主頁（http://www.by236.com）：基于MPEG-4視頻標準數字視頻錄像機的設計與實現

1 數字視頻錄像機的硬件設計
    在基于S3C2410與AT2042的數字視頻錄像機的設計和實現中，其終端設備以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量。本文將介紹此終端的系統整體設計，并詳細分析系統軟硬件設計，最后給出測試結果和結論。根據市場的需求，本系統預計實現下列幾項指標：

　　(1)實現對視頻數據的MPEG-4標準的編解碼；

　　(2)編解碼像素為720X576像素點，實現25 f／s；

　　(3)實現JPEG編碼和解碼；

　　(4)實現USB／SD卡儲存。

1.1 基于S3C2410與AT2042的數字視頻錄像機整體設計
    該系統主要依靠AT2042的編解碼功能，系統的硬件框圖如圖1所示，它主要由視頻編碼子系統、主控系統、數據處理子系統和視頻解碼子系統4大部分構成。

    韓國Pentamicro公司生產的AT2042芯片的功能模塊如圖2所示，AT2042是一個內置微控制器ARM946E的2通道音視頻編解碼 (A／VCODEC)芯片，主要完成對視頻和語音數據的編碼和解碼，支持多種音視頻編解碼標準，可直接與IBM，Motorola，ARM，XscaIe 和Axis等多種CPU接口，無需其他附加電路。

1.2 視頻編解碼電路設計
    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主要負責對數字視頻數據進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和AT2042之間的一個接口電路，它包括一個視頻編碼芯片和一個視頻解碼芯片，主要負責視頻數據的模／數和數／模轉換，以及數字視頻信號格式的轉換。在壓縮編碼過程中，輸入的NTSC／PAL／SECAM視頻信號先經過視頻解碼芯片進行前端處理，產生符合AT2042視頻接口標準的8 b ITU-R BT.656數字視頻信號。在外部主CPU的控制下，該數字視頻數據由壓縮／解壓芯片AT2042進行硬件壓縮編碼，產生的編碼數據流通過芯片內部集成的 Mux FIFO接口輸出。網絡視頻服務器的解壓縮編碼是壓縮編碼的逆過程，需要解壓的數據流通過AT2042內部集成的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為NTSC，PAL或SECAM制式的電視信號，必須經過視頻解碼處理才能轉化成適合AT2042進行編碼的數字信號。 TVP5150是TI公司生產的一款電視信號解碼專用芯片，它對輸入的模擬信號進行A／D轉化，通過設置相應的寄存器可以使輸出信號滿足RGB格式或 YUV422格式。由于在本系統中AT2042視頻接口滿足ITU.RBT656標準，故TVP5150輸出配置為8位YUV422格式。

視頻輸出如圖4所示。

    現在的數字電視視頻接口還沒有實現統一的工業標準，故在視頻輸出端設計時，仍使用現在比較流行的A／V接口或S-video接口。由于上述2種接口傳輸的為模擬電視信號，故在AT2042的視頻輸出端口需要增加一級處理，即將數字信號轉化為模擬電視信號。在后端設計中選用SAA7121，它是一款專用的電視信號編碼芯片，可以將輸入的數字信號經過內部的D／A轉化為適于傳輸的模擬電視信號，通過配置相應的寄存器可以輸出滿足S-video接口或復用接口的信號。

1.3 AT2042的主機接口
    主控CPU(S3C2410)和AT2042是數字視頻錄像機的核心處理芯片，S3C2410控制整個數字視頻錄像機系統的運行，AT2042除完成對視頻信號的硬件壓縮編碼外，還可對壓縮后的視頻數據進行硬件解壓縮。AT2042壓縮編碼后的視頻數據通過芯片內部集成的Mux FIFO接口輸出后，外部主CPU負責對其進行USB存儲器處理，處理后的視頻數據可以存儲在物理介質上，以便在需要時通過鍵盤操作進行回放。

圖5為S3C2410與AT2042接口框圖。

    AT2042的CPU_SEL[2：0]是主控CPU選擇引腳，經配置這幾個引腳的高低電平，使AT2042可選擇主控CPU，CPU_SEL[2：0]為010選擇ARM結構芯片；

    nCS，nWAIT等為總線控制信號線；

    HCLK是AT2042主機接口的工作時鐘，一般要求工作在50 MHz，當S3C2410在復位后設置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。

    通過這種機制，S3C2410可以實現簡單的訪問AT2042。

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

2 數字視頻錄像機的軟件實現
    數字視頻錄像機系統的軟件設計包括：Bootload代碼的編寫、Linux操作系統的內核生成和Linux下驅動程序和應用程序的開發、文件系統的生成和配置以及用戶應用程序4大塊。

數字視頻錄像機軟件開發的整體架構如圖7所示。

2.1 系統啟動Bootloader程序設計編寫
    Bootloader是系統啟動時執行的第一個程序，其主要完成對硬件系統的初始化。具體包括：S3C2410的初始化、TVP5150功能配置、 SAA7121功能配置、加載AT2042固件、以太網及串口初始化。由于在開機時要顯示開機畫面，故除在Bootloader中初始化相應硬件資源外，還應將開機畫面的圖片數據，傳送到AT2042SDRAM中。Bootloader整體流程圖如圖8所示。
(中國集群通信網 | 責任編輯：陳曉亮)