USB2.0在视频压缩存储系统中的应用
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:523
摘 要：介绍基于usb2.0技术的高清晰视频存储系统的软件、硬件实现。采用mpeg2视频压缩处理芯片mb86391和usb2.0芯片cy7c68013，给出应用实例、固件编程框图。
关键词：mpeg；usb；wdm（windows驱动模型）；mb86391；cy7c68013
applicationofusb2.0invideocompactandstoresystem
wangtianxiao,sukaixiong
(electronictechnologyinstitute,collegeofphysicsandinformation,
fuzhouuniversity,fuzhou,350002,china)
abstract：thispaperintroducestherealizationofhighdefinitionvideocompactandstoresystembasedonusb2.0technologyincludingthesoftwareandhardwareusingmpeg2videocompactchipmb86391andusb2.0chipcy7c68013providesapplicationexampleandfirmwarestructure
keywords：mpeg；usb；wdm(windowsdrivermodel)；mb86391；cy7c68013
1引言
在组建流媒体服务器时，为了能容纳更多的在线并发用户，要求在前端的视频流需经过压缩且传输到pc的接口速度不应成为瓶颈。在家庭dvr（数字视频存储）应用中，家用电脑的普及使人们希望通过简单的接口在pc上观看电视节目，并存储、回放精彩片断。对于拥有dv的人们，希望能把自拍的视频存储到pc中并加以剪辑。mpeg2压缩技术和usb接口正好满足这样的要求。
本文设计的系统相当于一个视频采集卡，带有压缩功能，并且采用usb接口。目前大多数的采集卡是基于pci接口，他的缺点是置于机箱内部，容易受到干扰；而且pci插槽数目有限；虽然pci的传输速度理论上达到133mb/s，但是pci插槽要分享此带宽。现在支持usb2.0的主机板越来越多，他的传输速度理论上达到480mb/s，在实际测试中也可达到200mb/s，完全满足流媒体传输对带宽的要求，再加上usb接口即插即用，置于pc外部，工作电流为500ma，因此把usb技术引入到采集系统是合适的。
2系统硬件结构
系统的硬件框架如图1所示，主要由2个主芯片构成，一个是视频压缩部分的mb86391，他完成mpeg的硬件压缩；另一个是usb2.0芯片，他完成数据的传输和usb协议的实现，并且利用集成的51内核作为其他芯片的控制端。
模拟视频信号先经过saa7113视频a/d转换形成8b的yuv4∶2∶2数字信号输入到mb86391的视频输入接口dvideo［70］。模拟音频信号则通过pcm1800进行a/d转换，形成串行数字信号，输入到go7007sb的sdata引脚。音频a/d转换需要pcm1723提供与压缩芯片的时钟相位锁相的时钟信号。音视频数字信号经mb86391的压缩处理后，输出符合mpeg1/2标准的混合影音码流。该码流通过8位并行接口与68013的fd［7..0］相连，usb芯片采用slavefifo方式接收数据，一个fifo写满后就向usb核心发中断，核心收到中断后把fifo中的数据发往pc，完成一次的数据传送，同时第二个fifo区也在继续接收mb86391的码流，4个fifo轮流接收。mb86391作为该电路的主芯片，由1个e2prom进行编程和初始化。另外，压缩处理过程中需要很大的缓存，所以外接1块8mb的sdram。
2.1视频压缩
视频压缩是当今许多图像、多媒体应用中的尖端技术，也是最重要的一部分。高清晰电视图像数字化后一般都达到了1gb/s，以目前的传输网络和存储容量，一定要先进行压缩。本文采用的是mb86391视频压缩芯片，208脚、hqfp封装、0.18μm工艺、工作频率27/54mhz。其主要特性如下：
(1)编码符合iso/iec138182(mpeg1video)mp@ml或iso/iec111722(mpeg1video)。
(2)25hz隔行扫描时，最大的屏幕尺寸：720×576。
(3)d1格式和yuv输入。
(4)8b并行同步方式输出。
(5)复合音频视频输出，最大的码流速率20mb/s。
86391外接1片4mb的flashrom，上电直接加rom并且用串口进行参数配置，所以必须加1块rs232电平转换芯片max3222，通过串口向mb86391相应的寄存器地址写入数值，来控制压缩过程。
2.2数据传输
赛普拉斯公司提供的cy68013芯片是世界上第一款集成usb2.0的微处理器，集成了usb2.0收发器、sie（串行接口引擎）、增强的8051微控制器和可编程的外围接口。gpif（generalprogrammableinterface）和主/从端点fifo（8位或16位数据总线），为ata，utopia，epp，pcmcia和dsp等提供了简单和无缝连接接口。
68013片内集成了4kb的内部fifo，可以分成4个端点双缓冲区，即1个端点包括1个输入缓冲区和1个输出缓冲区，1个缓冲区的大小是512b，4个缓冲区的选择由fifoadr［1：0］的4个状态决定，例如初始化后fifoadr［1:0］=00，此时选中enpoint2，当mb86391有数据要传输时，sten出现高电平，cpld把stdata的8位数据送往fd总线，在ifclk同步时钟的控制下，向端点2的输入缓冲区fifo写入数据，cpld同时对时钟进行计数，当达到188时，送出pkten，表示1帧的数据传输完毕，usb核心收到这个帧结束的标志后读端点2的输入fifo，响应in请求把数据送出；cpld除了设定n=18
