一种MPEG4视频压缩和传输系统

在重要场所安全监控或工业现场控制系统中，直观、方便且内容丰富的视频实时采集是信息采集的重要部分，也是人们关注的应用技术热点。由于高精度实时视频信息量巨大，在传输时需丢弃大量数据帧，否则必须压缩。最常用的是软件压缩法，但对复杂的压缩格式编程工作量大、设备要求高、应用受限制。而硬件实现法，采用专用芯片按即定格式高速压缩视频，实时性好，可靠性高。

本文介绍的视频数据实时压缩和传输系统，采用可编程视频采集芯片采集模拟视频，通过MPEG4／2／1专用编码芯片对采集后的数字视频数据进行编码压缩，生成MPEG4码流，微控制器的在片以太网卡端口外接网络物理层芯片，MPEG4码流由此输出到视频终端PC机，整个系统由微控制器调度管理。终端PC上应用程序播放视频进行监控。

2 系统总体结构

系统主要包括两部分。一是数字视频数据采集和编码子系统。二是视频码流以太网发送子系统。此外还有电源子系统、JTAG调试子系统等。图1所示为系统框图。

视频采集芯片选用Philips公司SAA711lA。该芯片的工作时钟为24．576MHz，由此1／2行输出锁定时钟LLC2为13，5 MHz。设定输出数据色彩格式为4：2：2，输入模拟视频采用S-Video端子的PAL格式视频信号，分辨率为720X 576，每秒25帧。设定抗混叠滤波、AD转换、自动钳位、自动增益变换、PAL和NTSC制式之间自动切换等功能。微控制器通过12C总线初始配置SAA711lA。

数字视频数据编码压缩工作由INTIME公司设计的IME6410单片视、音频MPEG4／2／1码流压缩引擎完成。同SAA711lA一致，一帧图像分辨率设置为720X 576，输入数据色彩格式为4；2：2。IME6410具有符合工业标准的视频数字编码器无缝接口，16b的复合主机接口，分别用来与视频采集芯片和微控制器芯片通信。微控制器通过主机接口实现IME6410的初始配置，也由此接收压缩得到的视频码流。

微控制器是本系统的核心部件，选用ATMEL公司的基于ARM920T核的32b微控制器ATglRM9200。他包含丰富的系统接口和外围应用接口，如10／100BaseTMAC和主机接口HDI，可灵活配置片上和片外存储器，向各种的高速计算应用提供了一个单片解决方案。在系统中的主要作用是在系统上电时配置其他芯片的功能寄存器，正常工作状态下调度控制系统工作，存储编码得到的MPEG4码流，通过在片以太网端口控制物理层芯片发送码流。

以太网发送的物理层芯片选用REALTEK出品的单片、单端口10／100 M以太网物理层芯片RTL8201。RTL8201应用与在片MAC通信的独立媒体接口MII。PHYAD0-PHYAD3置高，PHYAD4置低，则物理层地址为0x10。芯片符合IEEE802．3／802．3u规则。标准的IEEE802．3数据帧由以下几个部分组成：前导位(preamble)、帧起始位(SFD)、目的地地址(destination)、来源地址(source)、数据长度(1ength)、数据(data)、帧校验字(FCS)。数据字段大小可从46B到1 500B，如一组要传送的数据不足46B，就用零补足；超过l 500B时，需要拆成多个帧传送。数据在发送之前按此格式进行封装。

系统独立运行的程序存储在FLASH中，采用ATMEL公司生产的AT49BV322A，容量为2MXl6b。系统上电后，首先进行程序的自举加载，程序加载到SDRAM中运行，进行系统的初始化，随后进入正常的工作状态。运行程序和存储码流要求较大的动态存储空间，采用SAMSUNG公司的K4S561632E SDRAM，容量为16 MXl6b。

3.数字视频数据采集和编码子系统

子系统硬件电路图如图2所示。

SAA711lA的A1模拟输入口与模拟摄像头输出端连接，向视频处理芯片传送模拟视频信号。IME6410具有符合工业标准的视频数字编码器无缝接口，可方便地与SAATlllA通信。SAA711lA对模拟视频信号采样处理后得到的数字视频信号按1／2行输出锁定时钟LLC2从VP00一VP015引脚送到IME6410，数据在LLC2上升沿时有效，IME6410在PCLK引脚接收的象素点输入时钟信号LLC2的上升沿抓取VD端口数据，如图3所示。SAA711lA可分离场同步脉冲和行同步脉冲，每视场的数字视频信号有效之前，SAA71llA会输出场同步脉冲，并使能垂直参考信号VREF置高；而在每行信号有效之前，也会输出行同步脉冲，并使能水平参考信号HREF置高。奇偶场识别信号RTS0与奇、偶场指示信号FIELD引脚连接，高电平指示奇场，低电平指示偶场。IME6410首先判断奇、偶场，随后当VREF和HREF有效时何时开始接收一行的数据，当一行数据接收完毕后HREF被置低，一场数据接收完毕后VREF被置低，避免在黑电平期间接收无用数据，同时翻转奇偶场识别信号电子。IME6410接收数据的同时，芯片内部视频处理器对数据进行MPEG4编码并输出到缓冲器。

IME6410通过主机接口和AT91RM9200通信，AT91RM9200将IME6410的寄存器、存储空间等资源作为SRAM寻址访问。IME6410通过与AT91RM9200的SRAM端口数据线DO-D15连接的主机接口数据线HD0一HDl5向AT91RM9200传送编码压缩后得到的MPEG4码流。AT91RM9200由SRAM选通线NCS7选通IME6410芯片，其存储空间在AT91RM9200寻址空间中地址段为0X80000000到0X8FFFFFFF。地址线A0～A4与IME6410的主机口地址线HA0～HA4连接，寻址访问IME6410的寄存器，其13个内部寄存器均为16B，偏移地址从0x00到0xle。通过对ADDR，DATA和CONTROL寄存器的读写等一系列操作，可以访问IME6410系统存储空间。IME6410数据流缓冲器标志信号NFULL从配置为通用I／O引脚的PC20输入，当缓冲器满或丰满时，NFULL引脚置低提示AT91RM9200提取编码数据。编码后视频数据读过程和IME6410与主机通信过程具体由AT91RM9200读信号NRD和写信号NWE控制。