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1 引言 針對消費類(lèi)和工業(yè)H.264編碼器要求，即使在有限存儲容量或有限寬帶的情況，必須提供最佳的視頻質(zhì)量。因此，這里給出一種支持H.264高清編碼器的片上系統MG3500應用設計，非常通用于高清視頻編解碼器的相關(guān)應用。 2 MG3500 SoC簡(jiǎn)介 MG3500 SoC(System-on-chip)是Mobilygen公司推出的H.264高清編解碼器片上系統，其內部集成有嵌入式ARM9處理器、 NAND／NOR閃存、SD／SDIO／MMC／CE-ATA接口、10／100／千兆以太網(wǎng)的MAC和USB2.0 OTG端口，以及基于可靠的互聯(lián)網(wǎng)的AES／SHA加密算法、UART、JTAG、串行控制和通用I／O。240 MHz ARM9處理器包含DSP擴展和各16 KB的指令高速緩存、數據緩存和暫存存儲器。 MG3500 SoC支持H.264的基本檔次、主要檔次和高達4.1級的高畫(huà)質(zhì)。在主要檔次和高畫(huà)質(zhì)中的宏模塊自適應場(chǎng)／幀(MBAFF)編碼允許隔行素材每比特最高質(zhì)量。它還支持集成電路設備(IDE)和緊湊式閃存(Compact Flash)。 2．1 MG3500 SoC主要特性 (1)高清H.264編解碼器 雙碼流高清／標清H.264編解碼器，支持H.264的基本檔次、主要檔次和高畫(huà)質(zhì)，H.264編解碼分辨率高達1 920×1 080 i，可編程的分辨率和幀頻，多碼流標清編解碼，視頻比特率范圍：64 Kb／s～62.5 Mb／s，宏模塊自適應場(chǎng)／幀(MBAFF)。 (2)MPEG-2解碼器 高清／標清解碼器實(shí)時(shí)將高清MPEG-2碼流轉換為H.264格式，多碼流標清MPEG-2解碼。 (3)JPEG／MJPEG編解碼器JPEG編解碼器，高清／標清MJPEG，支持可交換圖像文件格式(EXIF)。 (4)音頻編解碼器 高保真雙通道AAC-LC編解碼器，MP2格式編解碼器，MP1和MP3格式解碼器，杜比數碼(Dolbv Digital)5.1聲道解碼，G.711編解碼器，可調的比特率和采樣頻率，支持編解碼器的擴展，1路SONY／PHILIPS家用數字音頻輸出接口 (S／PDIF)或2路I2S音頻I／O端口。 (5)視頻輸入處理器(VIP) 可調的視頻直接輸入，2個(gè)ITU-R BT.1120并行接口，4個(gè)ITU．R BT.656并行接口，2個(gè)先進(jìn)的視頻輸入處理器，支持數字圖像穩定功能，支持平滑數碼變焦。 (6)視頻輸出處理器(VOP)可以支持ITU-R BT.1120或ITU-R BT.656的高清／標清輸出，多碼流解碼支持畫(huà)中畫(huà)和多路混合視頻輸出，18位或8位RGB格式LCD接口，高質(zhì)量的視頻壓縮輸出，2個(gè)帶α混合和游標的覆蓋圖層，生成可選擇的外部同步信號。 (7)內置有ARM926-EJ處理器 240 MHz通用處理器，16 KB數據高速緩沖存儲器，16 KB的指令高速緩沖存儲器，16 KB暫存存儲器。 (8)系統連通性 1個(gè)10／100／千兆以太網(wǎng)的MAC，1個(gè)USB2.0 OTG端口，高速比特流I／O端口，AES／SHA加密。 (9)外圍設備接口 支持SD／SDIO／MMC／CE-ATA接口，支持IDE和Compact Flash (10)通用接口 2個(gè)SPI或兩總線(xiàn)串行通信接口，3個(gè)UART接口，3個(gè)脈沖寬度調節器，8路專(zhuān)用GPIO�？蓴U展到72路GPIO。 (11)系統 內核電壓為1.0 V±10％，SDRAM的電壓為1.8 V±10％，I/O端口電壓為1.8 V，2.5 V，3.3 V±10％，單晶驅動(dòng)音／視頻鎖相環(huán)。 (12)功耗(MG3500+SDRAM) H.264高清30fps+AAC編碼750 mW。 