CN102638677B - 一种基于1394b光总线的多路视频系统及其数据采集传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于1394b光总线的多路视频系统及其数据采集传输方法，属于1394b光总线技术领域。多路视频系统包括视频采集单元和视频传输单元；视频采集单元包括DSP芯片、视频解码芯片、闪存、同步动态随机存储器、PCI接口A和JTAG接口；视频传输单元包括PowerPC模块和1394b接口协议模块。本发明采用嵌入式微处理器完成视频采集，脱离对主控计算机的依赖，降低了主控计算机的负荷，提高了系统实可靠性；本发明采用视频图像专用DSP芯片，提供多个视频端口，实现单一芯片多路视频，充分利用系统资源，简化了电路设计，减少成本。

Description

一种基于1394b光总线的多路视频系统及其数据采集传输方法

技术领域

本发明属于1394b光总线技术领域，具体是指一种基于1394b光总线的多路视频系统及其数据采集传输方法。

背景技术

随着微型计算机的发展和普及，现代视频图像采集方式越来越向高速、小型、简洁的方向发展，视频采集逐渐由专用、笨重的图像处理机过渡到通用、小型的微型机方式。为满足应用中越来越高的视频质量要求，人们经常使用软件来控制处理视频。但软件局限于计算机的配置，使得视频图像处理速度慢、实时性差、价格高。而以FPGA、DSP、ARM等微处理器为核心的硬件系统同样可以用来进行采集，为这个问题的解决带来了新的途径。

近些年来，在高速信号采集处理技术中，FPGA+专用集成芯片方式是目前国内外比较通用的方法。随着专用芯片集成度、运算速度、采集处理速度等性能的不断提高，专用视频数字信号处理芯片，如Philips公司的PNX1500系列、TI公司的DM64X系列等，也已广泛地应用于各个领域。

在DSP平台上进行视频产品开发有以下几方面优势：(1)用户开发自由度更大，支持多种个性化开发，可以满足市场不断提出的新要求，在第一时间提升产品性能，增强产品的竞争能力；(2)DSP处理能力强，可以在一个DSP商同时实现多路音视频信号的压缩等处理，同时为了及时满足应用的需要，还能够提供视频专用功能，如视频滤波、De-interlace处理、高分辨显示输出、OSD功能等，甚至如网络接口、IDE接口都成为了视频DSP的主要功能，这样使进一步大幅度降低产品的成本成为可能；(3)开发周期短，实现快速技术更新和产品换代；(4)芯片功耗低，对提高产品的稳定性提供可靠保障；(5)系统电路设计简单，为提高产品的可靠性提供可靠保障。

IEEE 1394总线由Apple公司在1986年开发并在1987年形成标准。最初Apple公司将其命名为Firewire(火线)，之后索尼(Sony)基于FireWire提出了iLink。1995年电器和电子工程师协会(IEEE)将FireWire规范为IEEE 1394-1995；在2000年IEEE对该协议进一步完善推出IEEE1394a；2002年IEEE基于IEEE 1394-1995和IEEE 1394a推出了IEEE 1394b，该协议采用了新的仲裁方式及编码方式，同时支持光纤传输，带宽支持3.2Gbps，极大提高了传输性能。由于IEEE1394b总线的实时性好、传输速率高、拓扑灵活、扩展容易以及支持热插拔，成为下一代航空航天、工业控制领域的候选总线技术之一。

现视频传输一般采用两种方式传输：一种是USB总线；另一种是1394总线。二者都支持热插拔和自动识别功能之外，两者都支持同步和异步传输，从理论上来说，它们都适合作为电脑和数字A/V外设的标准接口。

但USB的设计初衷则是低成本、中低速的计算机接口，这使得它在多媒体应用程序中没有1394那样能够一展身手。它可以通过简单的菊花型链路方式连接127个设备，但是它以PC为中心的设计使的每一个USB设备都必须通过主机来控制，完全依靠PC机实现数据传输。1394从底层开始就为高数据吞吐量的声音/视频而设计，并且不用考虑同以往接口设备的兼容性问题。它是真正的可热插拔、点对点传输协议使用者可以利用1394接口特殊的拓扑结构连接63个设备。同时，1394b的带宽已经达到了800Mb/s，超过了USB2.0 480Mb/s的带宽。

除此之外，1394总线还专门针对视频传输提出了IIDC协议。针对1394视频传输规范了数据包格式及时序等，大大提高了数据传输效率。

在参考文献：“哈尔滨工程大学，王桂强，基于IEEE 1394总线的高速相机数据传输方案设计”中提供了一种基于1394光总线的图像采集传输系统，其结构包含了相机采集电路和1394硬件电路两部分。在该设计中，采用了FPGA作为核心，基于VHDL语言实现对相机数据采集的控制以及IEEE1394光总线中数据传输的时序格式转换等。在该视频系统中，采用FPGA为核心，基于VHDL语言实现视频数据的采集传输，这种方案具有以下缺点：

