基于MPEG-4的嵌入式多媒体监控系统中压缩/解压卡的设计与实现
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:567
1 mpeg-4 标准及其在多媒体监控系统中的应用
多媒体监控系统是多媒体技术在安防领域的新应用。音视频压缩技术是多媒体监控系统中的关键技术。在数字多媒体压缩领域内有很多国际标准,如iso/itu-t 技术委员会下的jpeg 标准,ccitt制定的h. 263标准,以及著名的mpeg标准等。
mpeg-4标准于2000年10月公布。mpeg-4 标准的主要特点是对图像中的内容进行编码, 其核心是基于内容的尺度可变性(content - basedscalability) 。内容尺度可变性意味着给图像中的各个对象分配优先级。其中,比较重要的对象用较高的空间和(或) 时间分辨力表示。对甚低比特率应用来说,尺度可变性是一个关键的因素,因为它提供了自适应可用资源的能力。例如,这个功能允许使用者规定:对具有较高优先级的对象以可接受的质量显示,第二优先级的对象则以较低的质量显示,而其余内容(对象) 则不显示。对于监控系统来说,在绝大部分时间内,监视画面的背景都保持不变,因此在要求低比特率时,对于监视画面的背景部分可以以较低的质量显示,且不会影响整个画面的效果。本系统采用mpeg
- 4 压缩标准,在实现上选择硬压缩和硬解压, 所用的压缩解压芯片为vweb公司的vw2010 芯片。
2 硬件设计原理
2.1 vw2010 芯片的主要特点
vw2010是vweb公司开发的实时mpeg-4音视频压缩/ 解压芯片(codec) 。该芯片具有以下主要特点:
(1) 单片集成3 个信号处理/ 控制单元,包括一个视频编码(压缩) 器、一个视频解码(解压) 器和一个片内cpu(内部扩展一个音频编码dsp、一个音频解码dsp、一个多路复合单元和一个多路解复合单元) 。
(2) 为了达到可编程、高性能和低功耗,每个信号处理/ 控制单元都是由一个risc处理器和专用的硬件加速器构成,视频编、解码器内部还集成一个专用的sdram。
(3) 在系统上电/ 复位时,视频编、解码器的固件程序从外部主机(host )载入各自专用的sdram;片内cpu的固件程序载入vw2010外挂的sdram。
(4) 芯片主机接口采用标准pci 接口。符合pci局部总线规范2. 2 。
(5) 为了使编、解码性能达到最佳,vw2010内部集成了一个双通道dmac。系统host直接通过主机接口对vw2010 进行控制,mpeg流数据则采用dma方式传输。
(6) 提供了与philips公司兼容的i2c总线,方便对外围芯片的控制。
2.2 基于vw2010 的压缩/ 解压卡硬件设计原理
压缩卡的原理框图如图1所示。cvbs信号先经过视频接收电路进行前端处理,包括阻抗匹配、限幅和钳位,然后通过视频解码电路产生符合vw2010视频接口标准的itu656信号。视频解码电路的核心是一个视频解码芯片,解码芯片对cvbs信号进行a/ d转换和编码,产生itu656 标准的并行数字电视信号。高档的视频解码器还支持图像尺寸缩放( scaling) 和帧提取(decimating) 功能,如philips 公司的saa7114 、saa7115 以及rockwell 公司的bt829a 等。由于vw2010的视频输入为itu656/d1 格式,所以只需要选择具有基本a/d 转换和编码功能的视频解码芯片如saa7113 即可。
图1 压缩卡原理图
模拟音频信号先经过模拟音频接收电路进行前端处理,然后通过音频adc 产生符合vw2010音频接口标准的i2s 信号。vw2010是压缩卡的核心处理芯片,除了完成音视频编码外,还提供对解码器和adc 的控制(通过i2c 总线) ,编码产生的mpeg流则通过芯片内部集成的pci 接口输出。
解压是压缩的逆过程,基本原理类似,限于篇幅,不再赘述。
3 linux 下v w2010 设备驱动程序设计
3.1 vw2010 与host 的通信机制
vw2010提供了三种用于同host 通信的机制: 直接访问内部寄存器、共享存储区( sharedmemory) 和dma。vw2010允许host 直接访问其内部寄存器和外部存储单元,寄存器方式主要用于调试目的和下载固件程序; dma 方式则负责vw2010 芯片和应用缓冲区之间的数据传
