基于TM1300的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器的設(shè)計(jì)

　　1 　系統(tǒng)介紹

　　隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用的推廣，獨(dú)立機(jī)型的嵌入式多媒體通信終端系統(tǒng)由于其成本低、性能好等優(yōu)點(diǎn)已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的嵌入式視頻編碼器的研究便成為設(shè)計(jì)多媒體通信終端系統(tǒng)中的核心內(nèi)容。嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器的工作原理是將模擬視頻信號(hào)數(shù)字化后按照國際標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，客戶端可以從網(wǎng)絡(luò)接收視頻數(shù)據(jù)，解碼后實(shí)時(shí)回放。嵌入式視頻編碼器是一個(gè)高性能處理器和操作系統(tǒng)捆綁較為緊密、功能專一、設(shè)計(jì)專門的獨(dú)立設(shè)備，不像插卡系統(tǒng)那樣受通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中其他軟件硬件的影響，性能上更穩(wěn)定可靠且易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，便于安裝、管理和維護(hù)。

　　TM1300是一款高性能的多媒體處理器，可采用pSOS 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并提供了功能較為完善的在線調(diào)試工具。設(shè)計(jì)人員可以通過在線調(diào)試工具在pSOS 平臺(tái)上開發(fā)TriMedia 的各種資源和調(diào)試各種應(yīng)用程序，從而最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)。本文提出了一種適用于IP 網(wǎng)絡(luò)的基于TM1300 的嵌入式視頻編碼器，并詳細(xì)討論了整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。我們將該編碼器應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的視頻傳輸并取得了良好的圖像質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器實(shí)現(xiàn)的主要功能有：視頻信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，H.263 視頻壓縮編碼、H.323網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理、攝像頭控制和透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

　　2 　硬件設(shè)計(jì)

　　2. 1 TM1300介紹

　　視頻編碼器的核心TM1300是Philips公司推出的針對(duì)多媒體應(yīng)用的一款高性能DSP ，它能夠進(jìn)行高質(zhì)量的視頻和音頻處理。 TriMedia提供的強(qiáng)大的編譯器和軟件開發(fā)環(huán)境使開發(fā)人員無需使用匯編語言，而是利用C或C++語言來編寫應(yīng)用程序。

　　TM1300的核心是32 位的處理器，能夠進(jìn)行32 位的線性尋址，尋址能力可達(dá)到4GB. TM1300核心處理器采用VLIW 結(jié)構(gòu)，可以在每一時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行5條指令。 TM1300 支持16KB 的高速數(shù)據(jù)緩存和32KB 的高速指令緩存，并且高速數(shù)據(jù)緩存是雙向的。 TM1300還集成了PCI 總線接口，既可以作為PC環(huán)境下的從CPU ，也可以用于嵌入式系統(tǒng)作為主CPU. TM1300 有別于一般的通用DSP，它有專門的視頻接口、音頻接口以及圖像協(xié)處理器單元和可變長解碼器單元等專門單元。圖像協(xié)處理器主要用于圖像的濾波或縮放，提高處理的速度; 可變長解碼器則可以協(xié)助內(nèi)核完成Huffman 解碼。

　　2. 2 　硬件總體結(jié)構(gòu)

　　網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器的硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。編碼器將來自攝像頭的模擬視頻信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換芯片SAA7111A 轉(zhuǎn)換成YUV 格式的數(shù)字視頻信號(hào)，由TM1300 （1）按H.263 協(xié)議壓縮成多種速率的圖像數(shù)據(jù)碼流，然后通過PCI 總線傳遞給負(fù)責(zé)協(xié)議處理的TM1300 （2），視頻壓縮數(shù)據(jù)在這里封裝之后最后通過PCI 總線傳給以太網(wǎng)接口控制器RTL8139C（L）為核心的以太網(wǎng)接口單元，由其送到IP 網(wǎng)上。外圍擴(kuò)展模塊以W77E58 單片機(jī)為核心，通過兩個(gè)串口分別控制攝像頭和收發(fā)透明數(shù)據(jù)。 CPLD 主要完成地址譯碼、PCI 總線仲裁等功能。開發(fā)的應(yīng)用程序經(jīng)編譯連接，寫入FLASH 中。編碼器上電復(fù)位后通過EEPROM 中的自舉程序?qū)LASH 中的程序搬移到SD RAM 中，系統(tǒng)開始運(yùn)行。根據(jù)以上功能可以將網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器的硬件設(shè)計(jì)分為以下四個(gè)功能單元：（1）視頻編碼單元;（2）協(xié)議處理單元; （3）網(wǎng)絡(luò)接口單元; （4）外圍擴(kuò)展單元。

