn)狀的綜合分析 說明了論文研究的目的 意義以及課題來源 最后 闡述了論文的主要研究內容 1 0 重慶大學碩士學位論文2 嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的整體架構 2 嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的整體架構 2 1 嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的總體需求分析 生產示教系統(tǒng)對于提高工廠車間的信息化程度具有很好的輔助效果 它能夠 讓管理層和車間層之間 車間層之間 車間員工之間的交流更加的方便 快捷 在多媒體技術快速發(fā)展的今天 音視頻 圖片 文字等信息被廣泛的應用于工業(yè) 生產 社會生活 航天科技 醫(yī)療衛(wèi)生等領域 做為生產車間信息化重要一環(huán)的 生產示教系統(tǒng) 要盡量滿足工廠車間各種不同類型的需要 做到支持音視頻 圖 片 文字等信息 具體的需求分析如下 功能需求分析 針對現(xiàn)在車間層示教活動對于多媒體技術的支持能力不足的狀況 本文所研 發(fā)的嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)應當盡可能多的支持各種多媒體信息格式 對于多 媒體信息的功能需求大致分為以下四個部分 1 音視頻播放功能 音視頻信息主要是加工示教過程中 嵌入式視頻示教終 端所需要播放的各類音視頻信息 主要包括一些零件加工過程的視頻 由零件到 整機的裝配流程視頻 以及企業(yè)培訓錄像的循環(huán)利用視頻等等 這些存儲在生產 示教終端中的相關視頻對于提高車間員工的加工能力 車間員工所加工零件的可 靠性以及工藝性都是十分有幫助的 2 圖片播放功能 將本系統(tǒng)利用于車間層當中 并不是要完全的拋棄被車間 員工和工程師所熟悉的各類圖紙 而是要讓圖紙的利用和應用效果 適應時代的 不斷變遷和發(fā)展 在研發(fā)的視頻生產示教系統(tǒng)中 應能夠對傳統(tǒng)零件二維 三維 圖片的支持 3 文字播放功能 在生產車間當中 尤其是對于一些大的企業(yè)集團而言 車 間層之間的信息傳遞 以及車間層和管理層的信息傳遞 是比較浪費時間的 做 為車間層中的一種示教信息終端 如果能夠兼顧字幕信息的功能 對于車間層面 以及車間層和管理層之間的信息傳遞是十分有好處的 不但節(jié)約了企業(yè)的成本 更重要的是能夠提高整個企業(yè)的交流效率 4 實時示教功能 根據(jù)車間層的具體需求 管理層能夠通過嵌入式視頻生產 示教終端對員工的生產加工過程 產品的加工工藝流程等進行實時的示教 性能需求分析 嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)除了要滿足支持多媒體類型多樣化的要求之外 性 能要比較穩(wěn)定 在播放各種多媒體文件 尤其是視頻文件的時候 系統(tǒng)的c p u 占 用率應當被控制在一個可以接收的范圍之內 否則 過高的資源占用率 容易導 重慶大學碩士學位論文 2 嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的整體架構 致系統(tǒng)資源占用率太高 進而可能造成系統(tǒng)崩潰 影響到車間層的正常使用 成本消耗需求分析 考慮到企業(yè)的經(jīng)濟承受能力 嵌入式視頻生產示教終端 應當在滿足企業(yè)需 求的前提之下 盡量采用比較經(jīng)濟合理的技術方案 這樣才能滿足企業(yè)大范圍內 的應用需求 操控界面需求分析 嵌入式視頻生產示教終端的操作者多為一線工人 這就要求終端的操控界面 要比較人性化 只有這樣 才能使員工在使用系統(tǒng)終端的過程中更加方便和快捷 2 2 嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的總體運行模式 嵌入式視頻生產示教終端的運行模式如圖2 1 所示 此信息終端既可以通過 p s t n i s d n x d s l 等方式接入i n t e m e t 也可以通過企業(yè)局域網(wǎng)聯(lián)入i n t e m e t 示教終端分布于車間層的各個信息節(jié)點 在各個工作車間可以設立二級服務器 以方便對本工作車間終端的管理 各管理部門均設置了工作站 工作站一般采用 p c 機 操作簡單 性能較高 示教終端與服務器采用c s 結構 示教終端之間 示教終端與管理部門工作站之間的信息同步都必須通過連接信息服務器來進行 在該運行模式中存在三種類型的交互 廠 終端l 終端2終端n i終端 圖2 1 嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的運行模式 f i g2 1t h en e t w o r k i n gm o d eo f t h es y s t e mo f t e a c h i n gi nv i d e om a n u f a c t u r i n gb a s e do ne m b e d d e ds y s t e m 示教終端之間的交互 任意一臺聯(lián)網(wǎng)的示教終端a 都可以通過連接服務 器 以對等的方式與另一臺聯(lián)網(wǎng)的示教終端b 進行實時通訊 1 2 重慶大學碩士學位論文2 嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的整體架構 示教終端與工作站p c 機之間的交互 任意一臺聯(lián)網(wǎng)的示教終端a 都可以 通過連接服務器與安裝了自主開發(fā)的p c 機端軟件的p c 機b 進行交互 其交互過 程及效果和示教終端之間的交互相同 示教終端和服務器之間的交互 任意一臺聯(lián)網(wǎng)的示教終端a 都可以直接與 服務器進行交互 2 3 嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的功能模塊劃分 通過前面對系統(tǒng)整體需求的分析 就可以對系統(tǒng)的整體處理模塊進行規(guī)劃 具體的模塊劃分結構如圖2 2 所示 圖2 2 嵌入式視頻生產示教系統(tǒng)的功能樹 f i g2