基于MB86390编码器和MPC860T处理器实现嵌入式图像压缩系统的设计

图像实时监控设备有模拟和数字两类｡数字监控设备由于便于压缩､存储､传输，在近年来逐渐替代了模拟监控设备｡数字监控设备的核心技术在于图像压缩编码设备，目前成熟的实时数字图像编码器基本上基于MPEG-1压缩标准，且大多数为PCI接口｡就MPEG-1而言，当初专家组制定时规定的原始图像分辨率较低，NTSC:352×240，PAL:253×288，解码后其质量与VHS相当，在很多场合已经不能满足系统的需要｡MPEG-2压缩标准规定的图像分辨率相对高得多，NTSC:704×480，PAL:704×576｡对于基于PCI接口的压缩板卡而言，实施的复杂性是显而易见的，必须借助计算机才能实现其功能，这种应用有时会受制于现场环境，而且对系统的成本和可靠性也大为不利｡随着技术的日益发展，一方面，很多公司推出了基于MPEG-2M压缩标准的单片Codec，如IBM､C-Cube､iCompression､Fujitsu;另一方面，随着嵌入式微处理器和OS的发展，嵌入式系统也具有了强大的处理功能，如网络通信､图像处理等｡在这种背景下设计了以下的嵌入式图像压缩系统｡

1 系统框架

系统主体框图如图1，主要分两部分：一部分以Fujitsu的MB86390芯片为主实现图像实时压缩编码｡该部分输入模拟视频､音频，经过视频A/D芯片SAA7113､音频A/D芯片PCM1800数字化后送至MB86390实现MPEG-2压缩，输出TS传输流，并且提供串行通信总线与MPC860T完成通信｡另一部分是以MPC860T为主的通信电路设计，主要实现与MB86390输出的TS传输流的接口，完成TS传输流在快速以太网上的传送，与视频服务器的通信，提供通信口实现与MB86390芯片通信和对云台的控制｡

2 图像压缩部分设计

2.1 MB86390编码器的介绍

该芯片框图如图2｡该芯片内嵌32BITrisc处理器，主要完成实时压缩编码，在片内实现Mpeg2 MP@ML级视频编码，遵循ISO/IEC13818-2标准，最大编码速率达15Mbps;实现Mpeg Layer1/2音频编码，遵循ISO/IEC11172-3标准，最大编码速率达448kbps;同时遵循ISO/IEC13818-1标准实现系统数据复用，能输出PES､PS､TS流可选，并能根据系统所提供的带宽输出最大速率20Mbps｡数字化后视频输入数据为8位，可以为D1格式或者Y/C复用输入格式｡音频的取样率支持32kHz､44.1kHz和48kHz可选｡码流输出通过8位并口，可同步或者异步握手输出，或通过DMA方式传送至SDRAM｡该芯片还提供了丰富的API接口，可以对许多参数进行设置，如视频输入格式､音频采样率､编码后的各种PID､平均码率等｡

2.2 电路设计

该部分电路主要完成 MB86390与视音频A/D的连接｡MB86390基本上能与大多数芯片直接联接｡在本设计中，选用SAA7113作为视频A/D｡由于MB86390为其提供I2C总线接口，而且其初始化等操作能通过MB86390完成，相应的连线也比较方便;对于MB86390与音频A/D接口可以通过主从两种方式实现，即由MB86390提供数据与左右声道接口时钟，或者由音频A/D来提供｡但是必须注意系统编码的时钟必须与接口数据时钟同步，在这里使用TI公司的PLL1705锁相环实现时钟同步｡图3给出了这部分信号连接的电路｡

3 接口通信部分设计

3.1 MPC860T网络通信处理器介绍

MPC860是Motorola公司继MC68360后推出的新一代通信处理器，内部包括三部分：PowerPC core模块､系统接口单元模块（SIU）､通信处理模块（CPM）｡PowerPC是主处理单元，包括Cache和内存管理单元，在40MHz时钟下能达到52MIPS的处理能力｡系统接口单元主要完成内部总线与外部总线的接口，也提供一些其它功能，如总线检测､软件看门狗､多个定时器､PCMCIA接口等｡通信处理模块是该芯片的核心，其内部还嵌入了一个RISC｡因而MPC860从某种意义上说，是一种双处理器结构｡该模块集成了4个串行通信控制器（SCC）､2个串行管理单元（SMC）､一个串行外设单元（SPI）､一个I2C总线接口单元｡

串行通信控制器（SCC）根据型号不同集成多种功能，如以太网控制器､HDLC控制器等;它还能实现多通道HDLC控制器，例如：提供T1/E1接口，对在T1/E1中的每个时隙分别实现HDLC通信，如交换机中的7号信令处理｡串行管理单元（SMC）的功能相对弱一些，一般用来实现UART｡串行外设单元（SPI）用来实现与SPI总线通信｡I2C总线接口支持主从模式，与具有I2C总线的器件单元进行通信｡通信处理模块（CPM）中还含有4个独立的波特率发生器，可以被连接到串行通信控制器（SCC）和串行管理单元｡除了这些处理通信协议的功能外，通信处理模块（CPM）还具有多个独立的DMA通道，进一步提高CPM的处理效率｡

3.2 电路设计

本MPC860T系统中选用了256KB的EPROM､128MB的SDRAM，与以太网的接口器件选用Level one公司的LXT971A｡该电路比较常见，引脚处理比较固定，故本文不再赘述｡这里着重讨论MPC860T与MB86390之间的电路设计｡在本设计中，需要MB86390芯片8位并口输出TS流｡MB86390的8位并行输出口具有两种功能：当XERROR脚为高时，并行口输出正常的压缩码流，其异步接口时序如图4;当XERROR脚为低时，并行口上输出的是MB86390的错误报告｡这样使电路设计相对复杂些｡本设计方法是当XERROR变低时，使其对MPC860T产生中断，同时将STDATA口连接到MPC860T上空余的通用I/O脚上，根据中断后读其不同的值来实现软件相应的操作;当XERROR脚为高时，使用FIFO实现与MB86390之间的数据接口，在本设计中，选用IDT公司idt72v02，512×9bit异步FIFO｡在FIFO的写入端，根据STEN和STDATA及FIFO的时序图，可以直接连接;在FIFO的读出端，使用中断操作，即当FIFO中数据达到半满时，给MPC860T一个中断，然后MPC860T连续读取FIFO中的一段数据｡该部分的主要接口电路如图5｡

4 应用

本系统用途广，最常见的应用是用于需要高质量图像的网络监控，如小区安防､海关､银行等｡用户不必再象基于PCI的系统那样，增添一个监控处就要放置一台计算机，或者加长模拟视频传输电缆，只要将本设备接入以太网络就可以了，而且网络上的任何一台计算机可以监测到图像，如图6所示｡如接入ATM网络，宽带SDH支持，用户在远端还可以通过网络监测｡这样当发生紧急情况时，远端报警中心可以实时地观察到高质量图像｡ 显然，随着嵌入式技术和图像压缩技术的发展､通信技术的进步，可以预见，将会有更多的图像压缩芯片和更高处理能力的嵌入式处理器出现，开发嵌入式的网络图像通信产品将会是一种必然趋势｡本设计产品集成度高，图像质量比较好，具有较高的实用价值和较广阔的市场前景｡

责任编辑：gt