1、采集数据少。由于采用FPGA控制数据采集，因此一套系统只能连接一组数据采集装置(包括相机或摄像头、模数转换芯片等)，因此，同一时刻只能采集一路数据信号，浪费了该系统的大量资源；

2、传输速度慢。由于采用FPGA控制数据传输，进行数据转换，不能与1394b链路层芯片连接。系统中采用1394a链路层芯片，导致系统传输最大速度只能达到400M/s，仅为1394b总线的一半。

基于上述原因，该技术具有工作效率低、资源浪费等缺点，不利于视频系统的广泛应用及IEEE 1394光总线的推广。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于1394b光总线的多路视频系统及其数据采集传输方法，能够实时可靠地采集传输大量视频数据。

采用基于图像视频专用DSP的视频采集单元和基于PowerPC模块的视频传输单元连接组成多路视频系统。在实现方法中，根据多路视频系统功能要求，利用CCS开发环境控制DSP，在视频采集单元中实现4路模拟视频同时采集、视频数据处理及存储功能，利用PowerPC模块实现视频采集单元与1394b光总线网络的数据实时传输功能。

本发明提出一种基于1394b光总线的多路视频系统，包括视频采集单元和视频传输单元；所述的视频采集单元包括DSP芯片、视频解码芯片、FLASH、SDRAM、PCI接口A和JTAG接口；所述的视频解码芯片共有4片，每一个视频解码芯片连接一个模拟摄像头完成一路信号采集功能；每个视频解码芯片的一端与DSP芯片的一个视频接口相连接，FLASH、SDRAM、PCI接口A、JTAG接口分别与DSP芯片上各相应接口相连接。

所述的视频传输单元包括PowerPC模块和1394b接口协议模块；PowerPC模块作为PCI主控设备，通过PCI接口A与视频采集单元的DSP芯片相连接，PowerPC模块还通过PCI接口B与1394b接口协议模块相连接，1394b接口协议模块通过光接口与1394b光总线相连接，将视频采集单元处理完成的视频数据通过1394b光总线发送给网络中的目标节点。

本发明提出的一种基于1394b光总线的多路视频系统的数据采集传输方法，包括以下几个步骤：

步骤一：对DSP芯片和PowerPC模块进行初始化，配置DSP芯片和PowerPC芯片内部相关寄存器，使DSP芯片及PowerPC芯片进入正常工作状态，并打开DSP芯片与外设连接的通信通道；

步骤二：在DSP芯片的控制下，各个视频解码芯片对视频信号进行视频采集及模数转换，将模拟视频信号转换为数字视频数据，并将数字视频数据发送至DSP芯片；

步骤三：DSP芯片将VP接口接收到的数字视频数据存储到SDRAM中；

步骤四：DSP芯片将SDRAM中存储的数字视频数据取出，进行数据格式转换(例如将YUV视频格式转换成RGB视频格式)，转换完成后，将格式转换完成的视频数据重新存入SDRAM；

步骤五：检测PCI接口A接收到格式转换完成的视频数据发送目的地址，如果检测到目的地址，则将SDRAM中存储的格式转换完成的视频数据通过PCI接口A发送至检测到的目的地址(是指PowerPC模块中的某个部分)，如果没有，则不发送数据，返回步骤二，继续采集模拟视频数据；

步骤六：将PowerPC模块从PCI接口A接收到视频数据转换成1394b数据包格式；

步骤七：PowerPC模块将转换后的数据通过PCI接口B发送到1394b接口协议模块中，通过1394b接口协议模块将视频数据传输到1394b光总线网络中

步骤八：反复步骤二至步骤七，反复采集模拟视频数据并进行处理和发送，直至复位导致多路视频系统重新开始或掉电导致多路视频系统关闭。

本发明的优点在于：

1、本发明提出一种基于1394b光总线的多路视频系统及其数据采集传输方法，采用嵌入式微处理器完成视频采集，脱离对主控计算机的依赖，降低了主控计算机的负荷，提高了系统实可靠性；

2、本发明提出一种基于1394b光总线的多路视频系统及其数据采集传输方法，采用视频图像专用DSP芯片，提供多个视频端口，实现单一芯片多路视频，充分利用系统资源，简化了电路设计，减少成本；

3、本发明提出一种基于1394b光总线的多路视频系统及其数据采集传输方法，采用1394b光总线，数据传输速度快，实时性好；

4、本发明提出一种基于1394b光总线的多路视频系统及其数据采集传输方法，采用PowerPC控制PCI接口，实现视频采集单元与1394b协议电路连接通信，兼容IEEE1394a协议，有利于推广。

附图说明

图1是本发明提出一种基于1394b光总线的多路视频系统的结构示意图；

图2是本发明中视频采集单元硬件结构示意图；

图3是本发明中视频传输单元硬件结构示意图；

图4是本发明提出一种基于1394b光总线的多路视频系统的数据采集传输方法。

图中：1-视频采集单元；2-视频传输单元；3-DSP芯片；4-视频解码芯片；5-闪存(FLASH)；6-同步动态随机存储器(SDRAM)；7-PCI接口A；8-JTAG接口；9-模拟摄像头；10-1394b光总线；11-PowerPC模块；12-1394b接口协议模块；13-PCI接口B；14-光接口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出一种基于1394b光总线的多路视频系统，实现多路模拟视频数据同时采集，模拟视频数据处理，并将处理后的数据传输到1394b光总线网络的功能。

