基于MB86390編碼器和MPC860T處理器實(shí)現(xiàn)嵌入式圖像壓縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖像實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備有模擬和數(shù)字兩類?數(shù)字監(jiān)控設(shè)備由于便于壓縮?存儲(chǔ)?傳輸，在近年來逐漸替代了模擬監(jiān)控設(shè)備?數(shù)字監(jiān)控設(shè)備的核心技術(shù)在于圖像壓縮編碼設(shè)備，目前成熟的實(shí)時(shí)數(shù)字圖像編碼器基本上基于MPEG-1壓縮標(biāo)準(zhǔn)，且大多數(shù)為PCI接口?就MPEG-1而言，當(dāng)初專家組制定時(shí)規(guī)定的原始圖像分辨率較低，NTSC:352×240，PAL:253×288，解碼后其質(zhì)量與VHS相當(dāng)，在很多場(chǎng)合已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)的需要?MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖像分辨率相對(duì)高得多，NTSC:704×480，PAL:704×576?對(duì)于基于PCI接口的壓縮板卡而言，實(shí)施的復(fù)雜性是顯而易見的，必須借助計(jì)算機(jī)才能實(shí)現(xiàn)其功能，這種應(yīng)用有時(shí)會(huì)受制于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，而且對(duì)系統(tǒng)的成本和可靠性也大為不利?隨著技術(shù)的日益發(fā)展，一方面，很多公司推出了基于MPEG-2M壓縮標(biāo)準(zhǔn)的單片Codec，如IBM?C-Cube?iCompression?Fujitsu;另一方面，隨著嵌入式微處理器和OS的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)也具有了強(qiáng)大的處理功能，如網(wǎng)絡(luò)通信?圖像處理等?在這種背景下設(shè)計(jì)了以下的嵌入式圖像壓縮系統(tǒng)?

1 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)主體框圖如圖1，主要分兩部分：一部分以Fujitsu的MB86390芯片為主實(shí)現(xiàn)圖像實(shí)時(shí)壓縮編碼?該部分輸入模擬視頻?音頻，經(jīng)過視頻A/D芯片SAA7113?音頻A/D芯片PCM1800數(shù)字化后送至MB86390實(shí)現(xiàn)MPEG-2壓縮，輸出TS傳輸流，并且提供串行通信總線與MPC860T完成通信?另一部分是以MPC860T為主的通信電路設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)與MB86390輸出的TS傳輸流的接口，完成TS傳輸流在快速以太網(wǎng)上的傳送，與視頻服務(wù)器的通信，提供通信口實(shí)現(xiàn)與MB86390芯片通信和對(duì)云臺(tái)的控制?

2 圖像壓縮部分設(shè)計(jì)

2.1 MB86390編碼器的介紹

該芯片框圖如圖2?該芯片內(nèi)嵌32BITrisc處理器，主要完成實(shí)時(shí)壓縮編碼，在片內(nèi)實(shí)現(xiàn)Mpeg2 MP@ML級(jí)視頻編碼，遵循ISO/IEC13818-2標(biāo)準(zhǔn)，最大編碼速率達(dá)15Mbps;實(shí)現(xiàn)Mpeg Layer1/2音頻編碼，遵循ISO/IEC11172-3標(biāo)準(zhǔn)，最大編碼速率達(dá)448kbps;同時(shí)遵循ISO/IEC13818-1標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)復(fù)用，能輸出PES?PS?TS流可選，并能根據(jù)系統(tǒng)所提供的帶寬輸出最大速率20Mbps?數(shù)字化后視頻輸入數(shù)據(jù)為8位，可以為D1格式或者Y/C復(fù)用輸入格式?音頻的取樣率支持32kHz?44.1kHz和48kHz可選?碼流輸出通過8位并口，可同步或者異步握手輸出，或通過DMA方式傳送至SDRAM?該芯片還提供了豐富的API接口，可以對(duì)許多參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如視頻輸入格式?音頻采樣率?編碼后的各種PID?平均碼率等?

2.2 電路設(shè)計(jì)

該部分電路主要完成 MB86390與視音頻A/D的連接?MB86390基本上能與大多數(shù)芯片直接聯(lián)接?在本設(shè)計(jì)中，選用SAA7113作為視頻A/D?由于MB86390為其提供I2C總線接口，而且其初始化等操作能通過MB86390完成，相應(yīng)的連線也比較方便;對(duì)于MB86390與音頻A/D接口可以通過主從兩種方式實(shí)現(xiàn)，即由MB86390提供數(shù)據(jù)與左右聲道接口時(shí)鐘，或者由音頻A/D來提供?但是必須注意系統(tǒng)編碼的時(shí)鐘必須與接口數(shù)據(jù)時(shí)鐘同步，在這里使用TI公司的PLL1705鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步?圖3給出了這部分信號(hào)連接的電路?