　　圖1 　網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器硬件總體結(jié)構(gòu)

　　2. 3 　視頻編碼單元

　　視頻編碼單元以TM1300 （1）為核心，外圍器件包括EEPROM ， 16M SDRAM ，視頻AD芯片SAA7111A ，雙口RAM 和16MB FLASH. 其中，SAA7111A 是Philips的增強(qiáng)型視頻輸入處理器（ EVIP），輸入的模擬視頻信號(hào)可以是CVBS（PAL ，NTSC 等）和S-Video （ Y/C），A/ D 轉(zhuǎn)換后輸出符合CCIR-656 的YUV4∶2∶2 數(shù)字視頻信號(hào)。視頻輸入原理圖如圖2 所示，SAA7111A 的YUV數(shù)字視頻輸出端口和TM1300 的視頻輸入端口（VI）相連接， SAA7111A 的工作方式由TM1300通過I2C 總線進(jìn)行配置。

　　圖2 　視頻輸入原理圖

　　SDRAM 是同步動(dòng)態(tài)RAM ，它提供Burst 訪問方式，用于存取應(yīng)用程序，原始的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)以及處理的中間數(shù)據(jù)。 TM1300 （1）外接的SDRAM采用2 片（12rank 接口方式），每片容量為4 ×1M ×16bit ，總?cè)萘繛?6MB.

　　在上電復(fù)位后， TM1300 （1）通過I2C 總線從EEPROM 中讀取啟動(dòng)信息，配置時(shí)鐘分頻寄存器和SDRAM 寄存器，然后將EEPROM 中的自舉程序搬移到自DRAM-BASE 開始的SDRAM 中并開始執(zhí)行自舉程序，自舉程序?qū)LASH 中的相應(yīng)的應(yīng)用程序搬移到TM1300 （ 1）和TM1300 （ 2）的SDRAM 后，便各自開始正常工作了。

　　2. 4 　協(xié)議處理單元

　　協(xié)議處理單元以TM1300 （ 2）為核心，擴(kuò)展EEPROM 和16M SDRAM ，其電路與視頻編碼單元相應(yīng)的內(nèi)存接口和啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)類似.TM1300（2）的工作模式為從模式，在上電復(fù)位后，通過I2C 總線從串行EEPROM 中讀取啟動(dòng)信息，配置時(shí)鐘分頻寄存器和SDRAM 寄存器。然后等待由TM1300 （1）完成系統(tǒng)啟動(dòng)的剩余工作，包括MMIO 空間、DRAM 空間的配置等，等待TM1300（1）將FLASH 中的相應(yīng)的應(yīng)用程序搬移到TM1300 （2）的SDRAM 中， TM1300 （2）便可以開始正常工作了。

　　2. 5 　網(wǎng)絡(luò)接口單元

　　網(wǎng)絡(luò)接口單元原理圖如圖3 所示，以REALTEK的RTL8139C（L）以太網(wǎng)控制器為核心，經(jīng)以太網(wǎng)變壓器ST6118T 和RJ 45 插座，通過雙絞線連接到局域網(wǎng)。 RTL8139C（L）接口和PCI2.1規(guī)范完全兼容，可以很方便的掛在TriMedia 的PCI 總線上。以太網(wǎng)接口把視頻編碼及協(xié)議處理后的數(shù)據(jù)按以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)格式打包傳送到以太網(wǎng)，同時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)接收端的數(shù)據(jù)變化，把接收到的數(shù)據(jù)拆包，傳送到TM1300 （2）。