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圖像實(shí)時(shí)監控設備有模擬和數字兩類(lèi)｡數字監控設備由于便于壓縮､存儲､傳輸,在近年來(lái)逐漸替代了模擬監控設備｡數字監控設備的核心技術(shù)在于圖像壓縮編碼設備,目前成熟的實(shí)時(shí)數字圖像編碼器基本上基于MPEG-1壓縮標準,且大多數為PCI接口｡就MPEG-1而言,當初專(zhuān)家組制定時(shí)規定的原始圖像分辨率較低,NTSC:352×240,PAL:253×288,解碼后其質(zhì)量與VHS相當,在很多場(chǎng)合已經(jīng)不能滿(mǎn)足系統的需要｡MPEG-2壓縮標準規定的圖像分辨率相對高得多,NTSC:704×480,PAL:704×576｡對于基于PCI接口的壓縮板卡而言,實(shí)施的復雜性是顯而易見(jiàn)的,必須借助計算機才能實(shí)現其功能,這種應用有時(shí)會(huì )受制于現場(chǎng)環(huán)境,而且對系統的成本和可靠性也大為不利｡隨著(zhù)技術(shù)的日益發(fā)展,一方面,很多公司推出了基于MPEG-2M壓縮標準的單片Codec,如IBM､C-Cube､iCompression､Fujitsu;另一方面,隨著(zhù)嵌入式微處理器和OS的發(fā)展,嵌入式系統也具有了強大的處理功能,如網(wǎng)絡(luò )通信､圖像處理等｡在這種背景下設計了以下的嵌入式圖像壓縮系統｡ 1 系統框架 系統主體框圖如圖1,主要分兩部分:一部分以Fujitsu的MB86390芯片為主實(shí)現圖像實(shí)時(shí)壓縮編碼｡該部分輸入模擬視頻､音頻,經(jīng)過(guò)視頻A/D芯片SAA7113､音頻A/D芯片PCM1800數字化后送至MB86390實(shí)現MPEG-2壓縮,輸出TS傳輸流,并且提供串行通信總線(xiàn)與MPC860T完成通信｡另一部分是以MPC860T為主的通信電路設計,主要實(shí)現與MB86390輸出的TS傳輸流的接口,完成TS傳輸流在快速以太網(wǎng)上的傳送,與視頻服務(wù)器的通信,提供通信口實(shí)現與MB86390芯片通信和對云臺的控制｡ 2 圖像壓縮部分設計 2.1 MB86390編碼器的介紹 該芯片框圖如圖2｡該芯片內嵌32BITrisc處理器,主要完成實(shí)時(shí)壓縮編碼,在片內實(shí)現Mpeg2 MP@ML級視頻編碼,遵循ISO/IEC13818-2標準,最大編碼速率達15Mbps;實(shí)現Mpeg Layer1/2音頻編碼,遵循ISO/IEC11172-3標準,最大編碼速率達448kbps;同時(shí)遵循ISO/IEC13818-1標準實(shí)現系統數據復用,能輸出PES､PS､TS流可選,并能根據系統所提供的帶寬輸出最大速率20Mbps｡數字化后視頻輸入數據為8位,可以為D1格式或者Y/C復用輸入格式｡音頻的取樣率支持32kHz､44.1kHz和48kHz可選｡碼流輸出通過(guò)8位并口,可同步或者異步握手輸出,或通過(guò)DMA方式傳送至SDRAM｡該芯片還提供了豐富的API接口,可以對許多參數進(jìn)行設置,如視頻輸入格式､音頻采樣率､編碼后的各種PID､平均碼率等｡ 2.2 電路設計 該部分電路主要完成 MB86390與視音頻A/D的連接｡MB86390基本上能與大多數芯片直接聯(lián)接｡在本設計中,選用SAA7113作為視頻A/D｡由于MB86390為其提供I2C總線(xiàn)接口,而且其初始化等操作能通過(guò)MB86390完成,相應的連線(xiàn)也比較方便;對于MB86390與音頻A/D接口可以通過(guò)主從兩種方式實(shí)現,即由MB86390提供數據與左右聲道接口時(shí)鐘,或者由音頻A/D來(lái)提供｡但是必須注意系統編碼的時(shí)鐘必須與接口數據時(shí)鐘同步,在這里使用TI公司的PLL1705鎖相環(huán)實(shí)現時(shí)鐘同步｡圖3給出了這部分信號連接的電路｡ 3 接口通信部分設計 3.1 MPC860T網(wǎng)絡(luò )通信處理器介紹 MPC860是Motorola公司繼MC68360后推出的新一代通信處理器,內部包括三部分:PowerPC core模塊､系統接口單元模塊(SIU)､通信處理模塊(CPM)｡