針對消費類及中、高端視頻監(jiān)控應(yīng)用，本文闡述了一種DVR設(shè)計的硬件實現(xiàn)方案及與主要軟件的接口。該設(shè)計利用嵌入式x86CPU實現(xiàn)系統(tǒng)控制以及利用專用芯片實現(xiàn)了MPEG-1、-2、-4的音視頻編解碼，適合于中低端DVR的開發(fā)。

　　傳統(tǒng)的模擬錄像技術(shù)與數(shù)字錄像技術(shù)相比，使用視頻磁帶錄制方式的模擬系統(tǒng)圖像質(zhì)量更差，而且反復(fù)使用會進一步降低其圖像質(zhì)量，而且它的存儲容量也更小。目前，雖然有幾家公司推出了數(shù)字視頻錄像機(DVR)，但是主要面向高端用戶，市場售價過高很難形成突破，而DVR產(chǎn)品的真正成熟也需5年左右的時間。本文介紹的DVR設(shè)計方案以VW2010及SNX601為，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、接口豐富等特點，并能加速系統(tǒng)的開發(fā)。

　　該嵌入式解決方案在消費類產(chǎn)品及中、高端視頻監(jiān)控領(lǐng)域具有較廣闊的應(yīng)用前景。

系統(tǒng)的組成

　　該系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖1所示。系統(tǒng)中虛線框部分為可替換或精簡的部分。該DVR系統(tǒng)硬件的是：VW2010 MPEG編解碼ASIC芯片及SNX 601嵌入式x86 CPU。

　　其中，VW2010是實時MPEG-1、-2和-4音視頻系統(tǒng)編解碼芯片(同時壓縮、解壓或編碼、解碼)，完全兼容ISO/IEC-11172-2、ISO/IEC-13818-2、ISO/IEC-14496-2和ITU-T H.263(基線)。視頻編碼部分接收未壓縮的ITU-R.BT.656數(shù)字視頻信號。它將輸入和壓縮的視頻轉(zhuǎn)換為MPEG-1、-2、-4或H.263格式。音頻編碼部分接收雙通道分立的I²S數(shù)字音頻格式數(shù)據(jù)并具有輸入濾波功能。它可將每路音頻轉(zhuǎn)換為MPEG-1、MPEG-2、MP3、AAC或AC-3音頻格式。VW2010為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用輸出傳輸流或為存儲應(yīng)用輸出節(jié)目流。視頻解碼部分接收MPEG位流并輸出ITU-R.BT.656數(shù)字視頻。音頻解碼器接收MPEG-1、MPEG-2、MP3、AAC或AC-3位流并輸出I²S、S/P-DIF或IEC-61937壓縮音頻。VW2010是該DVR系統(tǒng)中完成音視頻編解碼的主芯片。

　　SNX 601是一款x86架構(gòu)的嵌入式CPU。它具有接口豐富、功耗低、速度快等優(yōu)點。SNX601采用Pentium+兼容的CPU內(nèi)核。它具有64位SDRAM控制器、PCI2.2兼容主從控制器、USB主機控制器(OCHI)、10/100以太網(wǎng)MAC和Ultra DMA66 IDE控制器等，充分滿足DVR系統(tǒng)對VW2010以及外圍接口電路控制的要求。SNX601通過PCI總線對VW2010進行初始化、控制及壓縮音視頻數(shù)據(jù)的交互。

　　對于音視頻信號的編解碼過程，系統(tǒng)的工作原理為：模擬音視頻信號通過相應(yīng)的音視頻A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為未經(jīng)壓縮的數(shù)字音視頻信號并輸入到VW2010中。VW2010根據(jù)系統(tǒng)的配置將該音視頻信號壓縮編碼為MPEG-1、-2或-4格式的音視頻數(shù)據(jù)。主CPU SNX601通過PCI總線將壓縮編碼后的音視頻數(shù)據(jù)以文件的形式存入IDE接口的硬盤或CDROW-R/W中(需操作系統(tǒng)的支持)。同時，在VW2010內(nèi)部可將編碼后的音視頻數(shù)據(jù)直接解碼輸出到相應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器中，完成對用戶的實時播放。對于保存的MPEG格式的文件不但能夠通過VW2010完成相應(yīng)的解碼播放，還可以通過主CPU的以太網(wǎng)接口、USB接口等完成對文件的外部交換。

　　VW2010編解碼部分的外圍電路較簡單，只需連接進行編解碼數(shù)據(jù)緩沖的SDRAM芯片及相應(yīng)的音視頻A/D、D/A芯片。

　　系統(tǒng)的BIOS、操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序全部存儲于4MB的閃存芯片中，完成系統(tǒng)的軟件固化。系統(tǒng)的操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序的運行在系統(tǒng)SDRAM中。

　　DVR的人機交互通過前面板的按鍵和紅外遙控完成。整體前面板與主CPU通過UART接口完成交互。如果需對該系統(tǒng)擴展PC接口的功能，只需在SNX601的X-Bus上連接SuperIO芯片。由于VW2010及SNX601對電源的種類要求較少，系統(tǒng)電源部分可以通過少量LDO完成。

系統(tǒng)硬件特點

　　該系統(tǒng)硬件的特點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、交互性能強、數(shù)據(jù)壓縮格式有多種選擇。該系統(tǒng)的芯片只有兩片，并能通過標準的PCI總線完成交互控制。利用嵌入式CPU的豐富接口不但節(jié)省了傳統(tǒng)的IDE控制接口芯片、以太網(wǎng)MAC及USB接口芯片，還減少了電路尺寸及布線工作量。VW2010外圍的A/D、D/A等芯片可以通過SNX601的串行I²C接口，方便地完成相應(yīng)的初始化和制式轉(zhuǎn)換。整個系統(tǒng)對電源種類要求很低，減少了對電源部分的設(shè)計壓力和成本。SNX601的兩個IDE接口相比在一個IDE接口上掛接多個IDE設(shè)備來說提高了速度。壓縮完成的文件不但可以通過以太網(wǎng)接口進行網(wǎng)絡(luò)傳播，還可以通過目前流行的USB移動硬盤完成數(shù)據(jù)的交流。

　　VW2010不但可以產(chǎn)生MPEG-2格式的數(shù)據(jù)碼流，而且可以產(chǎn)生MPEG-4格式的數(shù)據(jù)碼流。它可以對壓縮數(shù)據(jù)的碼率可在128Kbps到6Mbps之間可調(diào)，以適應(yīng)各種用戶的需要。低碼率的文件適合網(wǎng)絡(luò)傳播并節(jié)省存儲空間，而高碼率的文件具有的音視覺播放效果。而且，VW2010可以單獨編碼音頻數(shù)據(jù)并能實現(xiàn)MP3的功能特性。

硬件電路設(shè)計

　　由于電路的復(fù)雜性，且采用了高速數(shù)字電路，加上對電磁兼容(EMC)的設(shè)計要求，設(shè)計硬件電路時需考慮以下幾點：

1．對于4MB的閃存芯片尋址，需要通過CPLD作窗口訪問邏輯實現(xiàn)；

2．對于處理PCI及SDRAM等控制接口的時鐘線時，要盡量使各線的長度及阻抗匹配，并要求對電路中的高速時鐘線進行覆銅屏蔽；

3．采用六層電路板，可以降低回路噪聲，提高電路的穩(wěn)定性；

4．對于視頻的A/D芯片而言，應(yīng)盡量做到模擬地與數(shù)字地隔離。避免數(shù)字電路對模擬電路產(chǎn)生干擾，提高采樣的；

5．對于高速的數(shù)據(jù)總線應(yīng)盡量添加排阻，以達到阻抗匹配的目的。并應(yīng)盡量減少走線長度，減小電路中電流的環(huán)路面積；

6．對于SNX601 CPU而言不但在芯片下方的電路板頂層要覆銅，而且在芯片下方的電路板底層也要覆銅，且用過孔連接，以利于CPU的散熱并可避免添加風(fēng)扇。如圖2所示。

7．對于USB等接口電路需添加相應(yīng)的保護電路，以免外部噪聲干擾。

系統(tǒng)軟件接口

　　該DVR系統(tǒng)硬件主要與以下幾部分的軟件需進行接口：

1．系統(tǒng)BIOS，主要負責(zé)SNX601 CPU的初始化，以及系統(tǒng)硬件的自檢和對操作系統(tǒng)軟中斷的支持。

2．操作系統(tǒng)，可以選用支持x86 CPU的操作系統(tǒng)。以Linux操作系統(tǒng)為經(jīng)濟，效果也不錯。操作系統(tǒng)要有支持VW2010的驅(qū)動程序，并能對各部分外設(shè)進行識別與響應(yīng)。

3．對于應(yīng)用程序而言，主要對于遙控部分電路通信協(xié)議要支持?？梢岳脴藴实幕蜃远x的遙控編解碼格式。

4．VW2010初試化微碼，VW2010內(nèi)部的處理單元為MIPS結(jié)構(gòu)的處理器，所以需要相應(yīng)的微碼(MIPS程序)進行初始化。對于不同的MPEG編解碼方式及碼率可調(diào)的情況需要不同的微碼。SNX601可以通過PCI總線將微碼由外部存儲器進VW2010。對于不需調(diào)整的編解碼方式，可以將相應(yīng)的微碼固化到ROM中。VW2010支持特殊的ROM上電讀取的方式，將微碼自動的讀取到芯片中完成VW2010的初始化過程。

參考文獻:

[1]. VW2010 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/VW2010_697793.html.
[2]. PCI datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/PCI_1201469.html.
[3]. CPLD datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/CPLD_1136600.html.
[4]. ROM datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ROM_1188413.html.