一種嵌入式視頻記錄系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

壓縮編碼采用Zapex公司的視頻壓縮芯片SZ1510，它是一個實時MPEG－1和運動JPEG圖像編碼器，內(nèi)置TI的TMS320C54XDSP，協(xié)調(diào)完成芯片功能，性能優(yōu)異。工作頻率外部為27MHZ，內(nèi)部(邏輯)為81MHZ，可配置到94.5MHZ。內(nèi)核工作電壓1.8V，I/O口可以驅動3.3V。采用0.18UM CMOS4LM技術設計，消耗功率僅為0.2W；144IQFP封裝。整個芯片內(nèi)部可以分為6個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(tǒng)，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(tǒng)采用Windows操作系統(tǒng)及VC++進行開發(fā)。首先在普通PC機上設計程序,再利用U盤將設計程序在DIMM-PC上進行調(diào)試。在系統(tǒng)啟動時[6]，主控計算機首先對壓縮卡進行初始化，當設置好MPEG-1壓縮格式及數(shù)據(jù)速率后，壓縮卡開始工作，并在主控計算機的控制下將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)寫入硬盤。在工作過程中，主控計算機還將不斷監(jiān)視相關信號，并在圖像中加入相應的標志，直到接收到關機信號，系統(tǒng)自動結束壓縮卡的工作，并關閉主機。

4.1 系統(tǒng)自檢

系統(tǒng)啟動后，將依據(jù)硬件的器件號與廠商號找到壓縮卡，得到總線器件號，由此得到系統(tǒng)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，即壓縮卡有無故障以及在壓縮卡無故障的情況下輸入有無視頻源。如果自檢到該卡無視頻信號源則不對該卡的輸出數(shù)據(jù)進行存儲。如果壓縮卡有故障或未插壓縮卡，系統(tǒng)BIOS就不會為壓縮卡分配總線器件號，依據(jù)事先正常工作條件下得到的總線器件號就可以判斷哪一塊卡出現(xiàn)故障或該卡沒有插入正確。自檢信息在地面通電檢查時通過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個寄存器，每個寄存器有一個索引號。但外界對這些寄存器的訪問都是通過IOAR(I/O Adress Register)和IODR(I/O Data Register)來完成的。如果向SZ1510某個寄存器寫數(shù)據(jù)。則首先將這個寄存器的索引號寫入IOAR,然后將要寫的數(shù)據(jù)寫入IODR，則SZ1510將自動把數(shù)據(jù)送到某個寄存器。

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寄存器寫入0x0A，配置它內(nèi)部的DSP時鐘為94.5MHZ。

(4) 主機向0x013寄存器寫入0x55，對SZ1510進行軟復位。

(5) 主機向中斷使能寄存器0x0C寫入0x40使能Ready中斷。

(6) 主機等候RDY中斷。

(7) 等到Ready中斷，則進行SAA7113的初始化。

(8) SZ1510進行軟復位，即向0x0B寄存器寫入0x55，0x0C寄存器寫0x40。

(9) 等待Ready中斷，等到則進行SZ1510的內(nèi)部DSP二進制代碼裝載。

(10) 進行SZ1510內(nèi)部視頻壓縮核的二進制代碼裝載。

4.2.2 SAA7113的初始化

SAA7113初始化的步驟如下：

(1) 裝載0x280－0x2BF 64個塊共16k的二進制代碼。

(2) SAA7113寄存器配置，流程如下：

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

?I2C寫操作：向0x42寄存器寫SAA7113設備號0x4A，0x43寄存器寫要寫的數(shù)據(jù)索引號(又叫子地址)，0x44寄存器寫本次I2C寫操作要寫入數(shù)據(jù)的長度(一次最多能寫11個數(shù)據(jù))。

?向0x08命令寄存器寫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 SZ1510二進制代碼的裝載

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

用于SAA7113的程序空間是0x280－0x2BF共64塊。所以共有16k字節(jié)二進制代碼要裝載。用于DSP的程序空間塊是0x10F－0x113，0x13A－0x13B，0x280－0x2BF共71個塊，約18k字節(jié)代碼要裝載。其中0x280－0x2BF與SAA7113相重合，所以SAA7113的二進制代碼裝載要先于SZ1510的DSP裝載，且在SAA7113的二進制代碼裝載后要進行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制代碼的裝載空間為0x000－0x004，0x00c－0x00c六個塊，共1.5k字節(jié)代碼。

4.2.4 SZ1510視頻數(shù)據(jù)的獲取

SZ1510內(nèi)部有一個256字節(jié)的FIFO。一旦這個FIFO達到門限時，即產(chǎn)生一個FIFO Ready中斷，通知主機讀取FIFO中的數(shù)據(jù)(通過256次讀Data_out寄存器來完成)。所以讀取FIFO中視頻數(shù)據(jù)要放到中斷的下部去完成。

5 結論

該視頻記錄系統(tǒng)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(tǒng)，運行穩(wěn)定可靠,取得較好的效果。項目經(jīng)濟效益（200萬元）?？砷L時間實時記錄采集到的音視頻信號,采用1.5G硬盤，可連續(xù)錄制3小時，隨著半導體存儲器容量的不斷增長,系統(tǒng)的記錄時間還將進一步延長。正常工作情況下，程序啟動首先檢查磁盤空間，刪除最早記錄的文件，文件存儲方法采用盤滿循環(huán)存儲，當剩余空間不滿足條件時，將覆蓋最早的文件。

作者的創(chuàng)新：

設計并實現(xiàn)了基于嵌入式控制模塊DIMM-PC/520IU和專用視頻處理芯片SZ1510硬件平臺的MPEG-1視頻記錄系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)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(tǒng)一插裝在底板上并鎖緊,可以方便地拔插和維修。本系統(tǒng)結構緊湊，使用方便,性能出色，耗能低。