主頁(yè)（http://www.by236.com）：基于MPEG-4視頻標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻錄像機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 數(shù)字視頻錄像機(jī)的硬件設(shè)計(jì)
    在基于S3C2410與AT2042的數(shù)字視頻錄像機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中，其終端設(shè)備以Samsung公司的32位處理器S3C2410為主控處理器，利用Pentamicro公司的AT2042芯片完成雙通道視頻編碼與解碼，其視頻錄像功能具有高分辨率和高質(zhì)量。本文將介紹此終端的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，并詳細(xì)分析系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，最后給出測(cè)試結(jié)果和結(jié)論。根據(jù)市場(chǎng)的需求，本系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)下列幾項(xiàng)指標(biāo)：

　　(1)實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻數(shù)據(jù)的MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的編解碼；

　　(2)編解碼像素為720X576像素點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)25 f／s；

　　(3)實(shí)現(xiàn)JPEG編碼和解碼；

　　(4)實(shí)現(xiàn)USB／SD卡儲(chǔ)存。

1.1 基于S3C2410與AT2042的數(shù)字視頻錄像機(jī)整體設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)主要依靠AT2042的編解碼功能，系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示，它主要由視頻編碼子系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和視頻解碼子系統(tǒng)4大部分構(gòu)成。

    韓國(guó)Pentamicro公司生產(chǎn)的AT2042芯片的功能模塊如圖2所示，AT2042是一個(gè)內(nèi)置微控制器ARM946E的2通道音視頻編解碼 (A／VCODEC)芯片，主要完成對(duì)視頻和語(yǔ)音數(shù)據(jù)的編碼和解碼，支持多種音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，可直接與IBM，Motorola，ARM，XscaIe 和Axis等多種CPU接口，無(wú)需其他附加電路。

1.2 視頻編解碼電路設(shè)計(jì)
    視頻編解碼電路主要包括視頻編解碼電路和視頻壓縮／解壓芯片AT2042。其中，AT2042主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行硬件壓縮和解壓縮，而視頻編解碼電路則是基帶模擬視頻信號(hào)和AT2042之間的一個(gè)接口電路，它包括一個(gè)視頻編碼芯片和一個(gè)視頻解碼芯片，主要負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)的模／數(shù)和數(shù)／模轉(zhuǎn)換，以及數(shù)字視頻信號(hào)格式的轉(zhuǎn)換。在壓縮編碼過(guò)程中，輸入的NTSC／PAL／SECAM視頻信號(hào)先經(jīng)過(guò)視頻解碼芯片進(jìn)行前端處理，產(chǎn)生符合AT2042視頻接口標(biāo)準(zhǔn)的8 b ITU-R BT.656數(shù)字視頻信號(hào)。在外部主CPU的控制下，該數(shù)字視頻數(shù)據(jù)由壓縮／解壓芯片AT2042進(jìn)行硬件壓縮編碼，產(chǎn)生的編碼數(shù)據(jù)流通過(guò)芯片內(nèi)部集成的 Mux FIFO接口輸出。網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的解壓縮編碼是壓縮編碼的逆過(guò)程，需要解壓的數(shù)據(jù)流通過(guò)AT2042內(nèi)部集成的Demux FIFO接口輸入。視頻采集接口框圖如圖3所示：

    攝像頭采集輸出信號(hào)為NTSC，PAL或SECAM制式的電視信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)視頻解碼處理才能轉(zhuǎn)化成適合AT2042進(jìn)行編碼的數(shù)字信號(hào)。 TVP5150是TI公司生產(chǎn)的一款電視信號(hào)解碼專(zhuān)用芯片，它對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)化，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的寄存器可以使輸出信號(hào)滿(mǎn)足RGB格式或 YUV422格式。由于在本系統(tǒng)中AT2042視頻接口滿(mǎn)足ITU.RBT656標(biāo)準(zhǔn)，故TVP5150輸出配置為8位YUV422格式。

視頻輸出如圖4所示。

    現(xiàn)在的數(shù)字電視視頻接口還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，故在視頻輸出端設(shè)計(jì)時(shí)，仍使用現(xiàn)在比較流行的A／V接口或S-video接口。由于上述2種接口傳輸?shù)臑槟�擬電視信號(hào)，故在AT2042的視頻輸出端口需要增加一級(jí)處理，即將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電視信號(hào)。在后端設(shè)計(jì)中選用SAA7121，它是一款專(zhuān)用的電視信號(hào)編碼芯片，可以將輸入的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部的D／A轉(zhuǎn)化為適于傳輸?shù)哪�擬電視信號(hào)，通過(guò)配置相應(yīng)的寄存器可以輸出滿(mǎn)足S-video接口或復(fù)用接口的信號(hào)。

1.3 AT2042的主機(jī)接口
    主控CPU(S3C2410)和AT2042是數(shù)字視頻錄像機(jī)的核心處理芯片，S3C2410控制整個(gè)數(shù)字視頻錄像機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行，AT2042除完成對(duì)視頻信號(hào)的硬件壓縮編碼外，還可對(duì)壓縮后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行硬件解壓縮。AT2042壓縮編碼后的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)芯片內(nèi)部集成的Mux FIFO接口輸出后，外部主CPU負(fù)責(zé)對(duì)其進(jìn)行USB存儲(chǔ)器處理，處理后的視頻數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在物理介質(zhì)上，以便在需要時(shí)通過(guò)鍵盤(pán)操作進(jìn)行回放。

圖5為S3C2410與AT2042接口框圖。

    AT2042的CPU_SEL[2：0]是主控CPU選擇引腳，經(jīng)配置這幾個(gè)引腳的高低電平，使AT2042可選擇主控CPU，CPU_SEL[2：0]為010選擇ARM結(jié)構(gòu)芯片；

    nCS，nWAIT等為總線(xiàn)控制信號(hào)線(xiàn)；

    HCLK是AT2042主機(jī)接口的工作時(shí)鐘，一般要求工作在50 MHz，當(dāng)S3C2410在復(fù)位后設(shè)置FCLK為200MHz，HCLK為100 MHz，PCLK為50 MHz。故將S3C2410的PCLK引腳與AT2042的HCLK引腳相連。

    通過(guò)這種機(jī)制，S3C2410可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的訪問(wèn)AT2042。

    AT2042與CPU的通信機(jī)制如圖6所示，CPU對(duì)AT2042的控制和訪問(wèn)主要通過(guò)AT2042的2個(gè)寄存器(status register和command register)和4個(gè)FIFO(Tx FIFO，Rx FIFO，Multiplex FIFO和De-Multiplex FIFO)完成。

2 數(shù)字視頻錄像機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)
    數(shù)字視頻錄像機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括：Bootload代碼的編寫(xiě)、Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核生成和Linux下驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)、文件系統(tǒng)的生成和配置以及用戶(hù)應(yīng)用程序4大塊。

數(shù)字視頻錄像機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的整體架構(gòu)如圖7所示。

2.1 系統(tǒng)啟動(dòng)Bootloader程序設(shè)計(jì)編寫(xiě)
    Bootloader是系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行的第一個(gè)程序，其主要完成對(duì)硬件系統(tǒng)的初始化。具體包括：S3C2410的初始化、TVP5150功能配置、 SAA7121功能配置、加載AT2042固件、以太網(wǎng)及串口初始化。由于在開(kāi)機(jī)時(shí)要顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面，故除在Bootloader中初始化相應(yīng)硬件資源外，還應(yīng)將開(kāi)機(jī)畫(huà)面的圖片數(shù)據(jù)，傳送到AT2042SDRAM中。Bootloader整體流程圖如圖8所示。
(中國(guó)集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮)