基于PCI的视频编码卡的设计与实现

文章摘要：2S输入。MPEG4压缩芯片通过PCI接口与桥芯片相连接，编码压缩后的数据经过桥芯片的桥接再传输到PCI总线上，提供给远程传输或本地存贮。3 MPEG4编码模块在硬件中的设计PCI编码卡从功能上分为三大模块。首先是前端A/D转换模块，由视音频处理两大块组成，本文采用SAA7114H视频A/D芯片提供模拟视频到数字视频（ITU-R.BT.656格式）的转换，采用PCM1801U实现音频的A/D采样，通过I2C与MPEG4编解码芯片相连。接着是MPEG4编码压缩模块。由MPEG4编解码芯片及其外围电路组成，主要完成实时视音频数据的压缩功能。最后就是桥芯片驱动模块，采用零反应时间PCI

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2S输入。MPEG4压缩芯片通过PCI接口与桥芯片相连接，编码压缩后的数据经过桥芯片的桥接再传输到PCI总线上，提供给远程传输或本地存贮。

3        MPEG4编码模块在硬件中的设计

PCI编码卡从功能上分为三大模块。首先是前端A/D转换模块，由视音频处理两大块组成，本文采用SAA7114H视频A/D芯片提供模拟视频到数字视频（ITU-R.BT.656格式）的转换，采用PCM1801U实现音频的A/D采样，通过I²C与MPEG4编解码芯片相连。接着是MPEG4编码压缩模块。由MPEG4编解码芯片及其外围电路组成，主要完成实时视音频数据的压缩功能。最后就是桥芯片驱动模块，采用零反应时间PCI-PCI桥接产品HB1，它支持PCI2.2规范，支持32-bit 33MHz的PCI操作。通过该芯片，就可以实现桥接的功能，实现多芯片组支持。

3.1 视音频处理模块

在视频A/D转换模块中，采用的是PHILIPS公司的SAA7114H，这是一块视频A/D采样芯片，它主要有如下功能和特点：

该芯片有六个输入端，它可以同时支持六个CVBS（复合视频信号）、或者是两个Y/C（亮度和色度分离信号，一般是指S端子）信号和两个CVBS信号、或者是一个Y/C信号和四个CVBS信号。用户均可编程控制、选择输入通道以及每一路信号的静态增益和自动增益。它里面有内嵌两套模拟图像抗混叠滤波器(anti-aliasing filter)和两套A/D转换电路； 对50Hz和60Hz场频以及PAL制式和NTSC制式图像自动检测，支持所有制式的电视信号输入； I²C总线接口速率最高可达400kb/s。

在此系统中，SAA7114H支持ITU-R.BT.656格式，用ITU-R.BT.656标准在数据中嵌入行、场同步信息来提供行、场信息。同时为了硬件实现方便，固定使用一个复合视频（CVBS）输入端口（AI24，Pin10管腿），当然，这些都需要I²C总线来配置。I²C总线控制引脚的接法是由Vweb2010的U14和Y17相连，其中U14连接时钟线，Y17连接数据线。SAA7114H支持节电方式，工作时功率小于0.5W，需要3.3V供电，I/O口耐压为5V，这一电源由PCI总线上提供。防止输入过压过流采用的方法是在输入端口上并上了一个复合肖特基二极管。模拟电源和数字电源、模拟地和数字的连接方法是用磁珠相连接。SAA7114H内部有多个寄存器用于设定其工作状态，外部提供了两根I²C总线引脚SDA（32脚）和SCL（31脚）用于访问内部寄存器。所有的这些寄存器都是通过Vweb2010进行读写，在操作时，SAA7114H的引脚LLC，LLC2，XTOUT，RTS0，RTS1和RTCO要设置在三态状态，亮度和色度由梳状滤波器自适应调整。

3.2 MPEG-4编码压缩模块

MPEG-4编码模块采用专用芯片Vweb2010，Vweb2010芯片是Vweb公司出品的专为多媒体信号处理而设计的专用视频压缩芯片（Video ASIC）。这一芯片的特点是将MPEG1、MPEG2、MPEG4和H.263这些标准的压缩算法固化在其中，因此实现方案具有开发成本低、开发周期短、运算速度快等优点。它可以同时进行一路编码和一路解码，它的音频编码器接收双通道的I²C标准数字音频信号，并采用MPEG1，MPEG2，MP3，AAC和AC-3等标准进行压缩编码。解码器接收MPEG格式的BIT流，解码输出标准的ITU-R.BT.656标准的数字视频。音频解码输出I²S，S/P-DIF或IEC-61937标准音频信号。它包括了一块嵌入式RISC/DSP处理器、一块编码器模块、一块解码器模块、一块系统模块。其结构图如图二。

通过芯片的视频编码输入接口（VPO口）接收SAA7114H输出的8位ITU-R.BT.656视频流送，芯片的时钟接口与外部时钟信号（27MHz）相连接，其中内部时钟引脚（PLL_amclk_enc）和视频时钟管脚相连，保证了音频和视频同步。标准的I²S音频信号从PCM1801输入到Vweb2010的相应音频接口，经过音频编码单元编码，送到输出单元模块。SDRAM是Vweb2010程序的运行空间，Vweb2010芯片最大可以支持128Mbytes的SDRAM。因为Vweb2010提供SDRAM接口，直接接上SDRAM即可。在此系统中使用了一片2M*32的SDRAM芯片，共为64Mbytes。

3.3 PCI桥接模块

MPEG4压缩芯片的编码数据通过桥芯片的驱动与仲裁，完成桥接任务，能让四片带有PCI接口的MPEG4压缩芯片与PCI总线相互通信，支持PCI2.2规范，支持32-bit 33MHz的PCI操作。PCI接口板有符合PCI规范V2.2版33MHz 32bit PCI总线；包括地址、数据复用AD[0:31]；控制信号:PCICLK;REQ#; C/BE[0:3]; IRDY#; DEVSEL#; LOCK#; PERR#; SERR#; STOP#; TRDY#; FRAME#; IDSEL; GNT#; RST#。

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