基于MPC82xx處理器和專用編解碼芯片的DVR設計

1、基于mpc82xx處理器和專用編解碼芯片的dvr設計、工廠、小學、樓宇、小區(qū)物業(yè)管理等各個領域。從進展趨勢來看，多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的應用領域還在不斷擴展。目前，已經有一些公司推出了基于x86的dvr，但是功耗、成本、體積、穩(wěn)定性方面還是有所欠缺。華恒科技目前提供基于powerpc的開發(fā)平臺可以滿足這方面應用，本文所闡述的便是以powerpc處理器和專用音視頻編解碼芯片為核心開發(fā)的嵌入式dvr產品設計。該設計利用嵌入式powerpc cpu實現(xiàn)系統(tǒng)控制、存儲、傳輸?shù)?，以及利用專用芯片實現(xiàn)mpeg-1、-2、-4的音視頻編解碼，適合于中高端dvr的開發(fā)。一、 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是powerp

2、c cpu重要的軟件基礎。和windows不一樣，linux在市場上有多種發(fā)行版本，全部發(fā)行版本都包含相同的linux內核、基本工具和應用，不同的發(fā)行版本主要是在附加的工具鏈、應用、配置以及各種內核補丁上有所不同。嵌入式linux主要是在實時性增加、內核精簡和裁減、支持多種cpu結構(如powerpc cpu)等方面做了改進和提高。尤其由于linux對于網絡的良好支持，無數(shù)服務器、網絡設備現(xiàn)在都基于linux操作系統(tǒng)來開發(fā)。目前在powerpc處理器上運行的ppclinux操作系統(tǒng)是帶mmu的linux操作系統(tǒng)，特地針對powerpc處理器作了裁減和優(yōu)化。我們用法的是官方發(fā)布的開源免費的版本，

3、開發(fā)商無需考慮授權及付費方面的問題?；趐pclinux開發(fā)，軟件可以基于編寫，同時也支持c+、java等，用法針對powerpc的gnu gcc編譯工具編譯，和在一般linux操作系統(tǒng)上開發(fā)十分臨近。并且在一般linux操作系統(tǒng)上開發(fā)的軟件也大多能夠便利地移植過來。在開發(fā)外設接口驅動方面，ppclinux支持內核加載以及動態(tài)insmod加載的方式，為開發(fā)者擴展接口、外設功能提供了極大的方便。1 嵌入式處理器mpc82xx是 power quicc ii系列的32位嵌入式處理器。該系列處理器面對網絡基礎設施、存儲設備及電信產品中需要集成與pci銜接的系統(tǒng)的應用需求，提供了一種基于powerpc

4、架構的性價比較高的計劃。其主要應用包括：dvr系統(tǒng)；路由器/交換機；嵌入式計算；網絡存儲；遠程集線器；raid系統(tǒng)的磁盤控制系統(tǒng)；lan到wan網橋/路由器；xdsl系統(tǒng)等。mpc8250是powerquicc ii系列目前最先進的為電信和網絡市場而設計的集成通信微處理器。與mpc860相像，mpc8250也有兩個主要的組成部分：嵌入的powerpc內核和通信處理模塊(cpm)。因為cpm分擔了嵌入式powerpc核的外圍工作任務，這種雙處理器體系結構功耗要低于傳統(tǒng)的體系結構的處理器。cpm同時支持3個迅速的串行通信控制器(fcc)、1個多通道控制器(mcc)、4個串行通信控制器(scc)、2

5、個串行管理控制器(smc)、1個串行外圍接口(spi)和一個i2c接口。mpc8250 1.5w的低功耗，-40°c至105°c的工作溫度范圍，是該款多功能和高性能芯片的另外兩個良好特性。華恒將該款芯片同華恒嵌入式linux v3.0操作系統(tǒng)整合的hhppc8250-3fec-pci-r1型開發(fā)套件為用戶在網絡和通信產品的開發(fā)方面提供巨大的開發(fā)潛力，并協(xié)助客戶縮短開發(fā)周期，加速產品的上市。目前華恒科技推出的基于mpc8250的開發(fā)平臺：可以支持標準pci接口pci-ide陣列卡、視頻卡、接口卡、wlan無線網卡、minipci接口的wlan無線網卡等等，開發(fā)商可以基于基本開

