基于MPC82xx處理器和專用編解碼芯片的DVR設(shè)計(jì)

　　近幾年來，DVR在安防監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)的模擬錄像技術(shù)已經(jīng)逐漸被數(shù)字錄像技術(shù)取代，后者可以達(dá)到更好的圖像質(zhì)量和提供更大的存儲容量。目前DVR已廣泛應(yīng)用到金融、文博、酒店、交通、商業(yè)、醫(yī)院、工廠、學(xué)校、樓宇、小區(qū)物業(yè)管理等各個領(lǐng)域。從發(fā)展趨勢來看，多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)展。 

　　目前，已經(jīng)有一些公司推出了基于X86的DVR，但是功耗、成本、體積、穩(wěn)定性方面還是有所欠缺。華恒科技目前提供基于PowerPC的嵌入式Linux開發(fā)平臺可以滿足這方面應(yīng)用，本文所闡述的便是以PowerPC處理器和專用音視頻編解碼芯片為核心開發(fā)的嵌入式DVR產(chǎn)品設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)利用嵌入式PowerPC CPU實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、存儲、傳輸?shù)?，以及利用專用芯片?shí)現(xiàn)MPEG-1、-2、-4的音視頻編解碼，適合于中高端DVR的開發(fā)。 

　　嵌入式操作系統(tǒng) 

　　嵌入式操作系統(tǒng)是PowerPC CPU重要的軟件基礎(chǔ)。和Windows不一樣，Linux在市場上有多種發(fā)行版本，所有發(fā)行版本都包含相同的Linux內(nèi)核、基本工具和應(yīng)用，不同的發(fā)行版本主要是在附加的工具鏈、應(yīng)用、配置以及各種內(nèi)核補(bǔ)丁上有所不同。嵌入式Linux主要是在實(shí)時性增強(qiáng)、內(nèi)核精簡和裁減、支持多種CPU結(jié)構(gòu)(如PowerPC CPU)等方面做了改進(jìn)和提高。尤其因?yàn)長inux對于網(wǎng)絡(luò)的良好支持，很多服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備現(xiàn)在都基于Linux操作系統(tǒng)來開發(fā)。 

　　目前在PowerPC處理器上運(yùn)行的ppcLinux操作系統(tǒng)是帶MMU的Linux操作系統(tǒng)，專門針對PowerPC處理器作了裁減和優(yōu)化。我們使用的是官方發(fā)布的開源免費(fèi)的版本，開發(fā)商無需考慮授權(quán)及付費(fèi)方面的問題。 

　　基于ppcLinux開發(fā)，軟件可以基于C語言編寫，同時也支持C++、Java等，使用針對PowerPC的GNU GCC編譯工具編譯，和在普通Linux操作系統(tǒng)上開發(fā)非常接近。并且在普通Linux操作系統(tǒng)上開發(fā)的軟件也大多能夠方便地移植過來。在開發(fā)外設(shè)接口驅(qū)動方面，ppcLinux支持內(nèi)核加載以及動態(tài)insmod加載的方式，為開發(fā)者擴(kuò)展接口、外設(shè)功能提供了極大的便利。 

　　嵌入式處理器 

　　MPC82xx是Freescale Power QUICC II系列的32位嵌入式處理器。該系列處理器面向網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、存儲設(shè)備及電信產(chǎn)品中需要SoC集成與PCI連接的系統(tǒng)的應(yīng)用需求，提供了一種基于PowerPC架構(gòu)的性價比較高的方案。其主要應(yīng)用包括：DVR系統(tǒng)；路由器/交換機(jī)；嵌入式計(jì)算；網(wǎng)絡(luò)存儲；遠(yuǎn)程集線器；RAID系統(tǒng)的磁盤控制系統(tǒng)；LAN到WAN網(wǎng)橋/路由器；xDSL系統(tǒng)等。 

　　MPC8250是PowerQUICC II系列目前最先進(jìn)的為電信和網(wǎng)絡(luò)市場而設(shè)計(jì)的集成通信微處理器。與MPC860相似，MPC8250也有兩個主要的組成部分：嵌入的PowerPC內(nèi)核和通信處理模塊(CPM)。由于CPM分擔(dān)了嵌入式PowerPC核的外圍工作任務(wù)，這種雙處理器體系結(jié)構(gòu)功耗要低于傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的處理器。CPM同時支持3個快速的串行通信控制器(FCC)、1個多通道控制器(MCC)、4個串行通信控制器(SCC)、2個串行管理控制器(SMC)、1個串行外圍接口(SPI)和一個I2C接口。 

　　MPC8250 1.5W的低功耗，-40°C至105°C的工作溫度范圍，是該款多功能和高性能芯片的另外兩個良好特性。華恒將該款芯片同華恒嵌入式Linux v3.0操作系統(tǒng)整合的HHPPC8250-3FEC-PCI-R1型開發(fā)套件為用戶在網(wǎng)絡(luò)和通信產(chǎn)品的開發(fā)方面提供巨大的開發(fā)潛力，并幫助客戶縮短開發(fā)周期，加速產(chǎn)品的上市。

　　目前華恒科技推出的基于MPC8250的開發(fā)平臺：可以支持標(biāo)準(zhǔn)PCI接口PCI-IDE陣列卡、視頻卡、USB接口卡、WLAN無線網(wǎng)卡、MiniPCI接口的WLAN無線網(wǎng)卡等等，開發(fā)商可以基于基本開發(fā)平臺自由擴(kuò)展、集成各種不同的應(yīng)用。該系列處理器中可供選擇的還有MPC8241/8245、MPC8260等。

　　編解碼芯片選擇 

　　原始的視頻數(shù)據(jù)量很大，需要占用非常高的帶寬。如果需要進(jìn)行長時間的錄像、存儲，必須在保證在一定圖像質(zhì)量的前提下通過壓縮技術(shù)盡量降低視頻資料的碼率，減少需要存儲的數(shù)據(jù)量，以滿足更長時間的存儲要求和減少成本，同時也可以更好的滿足網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的要求。目前在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、視頻點(diǎn)播等產(chǎn)品應(yīng)用中，MPEG-4格式的視頻壓縮算法較為流行，其碼率一般在數(shù)百Kbps到1Mbps左右。 

　　視頻壓縮算法的效率決定了監(jiān)控產(chǎn)品的圖像質(zhì)量和應(yīng)用前景。要實(shí)現(xiàn)成熟的編解碼算法，需要投入大量的研發(fā)資源，而采用相應(yīng)的編解碼ASIC芯片則可以避免軟件算法方面的投入。