基于VW2010芯片的嵌入式多媒体监控系统压缩解压卡设计2

1、基于 VW2010芯片的嵌入式多媒体监控系统压缩 / 解压卡设计 摘要：在简要分析了多媒体监控系统发展现状的基础上，提出了一种基于 VW2010压缩解压芯片的多媒体压缩解压卡的设计方案，给出了基于VW2010的多媒体监控系统压缩和解压卡的硬件结构图以及在 Linux 系统下VW2010的驱动程序，同时给出了在 Linux Redhat 7.3 下编写的测试程序，并进行了全面的测试。 关键词： MPEG；监控系统；压缩解压；设备驱动程序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。目前已广泛应用到金融、文博、酒店、交通、商业、医院、工厂、学校、住宅小区物业管理等各

2、个领域。从目前趋势看，多媒体监控系统的应用领域还在不断扩展。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（特别是视频压缩）领域内有很多国际标准（如技术委员会的标准、制定的标准以及著名的标准等）。其中，标准适用于传输的运动图形及其伴音编码，它具有较高的压缩比，其基本算法对于压缩水平方向为个像素、垂直方向为个像素，并以每秒帧画面运动的图像有较好的效果。早期的监控系统很多都采用此标准（如著名的以色列芯片即采用标准）；而标准的主要特点是可对图像中的内容进行编码，其核心是基于内容尺度可变性（）。内容尺度可变性意味着可以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）

3、时间分辨力表示。对于比较低的比特率应用系统来说，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，这个功能允许对具有较高优先级的对象用可接受的质量进行显示，第二优先级的对象则用较低的质量显示，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，在要求的比特率比较低时，对于监视画面的背景部分可以以较低的质量显示，这样并不会影响整个画面的效果。本系统采用压缩标准，选择的实现方式是硬压缩和硬解压，所用的压缩解压芯片为公司的。 硬件设计原理 的主要特点是公司开发的实时音视频压缩解压芯片（）。该芯片具有以下主要特点：（）片内集成有个信号处理控

4、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（内部扩展一个音频编码、一个音频解码、一个多路复合单元和一个多路解复合单元）。芯片的内部结构图如图所示。（）具有可编程、高性能和低功耗特点，因为每个信号处理控制单元都由一个处理器和专用的硬件加速器构成。此外，视频编、解码器内部还集成了一个专用的。（）在系统上电复位时，视频编、解码器的固件程序可由外部主机（）载入各自专用的；而片内的固件程序则可载入外挂的。（）芯片的主机接口采用标准接口。符合局部总线规范 . 。（）为了使编、解码性能达到最佳，内部集成了一个双通道。系统可直接通过主机接口对进行控制，数据流采用方式传输。（）提供有与

5、公司兼容的总线，可方便地对外围芯片进行控制。 基于的压缩解压卡硬件设计图所示是用设计的压缩卡的原理框图。图中，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视频接口标准的信号。 视频解码电路的核心是一个视频解码芯片，该解码芯片用于对信号进行转换和编码，以产生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（）和帧提取（）功能，如公司的、以及公司的等。由于的视频输入为格式，所以只需要选择具有基本转换和编码功能的视频解码芯片如即可。在模拟音频信号经过模拟音频接收电路进行前端处理后，便可通过音频电路产生符合音频接口标准的信号。是压缩卡的核心处理

6、芯片，该芯片除可完成音、视频信号的编码外，还可提供对解码器和的控制（通过总线），其编码产生的流可通过芯片内部集成的接口输出。的解压操作是压缩操作的逆过程，基本原理类似，基于的解压卡原理框图如图所示。 下设备驱动程序设计 分层软件体系结构按照操作系统的观点，系统软件体系结构应为表所列的分层结构。驱动程序工作在核心态，并向下通过实现对芯片的直接控制，向上则为应用程序提供驱动程序接口（）。按照先生的观点，驱动程序提供的是机制，而不是 策略。换句话说，驱动程序的主要任务是为应用提供全面、高效而可靠的服务，具体如何使用硬件则是应用需要解决的问题。表1 分层软件体系结构示意图SoftwareModeApp