2．2 MG3500 SoC的接口 圖1所示為MG3500 SoC的功能結構框圖。MG3500 SoC內2個(gè)視頻輸入處理器(VIP)、1個(gè)視頻輸出處理器(VOP)、1個(gè)視頻多媒體引擎(MME)和1個(gè)音頻多媒體引擎。兩個(gè)相同的VIP都可進(jìn)行高品質(zhì)視頻縮放、色度和伽瑪調整、濾波以及提取視頻分析的操作，都可處理兩路獨立的視頻輸入，分辨率最大可達1 920×1 080 i；VOP支持高品質(zhì)的視頻壓縮輸出，2個(gè)圖形內存區，1個(gè)硬件游標，支持色度和伽瑪調整并能輸出全電視信號，每一個(gè)圖形內存區為1～32位：視頻MME 是一個(gè)專(zhuān)有精簡(jiǎn)指令集計算機(RISC)，用于單周期上下文切換和低功耗的優(yōu)化，控制VIP、VOP和視頻內核。 2．2．1 視頻接口 兩路8位視頻輸入接口支持獨立的ITU-R BT.656輸入，每路視頻輸入支持獨立的時(shí)鐘和同步信號。支持標清輸入，將時(shí)鐘頻率設置100 MHz以上也可支持包括來(lái)自高清傳感器的8位視頻信號在內的非標準視頻信號。兩路8位的視頻輸入接口還可組合成一路16位的ITU-R BT 1120高清輸入接口。MG3500 SoC支持的工作模式，如表1所列。 2．2．2 音頻接口 MG3500 SoC的音頻多媒體引擎能使所有的音頻編解碼器有效。音頻接口包括2個(gè)I2S輸入和3個(gè)I2S輸出。其中一個(gè)I2S輸入和音頻時(shí)鐘相連，另一個(gè)I2S輸入及3個(gè)I2S輸出與另一個(gè)時(shí)鐘相連。其中一個(gè)音頻輸出口還可用于產(chǎn)生S／PDIF兼容音頻。 2．2．3 以太網(wǎng)口、USB接口及SD／MMC接口 MG3500 SoC的以太網(wǎng)媒體存取控制器(MAC)通過(guò)一個(gè)媒體獨立接口(MII)、精簡(jiǎn)的獨立媒體接口(RMII)或吉比特媒體獨立接口(GMII)來(lái)支持 10／100／千兆以太網(wǎng)，MG3500SoC還可以直接接到支持RevMII接口的以太網(wǎng)交換機。USB接口支持高速USB 2.0 OTG，可以做主設備或從設備。SD／MMC接口用來(lái)支持SD／SDIO／MMC／CE-ATA設備。這種4位的接口時(shí)鐘頻率可達50 MHz。 2．2．4 HOST接口 MG3500 SoC可工作在主從兩種模式下。當MG3500 SoC工作在主模式時(shí)，HOST接口的信號線(xiàn)用于連接NOR Flash，NAND Flash，COMPACT Flash，IDE以及他外部設備。串口及其他I／O端口。MG3500 SoC含有用于通信的多個(gè)異步收發(fā)傳輸器接端口(UART)，用于控制的脈沖寬度調節器(PWM)，用于外設控制的兩總線(xiàn)串行通信接口(TWI)及串行外設端口(SPI)。MG3500 SoC的8個(gè)專(zhuān)用通用I／O口(GPIO)以及復用的其他64個(gè)GPIO可用于系統控制。這些復用的GPIO引腳有許多不同的用途，只有當不使用該引腳的主要功能時(shí)方可使用GPIO功能。 3 典型應用 MG3500的典型應用是車(chē)載DVR，由于它具有處理多個(gè)標準清晰度(SD)數據流的最高品質(zhì)的高清 (HD)H.264編／解碼，同時(shí)還提供在IP網(wǎng)絡(luò )上傳輸安全視頻數據流的廣泛網(wǎng)絡(luò )支持；典型情況下，一個(gè)en-ViE編解碼器進(jìn)行108li編碼時(shí)只要求500mW的功耗，與基于DSP的解決方案相比，這個(gè)功耗僅為后者的十分之一。圖2為車(chē)載DVR的主板模塊功能框圖，內含線(xiàn)性電源電路、CPU、 SDRAM、復位電路、Flash存儲模塊及FPGA邏輯電路。 