基于MPEG-4的嵌入式多媒体监控系统中压缩/解压卡的设计与实现

1 　MPEG-4 标准及其在多媒体监控系统中的应用
多媒体监控系统是多媒体技术在安防领域的新应用。音视频压缩技术是多媒体监控系统中的关键技术。在数字多媒体压缩领域内有很多国际标准,如ISO/ITU-T 技术委员会下的JPEG 标准,CCITT制定的H. 263标准,以及著名的MPEG标准等。

MPEG-4标准于2000年10月公布。MPEG-4 标准的主要特点是对图像中的内容进行编码, 其核心是基于内容的尺度可变性(Content - basedscalability) 。内容尺度可变性意味着给图像中的各个对象分配优先级。其中,比较重要的对象用较高的空间和(或) 时间分辨力表示。对甚低比特率应用来说,尺度可变性是一个关键的因素,因为它提供了自适应可用资源的能力。例如,这个功能允许使用者规定:对具有较高优先级的对象以可接受的质量显示,第二优先级的对象则以较低的质量显示,而其余内容(对象) 则不显示。对于监控系统来说,在绝大部分时间内,监视画面的背景都保持不变,因此在要求低比特率时,对于监视画面的背景部分可以以较低的质量显示,且不会影响整个画面的效果。本系统采用MPEG- 4 压缩标准,在实现上选择硬压缩和硬解压, 所用的压缩解压芯片为VWEB公司的VW2010 芯片。

2 　硬件设计原理

2. 1 VW2010 芯片的主要特点
VW2010是VWEB公司开发的实时MPEG-4音视频压缩/ 解压芯片(CODEC) 。该芯片具有以下主要特点:
(1) 单片集成3 个信号处理/ 控制单元,包括一个视频编码(压缩) 器、一个视频解码(解压) 器和一个片内CPU(内部扩展一个音频编码DSP、一个音频解码DSP、一个多路复合单元和一个多路解复合单元) 。
(2) 为了达到可编程、高性能和低功耗,每个信号处理/ 控制单元都是由一个RISC处理器和专用的硬件加速器构成,视频编、解码器内部还集成一个专用的SDRAM。
(3) 在系统上电/ 复位时,视频编、解码器的固件程序从外部主机(host )载入各自专用的SDRAM;片内CPU的固件程序载入VW2010外挂的SDRAM。
(4) 芯片主机接口采用标准PCI 接口。符合PCI局部总线规范2. 2 。
(5) 为了使编、解码性能达到最佳,VW2010内部集成了一个双通道DMAC。系统host直接通过主机接口对VW2010 进行控制,MPEG流数据则采用DMA方式传输。
(6) 提供了与PHILIPS公司兼容的I2C总线,方便对外围芯片的控制。

2. 2 基于VW2010 的压缩/ 解压卡硬件设计原理
压缩卡的原理框图如图1所示。CVBS信号先经过视频接收电路进行前端处理,包括阻抗匹配、限幅和钳位,然后通过视频解码电路产生符合VW2010视频接口标准的ITU656信号。视频解码电路的核心是一个视频解码芯片,解码芯片对CVBS信号进行A/ D转换和编码,产生ITU656 标准的并行数字电视信号。高档的视频解码器还支持图像尺寸缩放( scaling) 和帧提取(decimating) 功能,如PHILIPS 公司的SAA7114 、SAA7115 以及Rockwell 公司的BT829A 等。由于VW2010的视频输入为ITU656/D1 格式,所以只需要选择具有基本A/D 转换和编码功能的视频解码芯片如SAA7113 即可。