摘 要：介绍基于usb2.0技术的高清晰视频存储系统的软件、硬件实现。采用mpeg2视频压缩处理芯片mb86391和usb2.0芯片cy7c68013，给出应用实例、固件编程框图。
关键词：mpeg；usb；wdm（windows驱动模型）；mb86391；cy7c68013
applicationofusb2.0invideocompactandstoresystem
wangtianxiao,sukaixiong
(electronictechnologyinstitute,collegeofphysicsandinformation,
fuzhouuniversity,fuzhou,350002,china)
abstract：thispaperintroducestherealizationofhighdefinitionvideocompactandstoresystembasedonusb2.0technologyincludingthesoftwareandhardwareusingmpeg2videocompactchipmb86391andusb2.0chipcy7c68013providesapplicationexampleandfirmwarestructure
keywords：mpeg；usb；wdm(windowsdrivermodel)；mb86391；cy7c68013
1引言
在组建流媒体服务器时，为了能容纳更多的在线并发用户，要求在前端的视频流需经过压缩且传输到pc的接口速度不应成为瓶颈。在家庭dvr（数字视频存储）应用中，家用电脑的普及使人们希望通过简单的接口在pc上观看电视节目，并存储、回放精彩片断。对于拥有dv的人们，希望能把自拍的视频存储到pc中并加以剪辑。mpeg2压缩技术和usb接口正好满足这样的要求。
本文设计的系统相当于一个视频采集卡，带有压缩功能，并且采用usb接口。目前大多数的采集卡是基于pci接口，他的缺点是置于机箱内部，容易受到干扰；而且pci插槽数目有限；虽然pci的传输速度理论上达到133mb/s，但是pci插槽要分享此带宽。现在支持usb2.0的主机板越来越多，他的传输速度理论上达到480mb/s，在实际测试中也可达到200mb/s，完全满足流媒体传输对带宽的要求，再加上usb接口即插即用，置于pc外部，工作电流为500ma，因此把usb技术引入到采集系统是合适的。
2系统硬件结构
系统的硬件框架如图1所示，主要由2个主芯片构成，一个是视频压缩部分的mb86391，他完成mpeg的硬件压缩；另一个是usb2.0芯片，他完成数据的传输和usb协议的实现，并且利用集成的51内核作为其他芯片的控制端。
模拟视频信号先经过saa7113视频a/d转换形成8b的yuv4∶2∶2数字信号输入到mb86391的视频输入接口dvideo［70］。模拟音频信号则通过pcm1800进行a/d转换，形成串行数字信号，输入到go7007sb的sdata引脚。音频a/d转换需要pcm1723提供与压缩芯片的时钟相位锁相的时钟信号。音视频数字信号经mb86391的压缩处理后，输出符合mpeg1/2标准的混合影音码流。该码流通过8位并行接口与68013的fd［7..0］相连，usb芯片采用slavefifo方式接收数据，一个fifo写满后就向usb核心发中断，核心收到中断后把fifo中的数据发往pc，完成一次的数据传送，同时第二个fifo区也在继续接收mb86391的码流，4个fifo轮流接收。mb86391作为该电路的主芯片，由1个e2prom进行编程和初始化。另外，压缩处理过程中需要很大的缓存，所以外接1块8mb的sdram。
2.1视频压缩
视频压缩是当今许多图像、多媒体应用中的尖端技术，也是最重要的一部分。高清晰电视图像数字化后一般都达到了1gb/s，以目前的传输网络和存储容量，一定要先进行压缩。本文采用的是mb86391视频压缩芯片，208脚、hqfp封装、0.18μm工艺、工作频率27/54mhz。其主要特性如下：
(1)编码符合iso/iec138182(mpeg1video)mp@ml或iso/iec111722(mpeg1video)。
(2)25hz隔行扫描时，最大的屏幕尺寸：720×576。
(3)d1格式和yuv输入。
(4)8b并行同步方式输出。
(5)复合音频视频输出，最大的码流速率20mb/s。
86391外接1片4mb的flashrom，上电直接加rom并且用串口进行参数配置，所以必须加1块rs232电平转换芯片max3222，通过串口向mb86391相应的寄存器地址写入数值，来控制压缩过程。
2.2数据传输
赛普拉斯公司提供的cy68013芯片是世界上第一款集成usb2.0的微处理器，集成了usb2.0收发器、sie（串行接口引擎）、增强的8051微控制器和可编程的外围接口。gpif（generalprogrammableinterface）和主/从端点fifo（8位或16位数据总线），为ata，utopia，epp，pcmcia和dsp等提供了简单和无缝连接接口。
68013片内集成了4kb的内部fifo，可以分成4个端点双缓冲区，即1个端点包括1个输入缓冲区和1个输出缓冲区，1个缓冲区的大小是512b，4个缓冲区的选择由fifoadr［1：0］的4个状态决定，例如初始化后fifoadr［1:0］=00，此时选中enpoint2，当mb86391有数据要传输时，sten出现高电平，cpld把stdata的8位数据送往fd总线，在ifclk同步时钟的控制下，向端点2的输入缓冲区fifo写入数据，cpld同时对时钟进行计数，当达到188时，送出pkten，表示1帧的数据传输完毕，usb核心收到这个帧结束的标志后读端点2的输入fifo，响应in请求把数据送出；cpld除了设定n=18
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