基于S3C2410的MPEG-4数字录像机的设计与实现

本文介绍了一种基于嵌入式微处理器S3C2410和MPEG-4专用视频压缩芯片IME6400及大容量电子硬盘的数字录像机。讨论了系统总体设计，介绍了各功能模块及关键接口电路设计，介绍了linux下驱动程序及应用程序的设计与实现。

         视频信息在现代信息化战争发挥日益重要的作用，在视频监控、侦察、机载或车载视频记录等方面都得到了越来越广泛应用，这种形势对数字视频监控记录设备的研制提出了新的要求：大批量的应用要求降低监控记录设备成本，多样的应用环境、分散、孤立的监控点要求监控记录设备尽可能一体化、小型化、独立、便携、低功耗、供电方便、性能可靠。针对这些新问题和新要求，笔者设计实现了一种基于嵌入式系统和MPEG-4编码标准的数字录像机，系统集成度高、体积小、功耗低、独立、便携，适合大量的各类视频监控和记录应用。
        1   系统总体设计及原理
  
  图 1
         本系统选择嵌入式微处理器加专用压缩编码芯片的方案，系统电路主体框图如图1所示，主要由视音频解码芯片、视音频压缩编码芯片、核心微处理器控制模块、电源模块以及各种外部接口等组成。系统采用单一5V电源供电，正常启动后，视频、音频解码芯片SAA7114和PCM1800分别对对输入的模拟视频、音频信号进行解码，并分别送入压缩编码芯片IME6400进行压缩生成MPEG-4复合流，控制芯片S3C2410从IME6400的HOST接口接收数据并以文件的形式存储至硬盘，并完成系统的总体控制。
        2  硬件设计
        2.1  视频音频解码及压缩编码部分设计
         视频A/D芯片选用Philips公司的SAA7114，该芯片支持多种输入模式，具有抗混叠滤波、自动增益变换、亮度、对比度调整等功能。通过设定SAA7114的内部的配置寄存器93H[6]为1使能其HOST端口，实现与IME6400的无缝连接。音频A/D芯片采用BURR-BROWN公司的PCM1800，它对模拟音频进行高信噪比20bit数字采样，生成PCM数字音频流。
        压缩编码采用INTIME公司的MPEG-4编码芯片IME6400。该芯片是一款高性能的单片多通道MPEG-4数字压缩编码芯片，它支持多种编码模式和比特率控制，并提供了丰富的外围硬件接口。其外部HOST接口有四种模式，由MODE引脚来决定，本系统选用异步模式：MODE[1:0] pin = 11。在此模式下，IME6400对输入的视频音频流进行压缩和复合，产生MPEG-4的系统流，然后经过输出端口大小为1K的FIFO缓冲进行数据的输出，当FIFO满，其GPIO0脚就产生一个下降沿的中断通知主机读取FIFO中的数据，主机通过512次（16bit主机）读IME6400 HOST端口的EncodedStream寄存器完成数据的读取，外部主机通过写一个不同的值到USER4寄存器来通知IME6400数据传输已完成[1]。
         2.2  控制、接口及存储部分设计
        系统控制模块选用三星的S3C2410微处理器,这是一个采用ARM920T内核，高性能、低功耗、低成本的32位微处理器[2]。为了提高设计和应用的灵活性，硬件设计上采用核心板加底板的模块化设计方法，在核心板上集成了基于S3C2410的最小系统，通过底板来扩展外部功能。在核心板上主要配置了64MB的NANDFlash 和64MB的SDRAM及提供RTC时钟和工作时钟的晶体，并将其丰富的外设接口资源引出。在底板上扩展出USB主机接口、以太网口、UART接口、IDE接口等，以实现与外部设备间的数据传输和通信。
         S3C2410并不带有IDE控制模块，接口电路需另行设计，图2是IDE接口电路示意图。电路利用S3C2410的第5个BANK的片选信号nGCS4和地址信号ADD4和ADD5相或后形成IDE接口的两个片选信号nIDE_CS0、nIDE_CS1，S3C2410的读写信号nOE、nWE 则直接用于IDE接口读写信号nIOR、nIOW。该方法将IDE接口映射到了S3C2410的第5个Memory Bank中, S3C2410将IDE设备视为普通的存储器,以相同的方式访问，这大大降低了系统软件开发的复杂度[3]。