一種嵌入式視頻記錄系統的設計與實(shí)現

壓縮編碼采用Zapex公司的視頻壓縮芯片SZ1510，它是一個(gè)實(shí)時(shí)MPEG－1和運動(dòng)JPEG圖像編碼器，內置TI的TMS320C54XDSP，協(xié)調完成芯片功能，性能優(yōu)異。工作頻率外部為27MHZ，內部(邏輯)為81MHZ，可配置到94.5MHZ。內核工作電壓1.8V，I/O口可以驅動(dòng)3.3V。采用0.18UM CMOS4LM技術(shù)設計，消耗功率僅為0.2W；144IQFP封裝。整個(gè)芯片內部可以分為6個(gè)非常靈活的功能模塊，分別是視頻接口，視頻編碼器核心，DSP輔助系統，存儲器接口，主設備及串行接口和DMA控制器，相互連接成為一個(gè)大的可變的模塊化整體。

4 軟件設計

由于DOS不支持視頻壓縮，因而本系統采用Windows操作系統及VC++進(jìn)行開(kāi)發(fā)。首先在普通PC機上設計程序,再利用U盤(pán)將設計程序在DIMM-PC上進(jìn)行調試。在系統啟動(dòng)時(shí)[6]，主控計算機首先對壓縮卡進(jìn)行初始化，當設置好MPEG-1壓縮格式及數據速率后，壓縮卡開(kāi)始工作，并在主控計算機的控制下將壓縮后的圖像數據寫(xiě)入硬盤(pán)。在工作過(guò)程中，主控計算機還將不斷監視相關(guān)信號，并在圖像中加入相應的標志，直到接收到關(guān)機信號，系統自動(dòng)結束壓縮卡的工作，并關(guān)閉主機。

4.1 系統自檢

系統啟動(dòng)后，將依據硬件的器件號與廠(chǎng)商號找到壓縮卡，得到總線(xiàn)器件號，由此得到系統BIOS分配給器件的地址。壓縮卡自檢信息包括卡硬件自檢和視頻信號源自檢，即壓縮卡有無(wú)故障以及在壓縮卡無(wú)故障的情況下輸入有無(wú)視頻源。如果自檢到該卡無(wú)視頻信號源則不對該卡的輸出數據進(jìn)行存儲。如果壓縮卡有故障或未插壓縮卡，系統BIOS就不會(huì )為壓縮卡分配總線(xiàn)器件號，依據事先正常工作條件下得到的總線(xiàn)器件號就可以判斷哪一塊卡出現故障或該卡沒(méi)有插入正確。自檢信息在地面通電檢查時(shí)通過(guò)串口送至地面檢測設備，以便故障定位和維修。

4.2 硬件初始化

4.2.1 SZ1510的初始化

SZ1510共有128個(gè)寄存器，每個(gè)寄存器有一個(gè)索引號。但外界對這些寄存器的訪(fǎng)問(wèn)都是通過(guò)IOAR(I/O Adress Register)和IODR(I/O Data Register)來(lái)完成的。如果向SZ1510某個(gè)寄存器寫(xiě)數據。則首先將這個(gè)寄存器的索引號寫(xiě)入IOAR,然后將要寫(xiě)的數據寫(xiě)入IODR，則SZ1510將自動(dòng)把數據送到某個(gè)寄存器。