7、licationUser modeDriver APIDriverKernel modeChip APIFirmwareHardWare layer 考虑到系统下的设备驱动程序开发技术已经相当成熟，笔者不打算详细介绍驱动程序的完整框架和各个模块，而是在分析芯片与通信机制的基础上，着重讨论在驱动程序中如何实现对芯片的有效控制以及如何通过应用程序实现芯片间数据的有效传输。与的通信机制提供了三种与通信的机制：直接访问内部寄存器、共享存储区（）和。允许直接访问其内部寄存器和外部存储单元，寄存器方式主要用于调试目的和下载固件程序；方式则负责芯片和应用缓冲区之间的数据传输（如数据流）；共享存储区机制是设备

8、驱动程序和间的主要通信方式。（） 共享存储区（ ）采用共享存储区机制接收的命令并返回命令执行结果。与进行通信的共享存储区（以下简称）位于 中地址处，共字节；而与进行通信的共享存储区（以下简称 ）则位于 中的地址处，也是字节。的格式如表所列。表中，为命令码，分别为：读数据（）、 （）、写数据（）、打开命令（）和关 命令（）； 中断 ， ， 行完定 的任 后将 生一个中断， 不 生中断； 由打开命令从中 得，当不同 ，有不同的含 。表 2 host到 VW2010的共享内存区格式Address31:1615:87:03F1800ReservedIntFlagCMD3F1804ReservedRes

9、ervedReserved3F1808Reserved3F180CDevice Handle3F1810Parameters3F1814表 3VW2010到 host 的共享内存区格式Address31:1615:87:03F1880ReservedReservedReserved3F1884ReservedACK/NACKCMD3F1888Return Code3F188CDevice Handle3F1890Parameters3F1894的格式如表所列。的含 是：如果中的 ，且命令成功 行， ；如果中 ，而 行命令失 ， ，并将 保存在字段。一般在 送其它命令之前，必 先 送打开命令，此

10、 ， 字段 ，字段 打开 型（，或 - ）。如果 命令成功 行， 会在的 字段返回所分配的 ，并在的字段返回 助参数区的首地址（下面 称 ）。 助参数区由在中 分配，主要用于 与命令有关的参数。在 束使用共享内存区后，必 送关 命令以 放 助参数区。（）信号灯由于共享存 区是 界 源，所以必 提供一种机制，以保 和使用 不 生冲突。 此，分 和 提供了两个硬件信号灯，它 由寄存器和的最低位控制。此外， 信号灯定 了以下两种操作。写操作：向或最低位写入，然后 放共享存 区。 操作：返回或最低位的 ，同 清 位 。（） 到的中断通常通 向 中断的方式通知从共享存 区 取主机命令。用寄存器 到的中断

11、。的最低四位用于保存中断 数，第五位 中断屏蔽位。向每写一次，中断 数加；每 一次，中断 数减。只要中断 数不 ，内部的中断 求信号将一直保持有效。的数据 写和方法的 的数据 写和的 依 于上述的共享存 区机制，下面通 假 已 用打开命令（）从 取了和 助参数区（首地址 ）来 行 。（） 数据 写的 和 分 出了在系 用部分和中断服 部分的 数据流程 。采用方式 与 用空 的数据交 。 写命令用于建立从到的通道并启 数据 ，它并不等待数据 完成，而是 在后台运行，当传输结束后，将中断主机。当应用程序要读写数据时，它首先会分配一些缓冲区用于保存读写数据。这些缓冲区可以用首地址和长度标识，如可以使用（，）代表首地址为、长度为的缓冲区。在发送读写数据命令时，的字段为，辅助参数区的内容为应用空间数据缓冲区的信息，其格式即为上述的首地址和缓冲长度标识对（，）。根据这些缓冲区信息来建立应用空间的通道。 ( )的实现使用时，可定义多种码以用于控制芯