PowerPC是主處理單元,包括Cache和內存管理單元,在40MHz時(shí)鐘下能達到52MIPS的處理能力｡系統接口單元主要完成內部總線(xiàn)與外部總線(xiàn)的接口,也提供一些其它功能,如總線(xiàn)檢測､軟件看門(mén)狗､多個(gè)定時(shí)器､PCMCIA接口等｡通信處理模塊是該芯片的核心,其內部還嵌入了一個(gè)RISC｡因而MPC860從某種意義上說(shuō),是一種雙處理器結構｡該模塊集成了4個(gè)串行通信控制器(SCC)､2個(gè)串行管理單元(SMC)､一個(gè)串行外設單元(SPI)､一個(gè)I2C總線(xiàn)接口單元｡ 串行通信控制器(SCC)根據型號不同集成多種功能,如以太網(wǎng)控制器､HDLC控制器等;它還能實(shí)現多通道HDLC控制器,例如:提供T1/E1接口,對在T1/E1中的每個(gè)時(shí)隙分別實(shí)現HDLC通信,如交換機中的7號信令處理｡串行管理單元(SMC)的功能相對弱一些,一般用來(lái)實(shí)現UART｡串行外設單元(SPI)用來(lái)實(shí)現與SPI總線(xiàn)通信｡I2C總線(xiàn)接口支持主從模式,與具有I2C總線(xiàn)的器件單元進(jìn)行通信｡通信處理模塊(CPM)中還含有4個(gè)獨立的波特率發(fā)生器,可以被連接到串行通信控制器(SCC)和串行管理單元｡除了這些處理通信協(xié)議的功能外,通信處理模塊(CPM)還具有多個(gè)獨立的DMA通道,進(jìn)一步提高CPM的處理效率｡ 3.2 電路設計 本MPC860T系統中選用了256KB的EPROM､128MB的SDRAM,與以太網(wǎng)的接口器件選用Level one公司的LXT971A｡該電路比較常見(jiàn),引腳處理比較固定,故本文不再贅述｡這里著(zhù)重討論MPC860T與MB86390之間的電路設計｡在本設計中,需要MB86390芯片8位并口輸出TS流｡MB86390的8位并行輸出口具有兩種功能:當XERROR腳為高時(shí),并行口輸出正常的壓縮碼流,其異步接口時(shí)序如圖4;當XERROR腳為低時(shí),并行口上輸出的是MB86390的錯誤報告｡這樣使電路設計相對復雜些｡本設計方法是當XERROR變低時(shí),使其對MPC860T產(chǎn)生中斷,同時(shí)將STDATA口連接到MPC860T上空余的通用I/O腳上,根據中斷后讀其不同的值來(lái)實(shí)現軟件相應的操作;當XERROR腳為高時(shí),使用FIFO實(shí)現與MB86390之間的數據接口,在本設計中,選用IDT公司idt72v02,512×9bit異步FIFO｡在FIFO的寫(xiě)入端,根據STEN和STDATA及FIFO的時(shí)序圖,可以直接連接;在FIFO的讀出端,使用中斷操作,即當FIFO中數據達到半滿(mǎn)時(shí),給MPC860T一個(gè)中斷,然后MPC860T連續讀取FIFO中的一段數據｡該部分的主要接口電路如圖5｡ 4 應用 本系統用途廣,最常見(jiàn)的應用是用于需要高質(zhì)量圖像的網(wǎng)絡(luò )監控,如小區安防､海關(guān)､銀行等｡用戶(hù)不必再象基于PCI的系統那樣,增添一個(gè)監控處就要放置一臺計算機,或者加長(cháng)模擬視頻傳輸電纜,只要將本設備接入以太網(wǎng)絡(luò )就可以了,而且網(wǎng)絡(luò )上的任何一臺計算機可以監測到圖像,如圖6所示｡如接入ATM網(wǎng)絡(luò ),寬帶SDH支持,用戶(hù)在遠端還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )監測｡這樣當發(fā)生緊急情況時(shí),遠端報警中心可以實(shí)時(shí)地觀(guān)察到高質(zhì)量圖像｡ 顯然,隨著(zhù)嵌入式技術(shù)和圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展､通信技術(shù)的進(jìn)步,可以預見(jiàn),將會(huì )有更多的圖像壓縮芯片和更高處理能力的嵌入式處理器出現,開(kāi)發(fā)嵌入式的網(wǎng)絡(luò )圖像通信產(chǎn)品將會(huì )是一種必然趨勢｡本設計產(chǎn)品集成度高,圖像質(zhì)量比較好,具有較高的實(shí)用價(jià)值和較廣闊的市場(chǎng)前景｡ |
