基于小波理論實時壓縮解壓縮芯片ADV611實現(xiàn)實時監(jiān)

為了使視頻圖像獲得較好的主觀效果，視頻信號壓縮方案的選擇尤為重要。美國AD公司新推出的基于小波理論實時壓縮解壓縮芯片ADV611能較好地實行視頻信號壓縮，用該芯片實現(xiàn)的圖像壓縮具有壓縮可調(diào)范圍大，壓縮質(zhì)量高等優(yōu)點。

　　本文用ADV611實現(xiàn)了多路實時監(jiān)控、實時存儲，有選擇性地回放某一路、某一段時間圖像的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，而且每路都能滿足25幀/s的視覺要求，同時用高分辨率的顯示墻作為實時監(jiān)控視頻顯示部分(分辨率大于700 dpi)，從而在圖像質(zhì)量、壓縮比、回放速度、監(jiān)控等方面具有一定的先進性。

　　1 ADV611結(jié)構(gòu)特性及工作原理

　　1.1 ADV611特性簡介

　　ADV611是一種低價、單片、低功耗、全數(shù)字的CMOS超大規(guī)模集成電路。工作溫度范圍是10~70

　　℃。該芯片不僅集成了視頻編碼/解碼算法，還提供了數(shù)據(jù)壓縮效果的實時調(diào)節(jié)手段，數(shù)據(jù)輸出速率可以靈活控制。ADV611能實時地對包括PAL制式(720×288@50場/s)和NTSC制式(720×243@60場/s)在內(nèi)的視頻信號實時進行壓縮和解壓縮。壓縮倍數(shù)從視覺無失真感的4∶1到7500∶1，

　　主要用于閉路電視。

　　1.2 ADV611內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能

　　ADV611引出了120個引腳，采用LQFP封裝。圖1是其內(nèi)部功能方框圖。整個芯片由3個接口模塊和5個數(shù)字信號處理模塊組成，它們依次是：

　　(1)數(shù)字視頻I/O接口(Digital Video I/O Port)，主要用于提供實時非壓縮視頻接口以支持不同的視頻信號格式。

　　(2)主機I/O接口(Host I/O Port)，包括32位數(shù)據(jù)總線(D0~D31)，兩位地址線(ADR1，ADR2)，片選信號(CS)，讀信號(RD)，寫信號(WR)，響應(yīng)信號(ACK)和中斷信號(INT)。

　　(3)外部DRAM控制器(External DRAM Manager)，控制外部DRAM的讀寫與刷新。

　　(4)小波變換核(Wavelet Kernel)，對圖像進行小波變換時使用的內(nèi)部緩沖器。提供小波變換所需要的緩沖區(qū)，提供足夠大的空間以存儲小波變換后的數(shù)據(jù)。

　　(5)片內(nèi)變換緩沖器(On-Chip Transform Buffer)，為小波變換核提供一個內(nèi)部SRAM。

　　(6)可編程量化器(Programmable Quantizer)，用來量化小波系數(shù)，量化所需二進制系數(shù)可由計算機或外部DSP進行控制。當主機控制量化系數(shù)時，主機通過對前一幀圖像子帶編碼數(shù)據(jù)的統(tǒng)計計算下一幀的量化步長，在下一幀壓縮之前，將其寫入量化步長寄存器，通過量化步長控制，主機可獲得穩(wěn)定的壓縮碼流輸出。當利用外部DSP計算每一個頻帶的量化參數(shù)“Bin Width”時，這也是一個自適應(yīng)的實時優(yōu)化壓縮比特率的過程，ADV611的這種自適應(yīng)量化特性，即使量化導致比特率突變，也可以獲得幾乎恒定的壓縮比特率。

　　(7)游程編碼器(Run Length Coder)，用來進行游程編碼，查找長字串的零，同時用短的碼子代替。

　　(8)Huffman編碼器(Huffman Coder)，用來進行Huffman編碼，Huffman編碼器用3種固定的Huffman編碼字表燒制于ADV611的ROM中。

　　ADV611共有84個數(shù)據(jù)寄存器和若干狀態(tài)、控制字寄存器。其中，數(shù)據(jù)寄存器是片內(nèi)FIFO的映射，用于存儲經(jīng)小波變換后的圖像壓縮數(shù)據(jù)(編碼和解碼過程各需要42個)，以供自適應(yīng)量化和熵編碼進一步數(shù)據(jù)壓縮。ADV611在片內(nèi)集成了一些狀態(tài)和控制字寄存器，它們都是間接寄存器，ADV611對它們進行統(tǒng)一編址，主機不能直接訪問間接寄存器。為訪問片內(nèi)FIFO和間接寄存器，ADV611還設(shè)置了一組可由主機直接訪問的4個32位直接寄存器，由兩位地址線來選擇。

　　ブ卸峽刂坪妥刺寄存器的高16位是控制位，設(shè)置引起ADV611向主機發(fā)出中斷的條件，低16位是狀態(tài)位，反映觸發(fā)當前中斷的原因。

　　1.3 高清晰度取景框

　　ADV611具有高清晰度取景功能，允許一幀中某一矩形區(qū)域相對于其它區(qū)域有較低的壓縮比，或完全不進行壓縮。矩形區(qū)域的位置和大小以及與背景的對比度由主機通過ADV611的主機接口輸入控制字來控制。該功能為用戶在不影響壓縮比的情況下選取某一感興趣的區(qū)域作高清晰度顯示提供了捷徑，這也是ADV611特別適用于監(jiān)控場合的主要原因。

　　1.4 硬件實現(xiàn)小波變換

　　ADV611的小波變換模塊采用硬件編碼方式實現(xiàn)了基于Morlet小波的雙正交小波基(7，9)的小波變換和逆變換，每場獨立進行子帶編碼，通過濾波將一幀視頻分成42個可分離的頻帶，然后再進行壓縮，色度分量占總頻帶的2/3即28個頻帶，亮度分量占剩下的14個頻帶。ADV611片內(nèi)集成了一片SRAM，用作變換時的高速數(shù)據(jù)緩存，保證視頻信號能實時處理。

　　1.5 工作原理

　　 ADV611編碼時從它的數(shù)字視頻接口接收未壓縮的數(shù)字視頻信號，經(jīng)小波變換和幀抽取、送入量化器進行系數(shù)量化、再經(jīng)游程編碼和Huffman 編碼，產(chǎn)生壓縮后的數(shù)據(jù)流，送入集成于片內(nèi)的512×32位大小的FIFO緩存區(qū)，一旦FIFO的數(shù)據(jù)量達到主機在寄存器里的預置值時，ADV611就發(fā)出中斷請求信號，從它與主處理器的接口輸出壓縮數(shù)據(jù)比特流。解碼過程與之相反，壓縮數(shù)據(jù)由主機送入FIFO，解碼后產(chǎn)生標準的視頻分量從數(shù)據(jù)視頻接口輸出。編解碼過程如圖2所示。

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