3 接口通信部分設(shè)計(jì)

3.1 MPC860T網(wǎng)絡(luò)通信處理器介紹

MPC860是Motorola公司繼MC68360后推出的新一代通信處理器，內(nèi)部包括三部分：PowerPC core模塊?系統(tǒng)接口單元模塊（SIU）?通信處理模塊（CPM）?PowerPC是主處理單元，包括Cache和內(nèi)存管理單元，在40MHz時(shí)鐘下能達(dá)到52MIPS的處理能力?系統(tǒng)接口單元主要完成內(nèi)部總線與外部總線的接口，也提供一些其它功能，如總線檢測(cè)?軟件看門狗?多個(gè)定時(shí)器?PCMCIA接口等?通信處理模塊是該芯片的核心，其內(nèi)部還嵌入了一個(gè)RISC?因而MPC860從某種意義上說，是一種雙處理器結(jié)構(gòu)?該模塊集成了4個(gè)串行通信控制器（SCC）?2個(gè)串行管理單元（SMC）?一個(gè)串行外設(shè)單元（SPI）?一個(gè)I2C總線接口單元?

串行通信控制器（SCC）根據(jù)型號(hào)不同集成多種功能，如以太網(wǎng)控制器?HDLC控制器等;它還能實(shí)現(xiàn)多通道HDLC控制器，例如：提供T1/E1接口，對(duì)在T1/E1中的每個(gè)時(shí)隙分別實(shí)現(xiàn)HDLC通信，如交換機(jī)中的7號(hào)信令處理?串行管理單元（SMC）的功能相對(duì)弱一些，一般用來實(shí)現(xiàn)UART?串行外設(shè)單元（SPI）用來實(shí)現(xiàn)與SPI總線通信?I2C總線接口支持主從模式，與具有I2C總線的器件單元進(jìn)行通信?通信處理模塊（CPM）中還含有4個(gè)獨(dú)立的波特率發(fā)生器，可以被連接到串行通信控制器（SCC）和串行管理單元?除了這些處理通信協(xié)議的功能外，通信處理模塊（CPM）還具有多個(gè)獨(dú)立的DMA通道，進(jìn)一步提高CPM的處理效率?

3.2 電路設(shè)計(jì)

本MPC860T系統(tǒng)中選用了256KB的EPROM?128MB的SDRAM，與以太網(wǎng)的接口器件選用Level one公司的LXT971A?該電路比較常見，引腳處理比較固定，故本文不再贅述?這里著重討論MPC860T與MB86390之間的電路設(shè)計(jì)?在本設(shè)計(jì)中，需要MB86390芯片8位并口輸出TS流?MB86390的8位并行輸出口具有兩種功能：當(dāng)XERROR腳為高時(shí)，并行口輸出正常的壓縮碼流，其異步接口時(shí)序如圖4;當(dāng)XERROR腳為低時(shí)，并行口上輸出的是MB86390的錯(cuò)誤報(bào)告?這樣使電路設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜些?本設(shè)計(jì)方法是當(dāng)XERROR變低時(shí)，使其對(duì)MPC860T產(chǎn)生中斷，同時(shí)將STDATA口連接到MPC860T上空余的通用I/O腳上，根據(jù)中斷后讀其不同的值來實(shí)現(xiàn)軟件相應(yīng)的操作;當(dāng)XERROR腳為高時(shí)，使用FIFO實(shí)現(xiàn)與MB86390之間的數(shù)據(jù)接口，在本設(shè)計(jì)中，選用IDT公司idt72v02，512×9bit異步FIFO?在FIFO的寫入端，根據(jù)STEN和STDATA及FIFO的時(shí)序圖，可以直接連接;在FIFO的讀出端，使用中斷操作，即當(dāng)FIFO中數(shù)據(jù)達(dá)到半滿時(shí)，給MPC860T一個(gè)中斷，然后MPC860T連續(xù)讀取FIFO中的一段數(shù)據(jù)?該部分的主要接口電路如圖5?

4 應(yīng)用

本系統(tǒng)用途廣，最常見的應(yīng)用是用于需要高質(zhì)量圖像的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，如小區(qū)安防?海關(guān)?銀行等?用戶不必再象基于PCI的系統(tǒng)那樣，增添一個(gè)監(jiān)控處就要放置一臺(tái)計(jì)算機(jī)，或者加長(zhǎng)模擬視頻傳輸電纜，只要將本設(shè)備接入以太網(wǎng)絡(luò)就可以了，而且網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以監(jiān)測(cè)到圖像，如圖6所示?如接入ATM網(wǎng)絡(luò)，寬帶SDH支持，用戶在遠(yuǎn)端還可以通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)?這樣當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，遠(yuǎn)端報(bào)警中心可以實(shí)時(shí)地觀察到高質(zhì)量圖像? 顯然，隨著嵌入式技術(shù)和圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展?通信技術(shù)的進(jìn)步，可以預(yù)見，將會(huì)有更多的圖像壓縮芯片和更高處理能力的嵌入式處理器出現(xiàn)，開發(fā)嵌入式的網(wǎng)絡(luò)圖像通信產(chǎn)品將會(huì)是一種必然趨勢(shì)?本設(shè)計(jì)產(chǎn)品集成度高，圖像質(zhì)量比較好，具有較高的實(shí)用價(jià)值和較廣闊的市場(chǎng)前景?

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