IXP425和DM642的会议电视多点控制单元硬件设计

引言
“会议电视系统”是指多个不同地方的人或者群体，通过通信线路以及多媒体通信设备，将声音、影像以及文字资料互相传送，实现即时和互动的沟通，从而达到完成传统的地点集中式会议目的的系统。采用会议电视的方式，可以使身处多个会场的与会者，既能听到其他会场人员的声音，又能看到其他会场的图像，与会人员可以通过音／视频传输通信来发表意见、观察对方形象，另外可出示实物、图纸等增强现场感，还可以通过传真或共享电子白板等方式及时传送相关文件、图表或讨论问题等，缩短与会者之间的空间距离，改善会议气氛，使与会者都能身临其境，如同在一个地方开会一样。
会议电视系统主要由终端设备、传输通道(通信网)以及多点控制单元MCU(Multipoint Control Unit)组成。其中多点控制单元是会议电视系统的核心部分，它的作用相当于计算机网络里的交换机。交换机将来自各会议场点的信息流，经过同步分离后，抽取出音频、视频、数据等信息和信令，再将会议场所的信息和信令，送入各处理模块，完成相应的音／视频混合或切换、数据广播和路由选择、定时和会议控制等过程，最后将会议地点所需的各种信息重新组合起来，送往各会议电视终端。本论文立足于设计一个成本较低、运行较稳定、功能较全、容量较大、运算速度较快、兼容性好、安全性较好、操作简单、能在2M网络带宽下运行的针对中小型用户的嵌入式会议电视多点控制单元。
会议电视多点控制单元(MCU)的主要功能是：
①媒体控制、媒体处理：包括音视频的提取，音频和视频的重新编码、混合、切换等，数据的广播和路由选择，语音激励的计算以及其他需要的媒体功能；
②可接收其他多点控制单元转发的音视频数据，重新进行音／视频切换或混合后发送到会议电视终端进行解压解码，还原成声音、影像和计算机数据后进行本地输出；
③MCU和终端遵循协议(如H．323、SIP等)进行连接；
④MCU和终端可接收对方发送的控制信号并进行响应；
⑤网络接入功能；
⑥可通过RS232进行参数设置。

1 方案设计
方案1：参考文献中提出了一种基于TCP／IP协议的桌面视频会议系统中多点控制单元的实现方案，该方案采取纯软件式结构，方案成本低，开发周期短，但该方案处理音视频路数有限，画质较差。
方案2：参考文献中提出了一种基于DSP-642的会议电视硬件平台方案，设计和实现了基于H．264协议的像素域多画面合成的PCI通信模块、视频编解码模块，但容量只有4路，画质一般。
综合比较以上2种方案，结合本会议电视多点控制单元MCU的具体情况，本文设计的会议电视多点控制单元MCU采用Intel嵌入式处理器IXP425作为主控制器，采用4片DM642芯片作为数据处理芯片，主控制器与数据处理模块之间采用PCI总线进行通信。这种方案开发周期相对较短，TI、InteI等芯片厂商提供了完善的软硬件开发包，另外由于采用PCI总线连接主控制器模块和数据处理器模块，数据传输速度快，吞吐率高。

2 系统设计
系统框图和采用的功能芯片如图1所示。系统主要由控制模块和音／视频处理模块组成。

控制模块由单板上的IXP425+CPLD组成。负责单板的资源和信息管理，把从业务单板发送过来的音／视频信号转发给相应的DM642处理。单板CPLD主要实现单板的复位、时钟检测、片选信号控制、寄存器读写、单板信息等功能。音／视频处理模块由单板上4片DM642完成，是单板的核心模块。决定音／视频处理模块性能的有两个关键因素：音／视频算法性能以及PCI总线的传输性能。
为了增强PCI总线的传输性能，可从如下两个方面改善：提高PCI总线传输效率；PCI总线上任何一个器件都可以作为主器件发起传输，这样DSP芯片之间的数据传输不用通过IXP425转发，节约总线带宽。

2．1 IXP425模块
IXP425模块主要包含CPU最小系统、CPLD控制模块、调试模块、网络管理模块等。框图如图2所示。

IXP425自身具有Expansion总线，能使flash、HPI总线设备、SDRAM等设备与内部ASHB挂接，可兼容Intel／Motorola等制式接口，有cs[7：0]8个bank选择，每个块大小为16 MB，若采用WinCE操作系统，Flash空间则至少在20 MB以上，故最小系统设计时利用了cs0及cs1两个bank作为系统存储空间。为了给程序下载模式留下足够的存储空间，又增加了两片16 MB的Flash。Flash连接如图3所示。

由于IXP425内置了专用的SDRAM控制器，根据其接口原则，同时考虑到平台对运算性能留有一定余量，最小系统中对SDRAM部分的设计选用了2片32 MB的SDRAM，硬件兼容128 MB的SDRAM设计。

2．2 网口设计
IXP425内部有3个与XScale核并行工作的网络处理