變換TW2864非標I2S為標準的I2S，提供1路I2S作為網(wǎng)絡(luò )對講，將數據流跟音頻輸入合并輸入到MG3500，音視頻輸入輸出，音視頻編碼采用 TW2864，而音頻解碼采用TW2864，視頻解碼采用ADV7393，串口擴展電路，外圍RS232，RS422，USB，1路Ethernet，開(kāi)關(guān)量信號檢測和輸出控制電路，報警量輸入輸出，工作狀態(tài)指示。SB通過(guò)USB HUB擴展，設備狀態(tài)指示、報警輸入輸出、開(kāi)關(guān)量檢測、CAN則由ARM7完成。 車(chē)載DVR將4路模擬車(chē)輛音、視頻信號經(jīng)專(zhuān)用A／D轉換器轉換為BT.656格式的數字信號，處理器將數據壓縮為H.264格式數據，存儲于硬盤(pán)，具有快速方便查詢(xún)回放模式，高速USB2.0接口，寬帶網(wǎng)絡(luò )接口，方便數據備份。同時(shí)結合車(chē)載行業(yè)的特殊性可拓展其他諸如影視播放、汽車(chē)黑匣子等功能。 車(chē)載DVR硬件功能方框圖由電源板模塊、音視頻編碼模塊、音視頻解碼模塊、數據存儲模塊、對外接口模塊、I／O采集模塊等組成。 電源板模塊是為系統提供可靠的、穩定的電源，提供過(guò)壓、過(guò)流保護；共模、差模干擾濾波等；輸出12 V、5 V的電壓信號。 音視頻編碼模塊是該系統設計的重點(diǎn)，TW2864實(shí)現4路音頻和4路視頻編碼，由于MG3500視頻捕獲口數量上的限制，從TW2864輸出的4路27 MHz的BT.656格式的視頻流經(jīng)與FPGA相連的DDRIIRAM緩存后，變?yōu)?路54 MHz的視頻流輸入到MG3500的視頻捕獲口，由MG3500處理。TW2864將輸入的4路模擬音頻信號變?yōu)閿底中盘柡�，�?jīng)一路I2S口輸人到 MG3500處理。 音視頻解碼模塊實(shí)現圖像的實(shí)時(shí)預覽和圖像回訪(fǎng)功能。視頻解碼器將CPU輸出的數字信號，轉換成能夠遠傳的模擬視頻信號。 數據存儲模塊主要包含硬盤(pán)和SD卡兩部分，實(shí)現音視頻數據的本地存儲，重要的比如報警數據實(shí)現硬盤(pán)和SD卡的雙備份。同時(shí)SD卡還可用于程序更新、日志存儲、數據讀取等功能。 對外接口模塊主要包括USB2.0HighSpeed，Ethernet，RS485，RS232等。其中USB實(shí)現數據的轉存、鼠標以及其他的USB設備等；Ethernet接口實(shí)現數據的網(wǎng)絡(luò )備份、網(wǎng)絡(luò )參數設置、視頻網(wǎng)絡(luò )預覽等功能；RS485用于外接云臺；RS232接口外接GPRS／CDMA等模塊，同樣可接其他RS232設備。I／O采集控制模塊實(shí)現報警量的采集，對外報警量的輸出，車(chē)輛狀態(tài)采集，以及設備狀態(tài)指示等。 應注意的問(wèn)題：USB的速度是這一部分的瓶頸，Mobilygen公司不支持用戶(hù)采用擴展器件擴展USB口，因此使用USB HUB，CAN接口器件采用帶CAN接口的ARM7LPC2109，如2路可采用LPC2119，由于SPI口被占用，同時(shí)MG3500的GPIO數量不夠，將報警、車(chē)輛狀態(tài)采集、CAN由一片ARM7完成，MG3500 IDE接口只支持128 G硬盤(pán)，只能采用USB轉SATA橋接器。 4 結束語(yǔ) Mobilygen 公司推出的MG3500 SoC，它能夠處理多個(gè)標準清晰度數據流的最高品質(zhì)的高清H.264編解碼，同時(shí)還提供在IP網(wǎng)絡(luò )上傳輸安全視頻數據流的廣泛網(wǎng)絡(luò )支持，并且還包括一個(gè) MPEG-2解碼器和一個(gè)支持Motion JPEG格式的JPEG編解碼器。與此同時(shí)，一些消費類(lèi)和工業(yè)應用的H.264編解碼器。要求即使在有限存儲容量或有限帶寬的情況下，都必須提供最佳視頻質(zhì)量。因此，在這些應用領(lǐng)域MG3500SoC必將有廣泛的應用前景。 |