6、發(fā)平臺自由擴展、集成各種不同的應用。該系列處理器中可供挑選的還有mpc8241/8245、mpc8260等。2 編解碼芯片挑選原始的視頻數(shù)據(jù)量很大，需要占用十分高的帶寬。假如需要舉行長時光的錄像、存儲，必需在保證在一定圖像質量的前提下通過壓縮技術盡量降低視頻資料的碼率，削減需要存儲的數(shù)據(jù)量，以滿足更長時光的存儲要求和削減成本，同時也可以更好的滿足網絡監(jiān)控的要求。目前在網絡監(jiān)控、視頻點播等產品應用中，mpeg-4格式的視頻壓縮算法較為流行，其碼率普通在數(shù)百kbps到1mbps左右。視頻壓縮算法的效率打算了監(jiān)控產品的圖像質量和應用前景。要實現(xiàn)成熟的編解碼算法，需要投入大量的研發(fā)資源，而采納相應的編

7、解碼asic芯片則可以避開軟件算法方面的投入。vw2010是實時mpeg-1、-2和-4音視頻系統(tǒng)編解碼芯片(同時壓縮、解壓或編碼、解碼)，徹低兼容iso/iec-11172-2、iso/iec-13818-2、iso/iec-14496-2和itu-t h.263(基線)。視頻編碼部分接收未壓縮的itu-r.bt.656數(shù)字視頻信號。它將輸入和壓縮的視頻轉換為mpeg-1、-2、-4或h.263格式。其音頻編碼部分接收雙通道分立的i2s數(shù)字音頻格式數(shù)據(jù)并具有輸入濾波功能，它可將每路音頻轉換為mpeg-1、mpeg-2、mp3、aac或ac-3音頻格式。vw2010為網絡應用輸出傳輸流或為存儲

8、應用輸出節(jié)目流。視頻解碼部分接收mpeg位流并輸出itu-r.bt.656數(shù)字視頻。音頻接收mpeg-1、mpeg-2、mp3、aac或ac-3位流并輸出i2s、s/p-dif或iec-61937壓縮音頻。vw2010是該dvr系統(tǒng)中完成音視頻編解碼的主芯片。vw2010不但可以產生mpeg-2格式的數(shù)據(jù)碼流，而且可以產生mpeg-4格式的數(shù)據(jù)碼流。它對壓縮數(shù)據(jù)的碼率可在128kbps到6mbps之間可調，以適應各種用戶的需要。低碼率的文件適合網絡傳揚并節(jié)約存儲空間，而高碼率的文件具有最佳的聲、視覺播放效果。而且，vw2010可以單獨編碼音頻數(shù)據(jù)并能實現(xiàn)mp3的功能特性。下面列出一些目前在dv

9、r產品中應用較為廣泛的音視頻編解碼芯片計劃：asic：ime6400、vweb2010、wis7007；：blackfin 532加多媒體pci bridge saa7146、pnx1302加畫面分割芯片aq424；高端：pnx1501、dm642。二、應用系統(tǒng)組成及特點該系統(tǒng)的核心芯片惟獨兩片(vw2010及mpc8250)，并能通過標準的pci完成交互控制。嵌入式cpu mpc8250集成度高，不但節(jié)約了傳統(tǒng)的pci橋芯片、以太網mac，還削減了外圍設計的難度和工作量。vw2010外圍的a/d、d/a等芯片可以通過mpc8250的串行i2c接口，便利地完成相應的初始化和制式轉換。囫圇系統(tǒng)對

10、電源種類要求很低，削減了對電源部分的設計壓力和成本。因為采納嵌入式linux操作系統(tǒng)，并且處理器本身的命令與一般x86的處理器不同，不易被黑客及病毒襲擊，保證了囫圇系統(tǒng)的平安性能。該系統(tǒng)架構1。視頻信號先經過視頻接收電路舉行前端處理(包括阻抗匹配、限幅和鉗位)，然后通過視頻解碼電路產生符合vw2010視頻接口標準的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信號舉行a/d轉換和編碼，以產生itu656標準的并行信號。高檔的視頻解碼器還支持圖像尺寸縮放(scaling)和幀提取(decimating)功能，如飛利浦的saa7114、saa7115以及rockw

