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基于VW2010芯片的嵌入式多媒體監(jiān)控系統(tǒng)壓縮/解壓卡設(shè)計�。�
摘要：在簡要分析了多媒體監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)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(shè)計方案，給出了基于VW2010的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)壓縮和解壓卡的硬件結(jié)構(gòu)圖以及在Linux系統(tǒng)下VW2010的驅(qū)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(biāo)準(zhǔn)及其在多媒體監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
多媒體監(jiān)控系統(tǒng)是多媒體技術(shù)在安防領(lǐng)域的新應(yīng)用。目前已廣泛應(yīng)用到金融、文博、酒店、交通、商業(yè)、醫(yī)院、工廠、學(xué)校、住宅小區(qū)物業(yè)管理等各個領(lǐng)域。從目前趨勢看，多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴展。
音視頻壓縮技術(shù)是多媒體監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。在數(shù)字多媒體壓縮（特別是視頻壓縮）領(lǐng)域內(nèi)有很多國際標(biāo)準(zhǔn)（如ＩＳＯ／ＩＴＵ－Ｔ技術(shù)委員會的ＪＰＥＧ標(biāo)準(zhǔn)、ＣＣＩＴＴ制定的Ｈ．２６３標(biāo)準(zhǔn)以及著名的ＭＰＥＧ標(biāo)準(zhǔn)等）。其中，ＭＰＥＧ－１標(biāo)準(zhǔn)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(jiān)控系統(tǒng)很多都采用此標(biāo)準(zhǔn)（如著名的以色列芯片Ｚ１５１０即采用ＭＰＥＧ－１標(biāo)準(zhǔn)）；而ＭＰＥＧ－４標(biāo)準(zhǔn)的主要特點是可對圖像中的內(nèi)容進行編碼，其核心是基于內(nèi)容尺度可變性（Ｃｏｎｔｅｎｔ－ｂａｓｅｄ ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ）。內(nèi)容尺度可變性意味著可以給圖像中的各個對象分配優(yōu)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(yīng)用系統(tǒng)來說，尺度可變性是一個關(guān)鍵的因素，因為它提供了自適應(yīng)可用資源的能力。例如，這個功能允許對具有較高優(yōu)先級的對象用可接受的質(zhì)量進行顯示，第二優(yōu)先級的對象則用較低的質(zhì)量顯示，而其余內(nèi)容（對象）則不顯示。對于監(jiān)控系統(tǒng)來說，在絕大部分時間內(nèi)，監(jiān)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(jiān)視畫面的背景部分可以以較低的質(zhì)量顯示，這樣并不會影響整個畫面的效果。
本系統(tǒng)采用ＭＰＥＧ－４壓縮標(biāo)準(zhǔn)，選擇的實現(xiàn)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(shè)計原理
２．１ ＶＷ２０１０的主要特點
ＶＷ２０１０是ＶＷＥＢ公司開發(fā)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(nèi)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(nèi)ＣＰＵ（內(nèi)部擴展一個音頻編碼ＤＳＰ、一個音頻解碼ＤＳＰ、一個多路復(fù)合單元和一個多路解復(fù)合單元）。ＶＷ２０１０芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(gòu)成。此外，視頻編、解碼器內(nèi)部還集成了一個專用的ＳＤＲＡＭ。
（３）在系統(tǒng)上電／復(fù)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)ＰＣＩ接口。符合ＰＣＩ局部總線規(guī)范２.２。
（５）為了使編、解碼性能達到最佳，ＶＷ２０１０內(nèi)部集成了一個雙通道ＤＭＡＣ。系統(tǒng)ｈｏｓｔ可直接通過主機接口對ＶＷ２０１０進行控制，ＭＰＥＧ數(shù)據(jù)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(shè)計
圖２所示是用ＶＷ２０１０設(shè)計的壓縮卡的原理框圖。圖中，ＣＶＢＳ信號先經(jīng)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(chǎn)生符合ＶＷ２０１０視頻接口標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)換和編碼，以產(chǎn)生ＩＴＵ６５６標(biāo)準(zhǔn)的并行數(shù)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�。ǎ洌澹悖椋恚幔簦椋睿纾┕δ�，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(zhuǎn)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(jīng)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(chǎn)生符合ＶＷ２０１０音頻接口標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)生的ＭＰＥＧ流可通過芯片內(nèi)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(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計
３．１ 分層軟件體系結(jié)構(gòu)
按照操作系統(tǒng)的觀點，系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)應(yīng)為表１所列的分層結(jié)構(gòu)。驅(qū)動程序工作在核心態(tài)，并向下通過Ｃｈｉｐ ＡＰＩ實現(xiàn)對ＶＷ２０１０芯片的直接控制，向上則為應(yīng)用程序提供驅(qū)動程序接口（Ｄｒｉｖｅｒ ＡＰＩ）。按照Ｒｕｂｉｎｉ先生的觀點，驅(qū)動程序提供的是機制，而不是
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