1 mpeg-4 标准及其在多媒体监控系统中的应用
多媒体监控系统是多媒体技术在安防领域的新应用。音视频压缩技术是多媒体监控系统中的关键技术。在数字多媒体压缩领域内有很多国际标准,如iso/itu-t 技术委员会下的jpeg 标准,ccitt制定的h. 263标准,以及著名的mpeg标准等。
mpeg-4标准于2000年10月公布。mpeg-4 标准的主要特点是对图像中的内容进行编码, 其核心是基于内容的尺度可变性(content - basedscalability) 。内容尺度可变性意味着给图像中的各个对象分配优先级。其中,比较重要的对象用较高的空间和(或) 时间分辨力表示。对甚低比特率应用来说,尺度可变性是一个关键的因素,因为它提供了自适应可用资源的能力。例如,这个功能允许使用者规定:对具有较高优先级的对象以可接受的质量显示,第二优先级的对象则以较低的质量显示,而其余内容(对象) 则不显示。对于监控系统来说,在绝大部分时间内,监视画面的背景都保持不变,因此在要求低比特率时,对于监视画面的背景部分可以以较低的质量显示,且不会影响整个画面的效果。本系统采用mpeg
- 4 压缩标准,在实现上选择硬压缩和硬解压, 所用的压缩解压芯片为vweb公司的vw2010 芯片。
2 硬件设计原理
2.1 vw2010 芯片的主要特点
vw2010是vweb公司开发的实时mpeg-4音视频压缩/ 解压芯片(codec) 。该芯片具有以下主要特点:
(1) 单片集成3 个信号处理/ 控制单元,包括一个视频编码(压缩) 器、一个视频解码(解压) 器和一个片内cpu(内部扩展一个音频编码dsp、一个音频解码dsp、一个多路复合单元和一个多路解复合单元) 。
(2) 为了达到可编程、高性能和低功耗,每个信号处理/ 控制单元都是由一个risc处理器和专用的硬件加速器构成,视频编、解码器内部还集成一个专用的sdram。
(3) 在系统上电/ 复位时,视频编、解码器的固件程序从外部主机(host )载入各自专用的sdram;片内cpu的固件程序载入vw2010外挂的sdram。
(4) 芯片主机接口采用标准pci 接口。符合pci局部总线规范2. 2 。
(5) 为了使编、解码性能达到最佳,vw2010内部集成了一个双通道dmac。系统host直接通过主机接口对vw2010 进行控制,mpeg流数据则采用dma方式传输。
(6) 提供了与philips公司兼容的i2c总线,方便对外围芯片的控制。
2.2 基于vw2010 的压缩/ 解压卡硬件设计原理
压缩卡的原理框图如图1所示。cvbs信号先经过视频接收电路进行前端处理,包括阻抗匹配、限幅和钳位,然后通过视频解码电路产生符合vw2010视频接口标准的itu656信号。视频解码电路的核心是一个视频解码芯片,解码芯片对cvbs信号进行a/ d转换和编码,产生itu656 标准的并行数字电视信号。高档的视频解码器还支持图像尺寸缩放( scaling) 和帧提取(decimating) 功能,如philips 公司的saa7114 、saa7115 以及rockwell 公司的bt829a 等。由于vw2010的视频输入为itu656/d1 格式,所以只需要选择具有基本a/d 转换和编码功能的视频解码芯片如saa7113 即可。
图1 压缩卡原理图
模拟音频信号先经过模拟音频接收电路进行前端处理,然后通过音频adc 产生符合vw2010音频接口标准的i2s 信号。vw2010是压缩卡的核心处理芯片,除了完成音视频编码外,还提供对解码器和adc 的控制(通过i2c 总线) ,编码产生的mpeg流则通过芯片内部集成的pci 接口输出。
解压是压缩的逆过程,基本原理类似,限于篇幅,不再赘述。
3 linux 下v w2010 设备驱动程序设计
3.1 vw2010 与host 的通信机制
vw2010提供了三种用于同host 通信的机制: 直接访问内部寄存器、共享存储区( sharedmemory) 和dma。vw2010允许host 直接访问其内部寄存器和外部存储单元,寄存器方式主要用于调试目的和下载固件程序; dma 方式则负责vw2010 芯片和应用缓冲区之间的数据传
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