11、ell公司的bt829a等。因為vw2010的視頻輸入為itu656/d1格式，所以只需要挑選具有基本a/d轉換和編碼功能的視頻輸入處理芯片如saa7113即可。在模擬音頻信號經過模擬音頻接收電路舉行前端處理后，便可通過音頻電路產生符合vw2010音頻接口標準的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i2s總線)，其編碼產生的mpeg流可通過芯片內部集成的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。在vw2010按照系統(tǒng)的配置將該音視頻信號壓縮編碼為mpeg-1、-2或-4格式的音視頻數(shù)

12、據(jù)后，主cpu mpc8250通過pci總線將壓縮編碼后的音視頻數(shù)據(jù)以文件的形式存入ide接口的硬盤或cdrom-r/w中(需操作系統(tǒng)的支持)。同時，在vw2010內部可將編碼后的音視頻數(shù)據(jù)挺直解碼輸出到相應的d/a轉換器中，完成對用戶的實時播放。三、硬件設計注重事項采納嵌入式的處理器，相對來說在電路設計方面要容易無數(shù)，華恒科技目前提供基于mpc8250的開發(fā)平臺及參考設計，而vw2010目前有成熟的pci編解碼卡。采納現(xiàn)成的嵌入式linux開發(fā)平臺和音視頻編解碼卡，用戶前期僅需在外圍接口板舉行容易的擴展，即可迅速推出產品樣機，削減前期開發(fā)的周期和成本。在完成前期工程樣機及相關軟件開發(fā)后，開發(fā)

13、者可以進一步將囫圇系統(tǒng)重新整合，重新設計硬件電路板。因為電路的復雜性，且采納了高速數(shù)字電路，加上對電磁兼容()的設計要求，設計硬件電路時需考慮以下幾點：1對于處理pci及sdram等控制接口的時鐘線時，要盡量使各線的長度及阻抗匹配，并要求對電路中的高速時鐘線舉行覆銅屏蔽；2采納六層電路板，可以降低回路噪聲，提高電路的穩(wěn)定性；3對于視頻的a/d芯片而言，應盡量做到模擬地與數(shù)字地隔離。避開數(shù)字電路對產生干擾，提高采樣的精度；4對于高速的數(shù)據(jù)總線應盡量添加排阻，以達到阻抗匹配的目的。并應盡量削減走線長度，減小電路中的環(huán)路面積。四、系統(tǒng)軟件開發(fā)編解碼的工作已經可以實現(xiàn)，實際音視頻碼流的采集、存儲、傳輸

14、必需要操作系統(tǒng)來控制和完成，首先需要實現(xiàn)的是vw2010在linux下的設備驅動程序。linux系統(tǒng)下的設備驅動程序開發(fā)技術已經相當成熟，詳細用法和開發(fā)這里不再贅述。目前vw2010已經在pc平臺上有較為廣泛的應用，相應的廠商已經可以提供基于windows、linux操作系統(tǒng)成熟的驅動支持。目前流行的板卡主要有這樣一些功能：水印、中文osd疊加、時光戳疊加、logo疊加、mosaic遮擋、單幀捕捉、強制關鍵幀輸出、動態(tài)轉變壓縮幀率參數(shù)、動態(tài)調整視頻參數(shù)、動態(tài)轉變幀結構、動態(tài)檢測、雙碼流、板載加密區(qū)。普通回放庫支持文件方式播放和實時流播放，變速播放、回放抓圖、回放亮度對照度調整、動態(tài)丟幀。網絡庫支持udp/tcp傳送，支持多播(multicast)和雙向通訊。采納現(xiàn)成的編解碼卡，無論基于pc或是嵌入式平臺上開發(fā)都需要考慮相關軟件開發(fā)工具包(sdk)的穩(wěn)定性、易用性、兼容性、功能的完整性和技術服務水平。除了考慮板卡的這些基本功能之外，還需要考慮的一點是板卡生產廠商的產品序列是否齊全，板卡sdk是否兼容，從而庇護軟件開發(fā)投入。比如說，因為國家dvr標準