廣播電視系統(tǒng)的正常運行，節(jié)目的安全播出，需要高級別的安全防范體系。為保障廣播電視機構(gòu)的安全，公安部特別頒發(fā)了《廣播電視設(shè)施保護條例》、 《廣播電影電視系統(tǒng)重點場所要害部位的風(fēng)險等級和安全防保級別》等文件，根據(jù)其設(shè)定的風(fēng)險防范級別同時結(jié)合各單位的實際情況，制定自己的廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)。廣電中心大樓是廣播電視的制作、編輯、播出的基地，工作區(qū)一般定為二級風(fēng)險單位，需在大樓工作區(qū)建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)。同時各臺為實現(xiàn)總控對各直播間、導(dǎo)播間、機房的實時監(jiān)控，也都建立自己的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本文主要介紹一種視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的核心部件一視頻編解碼卡的設(shè)計與實現(xiàn)。

MPEG-4是現(xiàn)在最重要、最有影響的多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的國際標準之一。目前新興的基于嵌入式技術(shù)的MPEG-4多媒體監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)相比具有體積小、現(xiàn)場無需專人值守、成本低、穩(wěn)定性高、實時性好、更適宜存儲和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葍?yōu)點。因此我們基于MPEG-4標準設(shè)計和實現(xiàn)視頻編解碼卡。實現(xiàn)MPEG-4圖像算法的ASIC專用芯片具有成本較低、功耗小、穩(wěn)定性高、圖像清晰、擴展性能好、安全性高的特點。我們采用的是VW2010。

1 MPEG-4編碼卡的設(shè)計和實現(xiàn)

編碼卡的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括音視頻A／D、壓縮芯片VW2010及其所需SDRAM，以及電源時鐘等模塊。

由于VW2010的音視頻的輸入和輸出都是數(shù)字格式，其中視頻的輸入輸出為ITU-R BT．656格式，音頻的輸入輸出為I2S格式。因此需要對音視頻模擬輸入信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并形成I2S格式音頻數(shù)據(jù)、ITU-R BT．656格式視頻數(shù)據(jù)，作為VW2010的輸入數(shù)據(jù)對其進行編碼。故還需要選一些外圍芯片和VW2010配合，完成整個編碼過程。

編碼卡的系統(tǒng)框圖如圖1所示，PCB圖如圖2所示。VW2010作為該系統(tǒng)的核心，通過PCI總線和主機連接，主要接收從主機送來的對VW2010的初始配置數(shù)據(jù)和實時控制信息，同時VW2010壓縮后的MPEG-4視頻流、音頻流也通過PCI總線送到主機。VW2010通過I2C總線控制各個音視頻 A／D，對其內(nèi)部寄存器進行初始化配置。

模擬音頻和視頻信號經(jīng)音視頻A／D采樣編碼后，音頻信號成為I2S格式的數(shù)據(jù)進入VW2010，視頻信號成為8位并行的ITU-R BT．656格式的數(shù)據(jù)進入VW2010，VW2010根據(jù)編程設(shè)定從主機傳來的編碼格式和工作方式對音視頻進行同步并壓縮后得到MPEG-4數(shù)據(jù)送到主機。除了MPEG-4編碼芯片VW2010外，在設(shè)計中還必須選定視頻A／D芯片、音頻A／D芯片、內(nèi)存SDRAM芯片、電源芯片、電阻電容等分離元件等。

視頻A／D芯片：選用Philips的SAA7115，該芯片有6路模擬視頻信號輸入（如6路復(fù)合視頻或者2路S端子和2個復(fù)合視頻，1個S端子4個復(fù)合視頻輸入），兩個9位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，輸入視頻信號的選擇可通過I2C，總線對內(nèi)部寄存器進行設(shè)置來實現(xiàn)?？蓪Ω鞣NPAL信號和NTSC、SECAM信號進行自動識別并模數(shù)轉(zhuǎn)換解碼為ITU-RBT．60l、ITU-R BT．656格式的視頻數(shù)據(jù)。為了對復(fù)合視頻信號亮度和色度進行更好的分離，芯片具有自適應(yīng)梳狀濾波器。還可解碼視頻VBI數(shù)據(jù)。它是一款相對中高端的視頻A／D芯片。

