基于VW芯片的嵌入式多媒体监控系统压缩/解压卡设计　２

基于VW2010芯片的嵌入式多媒体监控系统压缩/解压卡设计　２

摘要：在简要分析了多媒体监控系统发展现状的基础上，提出了一种基于VW2010压缩／解压芯片的多媒体压缩／解压卡的设计方案，给出了基于VW2010的多媒体监控系统压缩和解压卡的硬件结构图以及在Linux系统下VW2010的驱动程序，同时给出了在Linux Redhat 7.3下编写的测试程序，并进行了全面的测试。

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。目前已广泛应用到金融、文博、酒店、交通、商业、医院、工厂、学校、住宅小区物业管理等各个领域。从目前趋势看，多媒体监控系统的应用领域还在不断扩展。

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（特别是视频压缩）领域内有很多国际标准（如ＩＳＯ／ＩＴＵ－Ｔ技术委员会的ＪＰＥＧ标准、ＣＣＩＴＴ制定的Ｈ．２６３标准以及著名的ＭＰＥＧ标准等）。其中，ＭＰＥＧ－１标准适用于传输１．５Ｍｂｐｓ的运动图形及其伴音编码，它具有较高的压缩比，其基本算法对于压缩水平方向为３６０个像素、垂直方向为２８８个像素，并以每秒２４～３０帧画面运动的图像有较好的效果。早期的监控系统很多都采用此标准（如著名的以色列芯片Ｚ１５１０即采用ＭＰＥＧ－１标准）；而ＭＰＥＧ－４标准的主要特点是可对图像中的内容进行编码，其核心是基于内容尺度可变性（Ｃｏｎｔｅｎｔ－ｂａｓｅｄ ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ）。内容尺度可变性意味着可以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。对于比较低的比特率应用系统来说，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，这个功能允许对具有较高优先级的对象用可接受的质量进行显示，第二优先级的对象则用较低的质量显示，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，在要求的比特率比较低时，对于监视画面的背景部分可以以较低的质量显示，这样并不会影响整个画面的效果。

本系统采用ＭＰＥＧ－４压缩标准，选择的实现方式是硬压缩和硬解压，所用的压缩解压芯片为ＶＷＥＢ公司的ＶＷ２０１０。

２ 硬件设计原理

２．１ ＶＷ２０１０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）片内集成有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）。ＶＷ２０１０芯片的内部结构图如图１所示。

（２）具有可编程、高性能和低功耗特点，因为每个信号处理／控制单元都由一个ＲＩＳＣ处理器和专用的硬件加速器构成。此外，视频编、解码器内部还集成了一个专用的ＳＤＲＡＭ。

（３）在系统上电／复位时，视频编、解码器的固件程序可由外部主机（ｈｏｓｔ）载入各自专用的ＳＤＲＡＭ；而片内ＣＰＵ的固件程序则可载入ＶＷ２０１０外挂的ＳＤＲＡＭ。

（４）芯片的主机接口采用标准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可直接通过主机接口对ＶＷ２０１０进行控制，ＭＰＥＧ数据流采用ＤＭＡ方式传输。

（６）提供有与ＰＨＩＬＩＰＳ公司兼容的Ｉ２Ｃ总线，可方便地对外围芯片进行控制。

２．２ 基于ＶＷ２０１０的压缩／解压卡硬件设计

图２所示是用ＶＷ２０１０设计的压缩卡的原理框图。图中，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，该解码芯片用于对ＣＶＢＳ信号进行Ａ／Ｄ转换和编码，以产生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。

在模拟音频信号经过模拟音频接收电路进行前端处理后，便可通过音频ＡＤＣ电路产生符合ＶＷ２０１０音频接口标准的Ｉ２Ｓ信号。

ＶＷ２０１０是压缩卡的核心处理芯片，该芯片除可完成音、视频信号的编码外，还可提供对解码器和ＡＤＣ的控制（通过Ｉ２Ｃ总线），其编码产生的ＭＰＥＧ流可通过芯片内部集成的ＰＣＩ接口输出。ＶＷ２０１０的解压操作是压缩操作的逆过程，基本原理类似，基于ＶＷ２０１０的解压卡原理框图如图３所示。

３ Ｌｉｎｕｘ下ＶＷ２０１０设备驱动程序设计

３．１ 分层软件体系结构

按照操作系统的观点，系统软件体系结构应为表１所列的分层结构。驱动程序工作在核心态，并向下通过Ｃｈｉｐ ＡＰＩ实现对ＶＷ２０１０芯片的直接控制，向上则为应用程序提供驱动程序接口（Ｄｒｉｖｅｒ ＡＰＩ）。按照Ｒｕｂｉｎｉ先生的观点，驱动程序提供的是机制，而不是

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