机载数字视频记录系统的设计

 

　　1 系统总体设计与工作原理

　　本系统的主要目标之一是实现系统的小型化，为此采用硬件压缩，核心芯片采用zepax公司的sz1510高性能压缩编码芯片。sz1510可工作于mjpeg、mpeg-1编码以及vcd格式的视频编码等多种模式，mjpeg编码图像质量很好，但码率很高，需大容量的磁盘存储器，由于磁盘存储器对工作环境要求较高，在机载环境下若采用磁盘存储器则必须增加相应的减震、恒温等防护设备，从而导致体积大大增加，而mpeg-1编码压缩比高，码率相对较低，且图像质量满足实际需要和系统设计要求，因此本系统选用mpeg-1编码方案，同时，通过采用大容量的半导体存储器，大大减少了系统的体积，提高了系统的抗震性、可靠性，实现了系统的小型化。

　　系统的总体结构如图1所示，硬件电路主要包括视频音频解码单元、压缩编码单元、译码逻辑及接口单元、控制单元、存储单元5个部分。

　　

 

　　系统上电后，som2386初始化音视频编码模块，系统正常启动后，saa7113对输入的复合视频信号进行解码，生成ccir-601数字视频流，ak4550采集输入的模拟音频信号，生成pcm数字音频流，分别送入压缩编码芯片sz1510，压缩成mpeg-1系统流后，在som2386控制下以文件形式存储到电子硬盘。

　　2 硬件设计

　　为提高系统的可维护性及降低维修成本，本系统硬件结构采用模块化的设计方法，系统分为3个模块:

　　a)视频音频解码及压缩编码模块：包括saa7113、mk2703、ak4550、sz1510、sdram;

　　b)逻辑连接、转换及接口模块：包括epm7128、max232、rs232接口、ide接口、控制、状态信号接口;

　　c)控制及存储模块：包括som2386和电子硬盘。

　　各模块分别做成相对独立的电路板，模块间用接插件相连，若系统中某个模块出现故障，只需更换该模块，不必更换整个系统，有利于节约时间和降低成本。

　　2.1 视频音频解码及压缩解码部分设计

　　视频解码器采用philips公司的saa7113，是一种可编程视频处理芯片，通过简单的i2c总线可对其实现编程控制，具有4路视频输入、抗混叠滤波、自动钳位和增益控制、多制式解码以及亮度、对比度和饱和度控制等功能，为系统设计带来极大的方便，它对输入的pal制式复合视频信号进行采样，解码后生成8bit/象素的ccir-601数字视频流(颜色空间为ycbcr，取样为4：2：2)，送到视频压缩芯片sz1510的数字视频输入接口，它的输入时钟由24.576mhz的有源晶振提供，为sz1510提供场同步信号vs和行同步信号hs，同时，27mhz的像素时钟分为两路：一路直接输出至sz1510，作为其内部的数字视频的采样时钟;另一路通过锁相环时钟芯片mk2703降为48khz时钟amclm，作为音频编解码芯片ak4550的系统时钟，以实现视频和音频的准确同步，sz1510利用其gpio接口模拟的i2c总线对saa7113进行初始化。

　　音频解码器采用ak4550，它对模拟音频进行高信噪比16bit数字采样，生成pcm数字音频流。

　　压缩编码由芯片sz1510和视频帧缓存sdram(1m×16bit)组成，sz1510是一款高性能的mjpeg、mpeg-1编码芯片，支持多种工作模式和比特率模式，内部主要由视频编码核、tms320c54x高性能dsp核、接口电路、dma控制器和时钟产生电路等组成，视频编码核的结构如图2所示。

　　

 

　　sz1510对输入其内部的视频流首先经过视频预处理、自动裁减、 场景切换检测，转换为cif格式的视频帧，然后，经过运动估计、运动补偿，离散余弦变换/反离散余弦变换和可变长编码等处理，生成mpeg-1视频基本流并存储于sdram中，同时，dsp核完成mpeg-1音频编码以及mpeg-1格式的音/视频的组合，生成mpeg-1格式的系统流，然后经过输出端口大小为256b的fifo缓冲进行数据的输出，正常工作时，当fifo满时就产生一个frdy(fifo读)中断通知主机读取fifo中的数据，主机通过z56次读data_out寄存器完成数据的读取，当sz1510发出一个eod(数据结束)中断时，数据传输结束。