基于SAA6752HS 的嵌入式视频监控和传输系统的设计

引言

人类接受信息中有70%是视频信息。相对于语音和文字信息来说，视频信息更直观，信息量更大，处理和传输技术也更为复杂。视频监控系统作为视频技术的一个应用领域，在军事安全等领域发挥着重要的作用。目前视频监控系统主要采用模拟和数字两种技术。数字视频技术不仅能减少视频传输引起的失真，还能对视频信息进行分析、识别及有效信息提取。因此随着数字技术的进步，数字视频监控将成为今后的发展方向。

数字视频监控的一项核心技术是视频压缩技术。视频信号包含大量的数据信息，通过压缩手段把信息数据量压下来，以压缩形式存储和传输，既紧缩了存储空间，又提高了通信干线的传输效率，同时也使计算机实时处理音频、视频信息，以保证播放出高质量的视频、音频节目成为可能。MPEG-2 标准是运动图像专家组于1995 年正式公布的。它的用处在于可以使运动视音频数据作为一种计算机可处理的数据形式，并且可以存储在各种存储媒体上，可以在现存或未来的网络上发送、接受，并且可以在现存或未来的广播信道上传播。本文讨论的就是一种采用MPEG-2 压缩标准的数字视频监控系统。

MPEG-2 视频数据压缩原理

MPEG-2 图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性和时间相关性。利用离散余弦变换(DCT) 编码技术降低空间数据相关性；运动估计和预测技术降低邻近帧像素的时间相关性来实现帧间数据压缩。MPEG-2 基本编解码模型如图1 所示。图中虚线上半部分完成视频编码功能，虚线下半部分完成视频解码功能。

编码器中的预处理器对原始图像中的噪声进行过滤，并将图像分割成宏块。对于帧内编码，宏块经过DCT 变换、量化和变长编码后输出压缩的视频数据；对于帧间编码，运动估计对宏块的运动进行估测和补偿来减少图像的时序冗余；图像预测器根据参考帧来预测当前帧，两者之间的差值经过DCT变换、量化和变长编码后输出，由于差值较小可以使编码所需比特数减少很多；逆量化和IDCT的目的是为了完成参考帧的重现。解码器中变长解码、逆量化和IDCT重构帧内编码的图像，图像预测器根据参考帧和运动矢量完成帧间编码图像的重现。

图1 　MPEG-2 编解码模型图

系统设计

系统硬件设计

系统总体结构

系统主要由两个部分组成：一是模拟视频数据解码和数字视频数据编码子系统。二是视频码流以太网传送子系统。此外还有电源子系统、JTAG调试子系统等，这里不做详述。系统的基本结构图如图2 所示。

图2 　系统原理图

系统首先通过模拟摄像机将外部的信号转换为PAL 制的复合视频信号，然后模拟视频解码和数字视频编码子系统将模拟摄像机的PAL 制式复合视频信号压缩为MPEG-2 格式视频流，最后，DSP 控制器将视频流封包通过以太网传送子系统以百兆的带宽传送出去。

模拟视频解码和数字视频编码子系统

模拟视频解码部分的任务是对输入的PAL 制视频信号进行采样量化编码后，转换成标准数字视频信号。我们选用的PHILIPS 公司的SAA7114 芯片。SAA7114 是一种高性能的单片NTSC/PAL/SECAM复合视频解码器，低功耗、低价格、具有卓越的三线自适应梳状滤波器能克服传统滤波器的人工痕迹而保证全屏视频分辨率，具有灵活的像素端口，并具有外围电路简单和易于编程等优点。

在系统中， SAA7114将模拟信号解码后得到的信号转换为ITU-RBT.656 数字视频格式，可以与SAA6752 直接相连，如图3所示。系统中采用SAA7114的视频输出口为X-port作为数据输出口。X-port的信号分为以下几类：

a、数据信号XPD7-XPD0 ：输出解码后的数据值；

b、时钟信号XCLK：作为系统参考时钟信号；

图3 　SAA7114 与SAA6752 的接口

c、行同步信号XRH 和场同步信号XRV ：当输出为行同步信号和场同步信号时，这两个信号有效；

e、XDRI 控制X-port 是作为输入口还是输出口。

RTS0 输出奇数场或偶数场的标志位。

MPEG-2 视频编码部分是整个系统的关键部分，它将ITU-RBT.656格式的数据编码压缩为ISO/IEC 13818的MPEG2传输流(TS) 。这一部分选用的是PHILIPS 公司的SAA6752HS 芯片。它是一款高集成度低成本的单芯片音视频编码芯片，可以执行全部的视频编码、噪声滤波和运动估计的功能。另外，通过I2C 总线就能实现对SAA6752HS 控制，因此SAA6752HS 只需要从主控制处理器的I2C总线上传输少量设置编码的参数就可以使SAA6752HS 开始编码工作。SAA6752 与TMS320VC5502 主控DSP 的连接如图4 所示。

SAA6752 的输出接口各引脚功能如下：

a、PDO[7. . 0 ]输出数据；
b、PDIOCLK输出参考时钟，可以设为9MHz 或6. 75MHz ；
c、PDOAV 信号表示输出的是视频数据还是音频数据；
d、PDOVAL 信号表示输出的数据是否有效；
e、PDOSYNC 表示输出的是数据包的第一个字节。