視頻壓縮系統中大容量存儲器的應用設計

O 引言
隨著航空航天航海等技術的發展，無論是星載還是艦載方面的技術要求，都迫切希望有一種能夠在惡劣環境(高溫、低溫、振動)下正常工作，并且易于保存的大容量視頻記錄設備，以滿足數據管理系統方面的要求。
早期的海量數據記錄主要是使用磁帶機，但存放在磁帶機中的數據保存條件較高，它容易受到天氣和濕度等環境的影響。而使用半導體存儲芯片作為存儲介質則具有存儲密度高、無轉動部件、可靠性高、體積小、重量輕等特點，因此，半導體存儲芯片逐漸成為高可靠性數據記錄器的主流方案。
基于半導體存儲芯片K9WBG08UlM的大容量存儲器，可以很好的滿足工業控制或軍事領域等惡劣環境下的使用要求。

1 大容量存儲器的應用設計
1．1 系統組成
整個視頻壓縮與大容量數據存儲系統一般由多路視頻服務終端、中心控制分系統、大容量電子存儲陣列等組成。其中，多路視頻服務終端用于視頻信號的采集和壓縮，壓縮后的視頻數據通過網絡送入存儲陣列保存，也可以通過以太網送到指定的用戶進行瀏覽；中心控制分系統以高性能嵌入式處理器BF537為核心，可完成視頻服務終端的控制，存儲陣列數據的讀出。它通過百兆以太網與上位機進行高速數據交換；存儲陣列可提供高達4T的存儲深度，它由10塊400MByte容量的獨立存儲板組成，可為多路視頻服務終端提供同時存儲服務，存儲介質采用大容量非易失NAND-Flash芯片K9WBG08U1M，單片存儲容量為32Gbit，每塊存儲板都可由視頻服務終端寫入，并由中心控制分系統讀出。其系統組成框圖如圖1所示。

1．2 系統工作原理
攝像機輸出的視頻信號進入視頻采集壓縮卡后，首先通過A／D變換器進行視頻信號采集，采樣后輸出的數字視頻信號經FPGA整理后進入數字信號處理器DSP，然后對視頻數據在DSP中按照MPEG4協議進行視頻壓縮，形成MPEG4格式的視頻數據流；每塊采集壓縮板的視頻數據流可實時保存到存儲陣列中。如果有用戶需要訪問，則將該數據流打包后發送給指定的用戶。
壓縮和存儲過程受主控計算機的控制。如果有用戶需要瀏覽保存的視頻數據，則需要向主控計算機發出瀏覽請求，主控計算機接受后，即可通過讀數據邏輯選擇存儲陣列中的數據塊，然后讀出后打包并發送給指定的用戶。主控計算機可以同時響應多個用戶的請求。

2 大容量電子存儲陣列設計
2．1 數據收發接口
存儲板的數據收發可通過DSP實現。考慮到與前端芯片選擇的一致性，本方案選擇ADI公司的ADSP-BF533為數據收發處理器。執行存儲操作時，BF533將從輸入／輸出總線并行外設接口(PPI)接收中心控制板發送的存儲數據，并將其緩存到SDRAM，同時按照K9WBG08U1M的編程時序要求形成存儲器的編程指令，再通過FPGA發送到K9WBG08U1M存儲芯片；而在執行讀操作時，BF533則通過FPGA向K9WBG08U1M發送讀操作指令，以讀取指定區域的數據并緩存到SDRAM存儲器中，然后通過輸入／輸出總線(PPI)發送到中心控制分系統并將其回送給上位機進行瀏覽。
2．2 存儲器訪問控制接口
每塊存儲板的訪問控制接口均可由兩片FPGA實現。 由于板上有100片存儲芯片K9WBG08U1M，而輸入／輸出總線只有一套，所以，對芯片的訪問需要通過總線驅動和譯碼邏輯來實現。該邏輯可由ALTERA公司的Cyclong系列FPGA實現，具體型號為EP2C35F67218，它同時可通過EBIU總線與DSP進行數據交換。存儲芯片寫入或讀出的數據需通過EP2C35。由于板上有100片存儲芯片都連接到EP2C35的一套I／O引腳上，故會導致負載過大而無法工作，所以，可將存儲芯片4個一組，共用一套EP2C35的I／O引腳驅動，以保證足夠的驅動能力。來自總線的地址信號輸入到地址譯碼器，用于選擇存儲芯片。輸入為7位地址線，輸出存儲芯片選擇信號csl～csl00其具體接口連接如圖2所示。