视频级联模式在混合式DVR（HVR）中的应用

　　1路D1的原始视频数据(YUV 4∶2∶2)约为20M byte/秒;1路1920×1080P的数据大约相当于6个D1。据此可以让视频解码器将原始视频缩放到预期的大小，多路拼装成一个1920×1080的视频，然后通过PCI传输，即便如此，仅仅预览这个环节对PCI的带宽需求是120M Byte/s;在实际的嵌入式应用系统中，仍很难保证PCI工作在120M byte负荷以下的。基于常识可知，PCI的带宽压力越小，系统就越稳定。

　　当然，如果不考虑成本和功耗，还有一个解决方案：将视频解码器集成在主控芯片中，所有的解码任务由主控完成，直接输出到回放预览模块，原始数据不走PCI总线，这样的代价就是需要主控有非常强大的解码能力，但是具有16路D1 解码能力的芯片是很少的。而有厂家给出了另外一种解决方案，能完美地解决上述问题，这就是视频级联显示技术。

　　视频级联模式

　　某品牌的视频级联模式有4个支持标准的BT.656格式的视频输入接口，同时支持byte interleaving和frame interleaving格式的多路D1合成的码流，即每个接口可以支持1路，2路或4路D1;另外，4个输入接口两两组合，可组成2个标准的BT.1120接口，支持高清数据的输入。

　　该视频级联模式还有一路高清视频输出接口，可支持模拟或者数字输出(此处用到的是数字输出)。此外，其可以将视频输入和视频输出接口串联起来，组成菊花链结构，从而实现多片视频数据的实时预览和回放，参考图4。

图4 视频级联模式的视频预览回放级联模式

　　该视频级联模式是一个多核处理器，包括一个600M Hz的ARM11和一个300MHz ARM9，以及硬件加速的H.264编码解码器，可以支持到8个D1的H.264的实时编码或者解码。

　　视频级联模式内部的ARM11可以做系统的主控制器，ARM9用来控制H.264的流程和音频处理，一般不供外部使用。可以用4片3520构成一个16 D1模拟接入(16 D1编码)和16 D1的网络接入(16 D1解码)的HVR系统(图4)：16路模拟通道首先经过4片TW2866做模拟/数字变换，然后用byte interleaving模式合成在2路BT.656链路中，传输给Hi3520，Hi3520剩下的2个BT.656接口并接成1个16 bit的BT.1120的接口，用来做视频串联，将4片Hi3520首尾串接起来，组成视频预览回放的串联通路。

　　先计算一下PCI的负荷：4片Hi3520共享一个PCI总线，主控H1的PCI设定为主模式，而其他3片Hi3520的PCI则为从模式，通过PCI总线，主控芯片H1可以对从设备C1〜C3进行软件加载，可以发送控制命令和接收音视频码流，如果以每个D1， 2M bit的码流来计算，PCI的负荷为24M bit(3M byte)，如果加上存储和回放(通过PCI来扩充PCI转SATA桥)，共88M bit(11M byte)的负荷，只有1路D1的原始视频的1半，这就意味着程序员不必再挖空心思为降低PCI载荷而浪费宝贵的时间。

　　在DVR和HVR系统中，对录像和预览回放的处理方式是不一样的，比如全D1的录像机，它的录像通道就是D1大小，是不变的;而预览和回放不一样，需要根据用户的设定来改变，比如在一个1920×1080的显示器上，用户可以将屏幕划分成多个子窗口，一般有36、25、16、9、8、4、1等划分方法，也称之为layout方式。首先，主控芯片H1根据客户规定的layout方式发给每片处理器。每片处理器将采集或者解码得到的视频数据进行缩放，再放到规定的layout子窗口内。然后，将合成的视频从级联输出口输出，随着视频从C1传到C2、C3，最后传到H1。H1贴好自己的layout子窗口后，整个预览视频就完整了，通过MDIN340这颗HDMI驱动器，将视频完整地显示在监视器上，如图5所示。从HVR系统的主要使用方式来分析一下数据流向，探究该视频级联模式的视频预览回放级联模式的具体运作。

图5 视频级联模式下的layout填充

　　录像

　　模拟通道：每片处理器从视频口采集4路D1的模拟视频，经过数据转换和视频编码后，通过PCI发送给主控H1，H1将数据存入硬盘;数字通道：通过H1的千兆以太网接口，从前端IPC获取压缩码流，直接存入硬盘。

　　预览

　　每片处理器首先从级联输入口获得前级已经填充的视频(C1除外)。模拟通道：从视频采集口获得4路D1的模拟视频后，根据layout的要求进行缩放， 然后将图片按照layout的要求进行填充;数据通道：主控CPU将数据预览的任务根据各CPU占用情况，将解码任务和相应的layout分配给较为空闲的处理器。分配完成后，H1将从网口接收到的视频流源源不断地转发给处理器。该处理器对此视频流进行解码，缩放，并填充到对应的layout子窗口中。模拟和数字的填充完成后，处理器将视频从级联口发送给下一级的CPU。直到H1，通过显示驱动芯片将视频转换成标准的HDMI信号，再由监视器显示出来。

　　录像回放

　　录像回放对于模拟和数字通道是相同的，主控CPU H1从硬盘读取视频流，将layout和码流分配给各个处理器，各个处理器进行解码、缩放和贴图，通过级联口将视频播放出来。

　　报警处理

　　本地的报警源由本地的设备捕获：例如IO报警、视频移动报警等，均由本地设备驱动程序捕获;数字通道的报警则根据接入协议，由前端产生，通过信令传输到主控H1，有H1解析并联动。

　　云镜控制

　　本地通道的云镜控制，有主控芯片H1执行，将控制协议的命令字从本地的RS485口送出;数字通道的PTZ则按照接入协议的定义，有H1发出相应的命令给IPC设备。

　　关于负载均衡

　　由此可见，有关于解码任务，可由主控芯片H1根据系统的负荷状况进行动态的分配，从而能充分发挥系统中多个芯片的性能，避免多处理器系统出现负荷不均的现象，其对系统的可靠性具有重大意义。

　　按照厂商说明书，可以在配置参数里设定视频级联模式的最大能力级。能力的种类包括视频编码能力、视频解码能力、音频编码能力、音频解码能力、DMA资源、总线带宽等。通过统计，每颗处理器的实际运行状况，对照额定值进行评估，就可以从各个方面得到系统各处理器的负荷状况，从而做出最合理的调度。

　　负载均衡对于HVR系统来说至关重要，传统的HVR系统架构(如图3)虽然也可以将解码任务分配给从CPU执行，但是因为解码完成后的视频数据量太大，无法通过PCI实时传输给主控去显示，从而产生传输上的瓶颈，影响系统的可靠性。上述的视频级联模式的级联架构，解码后的数据直接送往级联口，不经过PCI，因而主控芯片H1可以最大限度地去利用每个从设备的解码能力。