EPM570在視頻采集中的設計與應用

1 引言

經(jīng)濟的發(fā)展促使著(zhù)人們不斷地提高安防意識，當傳統的本地模擬監控方式逐漸不能滿(mǎn)足某些行業(yè)大范圍、遠距離監控的需求，如銀行跨地區聯(lián)網(wǎng)監控時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將圖像進(jìn)行遠程傳輸的集中監控方式應運而生。

基于網(wǎng)絡(luò )的嵌入視頻監控系統按照功能可劃分為視頻采集、視頻壓縮、視頻傳輸三個(gè)模塊。隨著(zhù)嵌入式處理器性能的不斷提高，基于軟件的壓縮技術(shù)逐漸取代了基于專(zhuān)用視頻壓縮芯片的硬件壓縮技術(shù)，成為了嵌入式視頻監控系統的發(fā)展主流。由于基于軟壓縮的系統中視頻數據的采集工作應盡可能少地占用處理器時(shí)間，使得處理器能將更多時(shí)間投入視頻壓縮算法，提高系統性能，因此視頻數據采集模塊效率高低、采集到的圖像分辨率大小將直接關(guān)系到整個(gè)視頻監控系統的效果與性能。

2 視頻采集結構

2.1 模數轉換

為了獲得更好的通用性，本系統選取CVBS(復合電視廣播信號)或者S-Video(亮色分離信號)作為視頻源輸入，采用性?xún)r(jià)比較高的Philips SAA7113作為視頻ADC。SAA7113具有4路模擬信號輸入，輸出8位數字信號VP0～VP7；輸出兩路參考信號RTS0～RTS1，通過(guò)FC總線(xiàn)設置內部寄存器可分別配置成水平參考信號(HREF)、垂直參考信號(VREF)或者奇偶場(chǎng)同步信號，需要指出的是SAA7113輸出的數字信號是以27 MHz的LLC時(shí)鐘為同步信號，即每個(gè)LLC周期內有1個(gè)字節輸出(下降沿有效)。我國采用的是50 Hz PAL電視信號，每秒25幀圖像，每幀625行，其中576行有效(當VREF為高電平時(shí))，每行864個(gè)像素，其中720個(gè)像素有效(當HREF為高電平時(shí))，即每幀圖像的實(shí)際分辨率為720×576。SAA7113按奇偶場(chǎng)輸出，每場(chǎng)288有效行，每行720有效像素，視頻格式按照YUV4：2：2,即每行1 440 Byte，每場(chǎng)405 KB，每幀810 KB。

2.2 視頻緩存

由于視頻數據不斷地輸出，如果讓處理器不間斷地讀取數據是不現實(shí)的，必須要有適當的緩存使得處理器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后讀取緩存內的數據。SAA7113是以場(chǎng)為單位輸出視頻數據的，因此最合適的緩存大小為1場(chǎng)即405 KB。參考乒乓切換的思想，給出詳細的緩存設計結構。

如圖1所示，整個(gè)緩存結構由切換控制電路和兩塊8 bit 512 KB SRAM組成。奇數場(chǎng)時(shí)，切換控制電路將SAA7113輸出的視頻數據寫(xiě)入奇場(chǎng)SRAM，同時(shí)處理器將取出緩存在偶場(chǎng)SARM中的偶場(chǎng)數據；偶數場(chǎng)時(shí)，將SAA7113輸出的視頻數據寫(xiě)入偶場(chǎng)SRAM，同時(shí)處理器將取出緩存在奇場(chǎng)SRAM數據。切換控制電路可由標準邏輯構成，也可由CPLD或者FPGA編程實(shí)現，考慮到時(shí)序控制及成本問(wèn)題，使用CPLD實(shí)現切換電路為最佳方案。

3 MAX II系列器件

Altera推出的MAX II器件系列基于突破性的新型CPLD架構，是目前業(yè)界成本最低的CPLD。MAX II器件還將成本和功耗優(yōu)勢引入了高密度領(lǐng)域，使設計者可以采用MAX II器件替代高成本或高功耗的ASSP和標準邏輯器件。