基于FH8735視音頻編碼器的解決方案

引言

在安防監控、民航管理和海事等應用系統中，需要對高分辨率圖形圖像綜合視頻進行采集、壓縮、記錄，以便在可能出現的事故和問題后，可以再現其過程的實景和操作，實現對責任和原因的分析和追查。但要對高分辨率圖形圖像視頻完成采集和壓縮，需要解決視頻數據量龐大和壓縮平臺的效率、可靠性、適應性等問題。

1 總體設計

基于FH8735視音頻編碼器的高分辨率圖形圖像壓縮方案由采集電路、時鐘電路、FH8735壓縮電路、網絡接口和電源電路等組成。方案總體框圖如圖1所示。

圖1內各部分電路介紹如下：

(1)視頻采集電路。由輸入匹配和視頻采集電路組成，完成高分辨率視頻的采集;

(2)時鐘電路。由高性能晶振組成，為視頻采集電路和FH8735提供穩定的時鐘;

(3)FH8735壓縮電路。由FH8735音視頻編碼器、DDR存儲器組成，完成視頻的壓縮處理，并提供PCI接口和網絡接口控制;

(4)網絡接口。外置PHY芯片，提供以太網接口;

(5)電源電路。為各功能電路提供所需電源。

2 主要設計

2.1 視頻采集電路

視頻采集電路以TI公司視頻圖像解碼器TVP7002為核心組成，TVP7002作為一款高性能的視頻圖像解碼器，具有以下一些主要功能和性能特點：

(1)DC精度：8/10位;

(2)模擬增益范圍：-6～6dB;

(3)輸入分量視頻信號分辨率：480i/576i～1080p;

(4)輸入圖形信號分辨率：VGA～UXGA;

(5)數字視頻輸出格式：YCbCr 4：2：2及RGB/YCbCr 4：4：4;

(6)I2C總線接口。

以視頻圖像解碼器TVP7002為核心組成的視頻采集電路設計如圖2所示：

VGA視頻輸入后，經過信號匹配與濾波，即可接入TVP7002解碼器。TVP7002解碼器的工作狀態由FH8735視音頻編碼器通過I2C總線根據信號特性和處理要求設置。

2.2 FH8735視頻壓縮

FH8735是富瀚微電子公司開發的一款高性能的音視頻編碼芯片，其主要技術特點如下：

(1)編碼標準：ITU-T rrcommendation H.264 ISO/IEC 14496-10 advanced video coding standard(MPEG4 Part 10)，支持H.264 Main Profile和Baseline Profile;

(2)支持最大分辨率：2048×1024;

(3)支持1路1080i高清/2路720pi高清/8路D1輸入;

(4)8路I2S輸入接口;可配置為主模式和從模式;

(5)PCI接口，32bit，時鐘頻率33/66MHz;

(6)2個獨立的DDR SDRAM控制器，每個控制器字寬為32bit;

(7)一個MII/RMII接口支持100/10Mbps兩種速度，完全兼容IEEE802.3規范;

(8)一路視頻輸出接口，符合BT.656視頻標準;

(9)2個獨立的I2C接口;

(10)JTAG下載調試接口;

(11)16根雙向GPIO。

FH8735支持H.264 Main profile和Baseline profile視頻壓縮格式，可以進行8路標清480i/576i實時編碼，也可以對一路1080i、兩路720p的高清信號實時編碼。除了高性能的視頻編碼能力，FH8735提供了豐富的視頻預處理功能，對輸入視頻進行deinterlace、de-noise、OSD疊加、縮放、移動偵測等處理。為了配置外接的視頻和音頻接收芯片，FH8735提供兩路完全獨立的標準I2C接口，以應對可能出現的外部設備I2C地址沖突。作為編碼協處理器，FH8735配備了靈活的主機接口，主機可以通過PCI或者HPI接口與FH8735進行控制和狀態信息的通信，或訪問FH8735外接DDR SDRAM。FH8735內部有兩組獨立的DDR控制器，可以根據實際系統對編碼器性能的需求配置一組或兩組外部DDR SDRAM。為了滿足某些應用對預覽視頻的需求，FH8735有一組標準的BT.656視頻輸出端口，可以把經過視頻預處理單元輸出的多路預覽視頻根據需要分割和合并，并編碼為一路BT.656格式的視頻輸出。

以FH8735為核心的視頻壓縮編碼電路組成如圖3所示。

FH8735編碼芯片接收TVP7002輸出的RGB數據，根據主機設置的工作狀態完成視頻的壓縮處理。壓縮后的視頻數據可通過以太網口輸出，也可通過PCI總線交主機完成本地存儲。

2.3 軟件設計

FH8735編碼芯片軟件開發手冊提供系統功能、視頻輸入、視頻預覽、視頻編碼、OSD功能、視頻功能、區域屏蔽、音頻功能、數據獲取九大類函數，工程或測試軟件的一般工作流程如圖4所示。

3 測試

為驗證方案的正確性和主要功能、性能，按照圖5所示搭建測試環境。

啟動測試軟件，彈出對話窗口如圖6所示：

可根據視頻輸入和視頻輸出的具體情況進行選擇：

(1)視頻輸入：根據輸入視頻的分辨率在三個選項中進行選擇;

(2)視頻輸出：根據視頻輸出流向在兩個選項中進行選擇。

對不同視頻輸入和輸出的選項分別進行選擇測試，觀察圖像質量和數據流量等指標。

4 結論

本方案具有以下特點：可實現對1080i60或SXGA高分辨率視頻的采集、壓縮;軟件可控的輸出碼率調整;輸入圖像增益、對比度可調整;豐富的視頻處理能力;電路結構簡潔，開發難度低。本方案具有結構簡潔、壓縮比高、穩定可靠的特點，能夠滿足軍、民等多個領域的應用需要。