音頻A／D芯片：音頻A／D芯片選用Philips的UDAl342TS，該芯片具有4通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和2通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。具有低電壓和低功耗的特點，支持24位I2S數(shù)據(jù)格式，可通過I2C總線對其進行控制。雖然該芯片同時具有A／D和D／A功能，但是當A／D和D／A同時工作時，音頻采樣率必須相同，由于這個原因，本設(shè)計只用了它的A／D：功能，而D／A則選用CS4331-KS。該芯片是一個完全的立體聲模數(shù)轉(zhuǎn)換器，輸入I2S 格式的音頻數(shù)據(jù)，輸出左右立體聲，具有96dB的動態(tài)范圍、24位轉(zhuǎn)換、5V電源供電、封裝小，僅有8個管腳。

內(nèi)存芯片：VW2010在進行編解碼的時候，需要對視頻數(shù)據(jù)進行存取，因此編解碼時各需要4～8MB內(nèi)存。本設(shè)計選用MT48LC2M3282芯片。

電源芯片：此系統(tǒng)中需要用到3．3V和1．8V電源，PCI總線上5V的電源需要進行轉(zhuǎn)換?？紤]到各個芯片的功耗和電源效率，電源散熱等問題，采用開關(guān)電源LM2596作為電源芯片。

2 MPEG-4解碼卡的設(shè)計和實現(xiàn)

解碼就是編碼的逆過程，解壓卡的原理框圖如圖3所示，PCB圖如圖4所示。VW2010是解壓卡的核心處理芯片，待處理的MPEG流數(shù)據(jù)通過芯片內(nèi)部集成的PCI接口輸入。除了完成MPEG解壓縮外，VW2010還提供對音頻ADC芯片的控制（通過I2C總線）。VW2010對MPEG流數(shù)據(jù)進行解壓縮處理，產(chǎn)生標準的ITU-656數(shù)字視頻信號和標準的I2S數(shù)字音頻信號；產(chǎn)生的ITU-656數(shù)字視頻信號直接送到實時監(jiān)視子系統(tǒng)進行畫面分割處理；產(chǎn)生的I2S數(shù)字音頻信號通過音頻DAC電路，產(chǎn)生模擬音頻信號，模擬音頻信號經(jīng)過輸出處理后直接送到實時監(jiān)視子系統(tǒng)音頻選擇子模塊選擇輸出。

視頻D／A芯片選用Philips的SAA7121，該芯片可對ITU-R BT．656格式的視頻數(shù)據(jù)進行編碼為復(fù)合視頻和S端子的視頻信號。它有三個10位精度的ADC，一個ADC輸出復(fù)合視頻信號（CVBS），另兩個分別輸出S端子的亮度（Y）和色度（C）信號。芯片的初始化通過I2C，總線進行設(shè)置。音頻D／A則選用CS4331-KS。該芯片是一個完全的立體聲ADC，輸入I2S格式的音頻數(shù)據(jù)，輸出左右立體聲，具有96dB的動態(tài)范圍、24位轉(zhuǎn)換、5V電源供電，封裝小，僅有8個管腳。需要說明的是：其實音頻A／D芯片Philips的UDAl342TS同時也具有D／A功能，但是當A／D和D／A同時工作時，音頻采樣率必須相同，由于這個原因我們選擇CS4331- KS。

該編解碼卡在實際使用的系統(tǒng)搭建中有非常靈活的選擇，因為是PCI接口結(jié)構(gòu)可以和嵌入式通信平臺、PC平臺、工控機等多種平臺組合。既可以進行本地存儲，又可以進行網(wǎng)絡(luò)傳輸。編解碼卡分離的設(shè)計可以有效地降低成本，既可以編碼結(jié)束上傳網(wǎng)絡(luò)后在網(wǎng)絡(luò)遠端接入解碼器，然后恢復(fù)出模擬信號直接接入監(jiān)視器顯示，這樣在監(jiān)控中心可以與先前模塊監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)視器、電視墻相連，無需PC機參與，達到無縫升級的要求，又可以在網(wǎng)絡(luò)遠端直接接入PC機對MPEG-4進行軟解碼。在實際應(yīng)用中取得了很好的效果，需要改進的是上層圖像管理軟件的應(yīng)用與開發(fā)。