SZ1510的初始化如下：

(1) 上電后，主機向SZ1510中斷使能寄存器寫(xiě)入0x40使能Ready中斷。

(2) 主機等候SZ1510的Ready中斷。

(3) 等到Ready中斷后，主機清除該中斷并向SZ1510的0x6E寄存器寫(xiě)入0x0A，配置它內部的DSP時(shí)鐘為94.5MHZ。

(4) 主機向0x013寄存器寫(xiě)入0x55，對SZ1510進(jìn)行軟復位。

(5) 主機向中斷使能寄存器0x0C寫(xiě)入0x40使能Ready中斷。

(6) 主機等候RDY中斷。

(7) 等到Ready中斷，則進(jìn)行SAA7113的初始化。

(8) SZ1510進(jìn)行軟復位，即向0x0B寄存器寫(xiě)入0x55，0x0C寄存器寫(xiě)0x40。

(9) 等待Ready中斷，等到則進(jìn)行SZ1510的內部DSP二進(jìn)制代碼裝載。

(10) 進(jìn)行SZ1510內部視頻壓縮核的二進(jìn)制代碼裝載。

4.2.2 SAA7113的初始化

SAA7113初始化的步驟如下：

(1) 裝載0x280－0x2BF 64個(gè)塊共16k的二進(jìn)制代碼。

(2) SAA7113寄存器配置，流程如下：

?I2C任務(wù)的初始化：分別向寄存器0x2E寫(xiě)0x01，0x0C寫(xiě)0x80，0x11寫(xiě)0x05，0x08寫(xiě)0x04，0x0C寫(xiě)0x80，0x08寫(xiě)0xC2

?I2C寫(xiě)操作：向0x42寄存器寫(xiě)SAA7113設備號0x4A，0x43寄存器寫(xiě)要寫(xiě)的數據索引號(又叫子地址)，0x44寄存器寫(xiě)本次I2C寫(xiě)操作要寫(xiě)入數據的長(cháng)度(一次最多能寫(xiě)11個(gè)數據)。

?向0x08命令寄存器寫(xiě)0xC0，等待DSP中斷。

?重復以上的操作直到SAA7113的寄存器配置完畢。

4.2.3 SZ1510二進(jìn)制代碼的裝載

SZ1510用內部的程序空間來(lái)裝載二進(jìn)制代碼。這段空間是按塊(Blank)為單位，每塊的大小是256字節。

用于SAA7113的程序空間是0x280－0x2BF共64塊。所以共有16k字節二進(jìn)制代碼要裝載。用于DSP的程序空間塊是0x10F－0x113，0x13A－0x13B，0x280－0x2BF共71個(gè)塊，約18k字節代碼要裝載。其中0x280－0x2BF與SAA7113相重合，所以SAA7113的二進(jìn)制代碼裝載要先于SZ1510的DSP裝載，且在SAA7113的二進(jìn)制代碼裝載后要進(jìn)行SZ1510的復位。否則SAA7113的代碼裝載將不起作用。

用于視頻編碼核的二進(jìn)制代碼的裝載空間為0x000－0x004，0x00c－0x00c六個(gè)塊，共1.5k字節代碼。

4.2.4 SZ1510視頻數據的獲取

SZ1510內部有一個(gè)256字節的FIFO。一旦這個(gè)FIFO達到門(mén)限時(shí)，即產(chǎn)生一個(gè)FIFO Ready中斷，通知主機讀取FIFO中的數據(通過(guò)256次讀Data_out寄存器來(lái)完成)。所以讀取FIFO中視頻數據要放到中斷的下部去完成。

5 結論

該視頻記錄系統已經(jīng)完成了測試工作，已在某型飛機上投入使用,作為某型飛機的機載視頻記錄系統，運行穩定可靠,取得較好的效果。項目經(jīng)濟效益（200萬(wàn)元）?？砷L(cháng)時(shí)間實(shí)時(shí)記錄采集到的音視頻信號,采用1.5G硬盤(pán)，可連續錄制3小時(shí)，隨著(zhù)半導體存儲器容量的不斷增長(cháng),系統的記錄時(shí)間還將進(jìn)一步延長(cháng)。正常工作情況下，程序啟動(dòng)首先檢查磁盤(pán)空間，刪除最早記錄的文件，文件存儲方法采用盤(pán)滿(mǎn)循環(huán)存儲，當剩余空間不滿(mǎn)足條件時(shí)，將覆蓋最早的文件。

作者的創(chuàng )新：

設計并實(shí)現了基于嵌入式控制模塊DIMM-PC/520IU和專(zhuān)用視頻處理芯片SZ1510硬件平臺的MPEG-1視頻記錄系統，實(shí)現了系統的高度集成。對壓縮卡、控制單元和電源部分等分別設計成模塊,統一插裝在底板上并鎖緊,可以方便地拔插和維修。本系統結構緊湊，使用方便,性能出色，耗能低。