嵌入式多媒體監(jiān)控系統(tǒng)中壓縮/解壓卡的設(shè)計(jì)解析

1 　MPEG-4 標(biāo)準(zhǔn)及其在多媒體監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　多媒體監(jiān)控系統(tǒng)是多媒體技術(shù)在安防領(lǐng)域的新應(yīng)用。音視頻壓縮技術(shù)是多媒體監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。在數(shù)字多媒體壓縮領(lǐng)域內(nèi)有很多國際標(biāo)準(zhǔn)，如ISO/ITU-T 技術(shù)委員會下的JPEG 標(biāo)準(zhǔn)，CCITT制定的H. 263標(biāo)準(zhǔn)，以及著名的MPEG標(biāo)準(zhǔn)等。
　　MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)于2000年10月公布。MPEG-4 標(biāo)準(zhǔn)的主要特點(diǎn)是對圖像中的內(nèi)容進(jìn)行編碼， 其核心是基于內(nèi)容的尺度可變性（Content - basedscalability） 。內(nèi)容尺度可變性意味著給圖像中的各個(gè)對象分配優(yōu)先級。其中，比較重要的對象用較高的空間和（或） 時(shí)間分辨力表示。對甚低比特率應(yīng)用來說，尺度可變性是一個(gè)關(guān)鍵的因素，因?yàn)樗峁┝俗赃m應(yīng)可用資源的能力。例如，這個(gè)功能允許使用者規(guī)定：對具有較高優(yōu)先級的對象以可接受的質(zhì)量顯示，第二優(yōu)先級的對象則以較低的質(zhì)量顯示，而其余內(nèi)容（對象） 則不顯示。對于監(jiān)控系統(tǒng)來說，在絕大部分時(shí)間內(nèi)，監(jiān)視畫面的背景都保持不變，因此在要求低比特率時(shí)，對于監(jiān)視畫面的背景部分可以以較低的質(zhì)量顯示，且不會影響整個(gè)畫面的效果。本系統(tǒng)采用MPEG- 4 壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)現(xiàn)上選擇硬壓縮和硬解壓， 所用的壓縮解壓芯片為VWEB公司的VW2010 芯片。
　　2 　硬件設(shè)計(jì)原理
　　2. 1 VW2010 芯片的主要特點(diǎn)
　　VW2010是VWEB公司開發(fā)的實(shí)時(shí)MPEG-4音視頻壓縮/ 解壓芯片（CODEC） 。該芯片具有以下主要特點(diǎn)：
　　（1） 單片集成3 個(gè)信號處理/ 控制單元，包括一個(gè)視頻編碼（壓縮） 器、一個(gè)視頻解碼（解壓） 器和一個(gè)片內(nèi)CPU（內(nèi)部擴(kuò)展一個(gè)音頻編碼DSP、一個(gè)音頻解碼DSP、一個(gè)多路復(fù)合單元和一個(gè)多路解復(fù)合單元） 。
　?。?） 為了達(dá)到可編程、高性能和低功耗，每個(gè)信號處理/ 控制單元都是由一個(gè)RISC處理器和專用的硬件加速器構(gòu)成，視頻編、解碼器內(nèi)部還集成一個(gè)專用的SDRAM。
　?。?） 在系統(tǒng)上電/ 復(fù)位時(shí)，視頻編、解碼器的固件程序從外部主機(jī)（host ）載入各自專用的SDRAM;片內(nèi)CPU的固件程序載入VW2010外掛的SDRAM。
　?。?） 芯片主機(jī)接口采用標(biāo)準(zhǔn)PCI 接口。符合PCI局部總線規(guī)范2. 2 。
　?。?） 為了使編、解碼性能達(dá)到最佳，VW2010內(nèi)部集成了一個(gè)雙通道DMAC。系統(tǒng)host直接通過主機(jī)接口對VW2010 進(jìn)行控制，MPEG流數(shù)據(jù)則采用DMA方式傳輸。
　?。?） 提供了與PHILIPS公司兼容的I2C總線，方便對外圍芯片的控制。
　　2. 2 基于VW2010 的壓縮/ 解壓卡硬件設(shè)計(jì)原理
　　壓縮卡的原理框圖如圖1所示。CVBS信號先經(jīng)過視頻接收電路進(jìn)行前端處理，包括阻抗匹配、限幅和鉗位，然后通過視頻解碼電路產(chǎn)生符合VW2010視頻接口標(biāo)準(zhǔn)的ITU656信號。視頻解碼電路的核心是一個(gè)視頻解碼芯片，解碼芯片對CVBS信號進(jìn)行A/ D轉(zhuǎn)換和編碼，產(chǎn)生ITU656 標(biāo)準(zhǔn)的并行數(shù)字電視信號。高檔的視頻解碼器還支持圖像尺寸縮放（ scaling） 和幀提取（decimating） 功能，如PHILIPS 公司的SAA7114 、SAA7115 以及Rockwell 公司的BT829A 等。由于VW2010的視頻輸入為ITU656/D1 格式，所以只需要選擇具有基本A/D 轉(zhuǎn)換和編碼功能的視頻解碼芯片如SAA7113 即可。
　　
　　圖1 　壓縮卡原理圖
　　模擬音頻信號先經(jīng)過模擬音頻接收電路進(jìn)行前端處理，然后通過音頻ADC 產(chǎn)生符合VW2010音頻接口標(biāo)準(zhǔn)的I2S 信號。VW2010是壓縮卡的核心處理芯片，除了完成音視頻編碼外，還提供對解碼器和ADC 的控制（通過I2C 總線） ，編碼產(chǎn)生的MPEG流則通過芯片內(nèi)部集成的PCI 接口輸出。