基于VW芯片的嵌入式多媒體監控系統壓縮/解壓卡設計　２

基于VW2010芯片的嵌入式多媒體監控系統壓縮/解壓卡設計　２

摘要：在簡要分析了多媒體監控系統發展現狀的基礎上，提出了一種基于VW2010壓縮／解壓芯片的多媒體壓縮／解壓卡的設計方案，給出了基于VW2010的多媒體監控系統壓縮和解壓卡的硬件結構圖以及在Linux系統下VW2010的驅動程序，同時給出了在Linux Redhat 7.3下編寫的測試程序，并進行了全面的測試。

１ ＭＰＥＧ－４標準及其在多媒體監控系統中的應用

多媒體監控系統是多媒體技術在安防領域的新應用。目前已廣泛應用到金融、文博、酒店、交通、商業、醫院、工廠、學校、住宅小區物業管理等各個領域。從目前趨勢看，多媒體監控系統的應用領域還在不斷擴展。

音視頻壓縮技術是多媒體監控系統中的關鍵技術。在數字多媒體壓縮（特別是視頻壓縮）領域內有很多國際標準（如ＩＳＯ／ＩＴＵ－Ｔ技術委員會的ＪＰＥＧ標準、ＣＣＩＴＴ制定的Ｈ．２６３標準以及著名的ＭＰＥＧ標準等）。其中，ＭＰＥＧ－１標準適用于傳輸１．５Ｍｂｐｓ的運動圖形及其伴音編碼，它具有較高的壓縮比，其基本算法對于壓縮水平方向為３６０個像素、垂直方向為２８８個像素，并以每秒２４～３０幀畫面運動的圖像有較好的效果。早期的監控系統很多都采用此標準（如著名的以色列芯片Ｚ１５１０即采用ＭＰＥＧ－１標準）；而ＭＰＥＧ－４標準的主要特點是可對圖像中的內容進行編碼，其核心是基于內容尺度可變性（Ｃｏｎｔｅｎｔ－ｂａｓｅｄ ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ）。內容尺度可變性意味著可以給圖像中的各個對象分配優先級。其中，比較重要的對象用較高的空間和（或）時間分辨力表示。對于比較低的比特率應用系統來說，尺度可變性是一個關鍵的因素，因為它提供了自適應可用資源的能力。例如，這個功能允許對具有較高優先級的對象用可接受的質量進行顯示，第二優先級的對象則用較低的質量顯示，而其余內容（對象）則不顯示。對于監控系統來說，在絕大部分時間內，監視畫面的背景都保持不變，因此，在要求的比特率比較低時，對于監視畫面的背景部分可以以較低的質量顯示，這樣并不會影響整個畫面的效果。

本系統采用ＭＰＥＧ－４壓縮標準，選擇的實現方式是硬壓縮和硬解壓，所用的壓縮解壓芯片為ＶＷＥＢ公司的ＶＷ２０１０。

２ 硬件設計原理

２．１ ＶＷ２０１０的主要特點

ＶＷ２０１０是ＶＷＥＢ公司開發的實時ＭＰＥＧ－４音視頻壓縮／解壓芯片（ＣＯＤＥＣ）。該芯片具有以下主要特點：

（１）片內集成有３個信號處理／控制單元，包括一個視頻編碼（壓縮）器、一個視頻解碼（解壓）器和一個片內ＣＰＵ（內部擴展一個音頻編碼ＤＳＰ、一個音頻解碼ＤＳＰ、一個多路復合單元和一個多路解復合單元）。ＶＷ２０１０芯片的內部結構圖如圖１所示。

（２）具有可編程、高性能和低功耗特點，因為每個信號處理／控制單元都由一個ＲＩＳＣ處理器和專用的硬件加速器構成。此外，視頻編、解碼器內部還集成了一個專用的ＳＤＲＡＭ。

（３）在系統上電／復位時，視頻編、解碼器的固件程序可由外部主機（ｈｏｓｔ）載入各自專用的ＳＤＲＡＭ；而片內ＣＰＵ的固件程序則可載入ＶＷ２０１０外掛的ＳＤＲＡＭ。

（４）芯片的主機接口采用標準ＰＣＩ接口。符合ＰＣＩ局部總線規范２.２。

（５）為了使編、解碼性能達到最佳，ＶＷ２０１０內部集成了一個雙通道ＤＭＡＣ。系統ｈｏｓｔ可直接通過主機接口對ＶＷ２０１０進行控制，ＭＰＥＧ數據流采用ＤＭＡ方式傳輸。

（６）提供有與ＰＨＩＬＩＰＳ公司兼容的Ｉ２Ｃ總線，可方便地對外圍芯片進行控制。

２．２ 基于ＶＷ２０１０的壓縮／解壓卡硬件設計

圖２所示是用ＶＷ２０１０設計的壓縮卡的原理框圖。圖中，ＣＶＢＳ信號先經過視頻接收電路進行前端處理（包括阻抗匹配、限幅和鉗位），然后通過視頻解碼電路產生符合ＶＷ２０１０視頻接口標準的ＩＴＵ６５６信號。 視頻解碼電路的核心是一個視頻解碼芯片，該解碼芯片用于對ＣＶＢＳ信號進行Ａ／Ｄ轉換和編碼，以產生ＩＴＵ６５６標準的并行數字電視信號。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轉換和編碼功能的視頻解碼芯片如ＳＡＡ７１１３即可。

在模擬音頻信號經過模擬音頻接收電路進行前端處理后，便可通過音頻ＡＤＣ電路產生符合ＶＷ２０１０音頻接口標準的Ｉ２Ｓ信號。

ＶＷ２０１０是壓縮卡的核心處理芯片，該芯片除可完成音、視頻信號的編碼外，還可提供對解碼器和ＡＤＣ的控制（通過Ｉ２Ｃ總線），其編碼產生的ＭＰＥＧ流可通過芯片內部集成的ＰＣＩ接口輸出。ＶＷ２０１０的解壓操作是壓縮操作的逆過程，基本原理類似，基于ＶＷ２０１０的解壓卡原理框圖如圖３所示。

３ Ｌｉｎｕｘ下ＶＷ２０１０設備驅動程序設計

３．１ 分層軟件體系結構

按照操作系統的觀點，系統軟件體系結構應為表１所列的分層結構。驅動程序工作在核心態，并向下通過Ｃｈｉｐ ＡＰＩ實現對ＶＷ２０１０芯片的直接控制，向上則為應用程序提供驅動程序接口（Ｄｒｉｖｅｒ ＡＰＩ）。按照Ｒｕｂｉｎｉ先生的觀點，驅動程序提供的是機制，而不是

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