本发明提出一种基于1394b光总线的多路视频系统，如图1所示，包括视频采集单元1和视频传输单元2。如图2所示，所述的视频采集单元1包括DSP芯片3、视频解码芯片4、闪存(FLASH)5、同步动态随机存储器(SDRAM)6、PCI接口A7和JTAG接口8。其中视频解码芯片4有四片，四片视频解码芯片4的一端分别与DSP芯片3的四个视频接口(VP0～VP3)相连接，另一端分别搭配连接模拟摄像头9，每个视频解码芯片4均可以连接一个模拟摄像头9从而完成一路视频采集的功能，视频解码芯片4与模拟摄像头9之间的连接为标准活动接口连接(BNC接口连接)，因此，可以根据用户要求，任意连接2-4个模拟摄像头9，实现2-4路视频采集的功能，FLASH5、SDRAM6、PCI接口A7、JTAG接口8分别与DSP芯片3片上各相应专用接口相连接。所述的DSP芯片3优选为TMS320DM642型号芯片。

由DSP芯片3控制各片视频解码芯片4采集各模拟摄像头9获取的模拟视频数据，并进行视频数据的模数转换。FLASH5和SDRAM6作为DSP芯片3外设，分别为上层应用程序和视频数据提供存储空间。此外，此DSP芯片3具有PCI接口A7，通过PCL总线与1394b接口协议模块12进行数据交换。JTAG接口8用于与外接的仿真器(DSP专用仿真器)连接进行仿真。

所述的视频传输单元2结构如图3所示，包括PowerPC模块11和1394b接口协议模块12。PowerPC模块作为PCI主控设备，通过PCI接口A与视频采集单元1的DSP芯片3相连接，PowerPC模块还通过PCI接口B13与1394b接口协议模块12相连接，1394b接口协议模块12通过光接口14与1394b光总线10相连接，将视频采集单元1处理完成的视频数据通过1394b光总线10发送给网络中的目标节点。

本发明提出的模拟视频采集传输方法流程图如图4所示，通过DSP芯片3控制完成视频数据采集及视频数据处理，并通过PowerPC模块11控制完成视频数据从视频采集模块到1394b光总线网络的传输。此方法包括四个功能：1，从模拟摄像头9获取视频数据并对获取的模拟数据进行模数转换、格式转换；2、将处理好的视频数据存储在SDRAM6中，检测到发送命令后发送到PowerPC模块11；3、将接收到的视频数据转换成符合1394b光总线通信协议的数据格式；4、将格式转换完成的数据包通过1394b接口协议模块12发送到1394b光总线网络。具体方法流程步骤为：

本发明提出的一种基于1394b光总线的多路视频系统的数据采集传输方法，如图4所示，包括以下几个步骤：

步骤一：对DSP芯片3和PowerPC模块进行初始化。配置DSP芯片3和PowerPC模块11内部相关寄存器，使DSP芯片3和PowerPC模块11进入正常工作状态，并打开DSP芯片3与外设连接的通信通道；

步骤二：在DSP芯片3的控制下，各个视频解码芯片4对视频信号进行视频采集及模数转换，将模拟视频信号转换为数字视频信号，并将数字视频数据发送至DSP芯片3；

步骤三：DSP芯片3将VP接口(VP0～VP3)接收到的数字视频数据存储到SDRAM6中；

步骤四：DSP芯片3将SDRAM6中存储的数字视频数据取出，进行数据格式转换(例如将YUV视频格式转换成RGB视频格式)，转换完成后，将格式转换完成的视频数据重新存入SDRAM；

步骤五：检测PCI接口A7接收到格式转换完成的视频数据发送目的地址，如果检测到目的地址，则将SDRAM6中存储的格式转换完成的视频数据通过PCI接口A7发送至检测到的目的地址(是指PowerPC模块中的某个部分)，如果没有，则不发送数据，返回步骤二，继续采集模拟视频信号(从图上看是这样的)；

步骤六：将PowerPC模块11从PCI接口A7接收到视频数据进行转换成1394b数据包格式；

步骤七：PowerPC模块11将转换后的数据通过PCI接口B13发送到1394b接口协议模块12中，通过1394b接口协议模块12将视频数据传输到1394b光总线网络中

步骤八：反复步骤二至步骤七，反复采集模拟视频信号并进行处理和发送，直到复位导致系统重新开始或掉电导致系统关闭。

Claims (3)

1.一种基于1394b光总线的多路视频系统，其特征在于：包括视频采集单元和视频传输单元；所述的视频采集单元包括DSP芯片、视频解码芯片、FLASH、SDRAM、PCI接口A和JTAG接口；所述的视频解码芯片共有4片，每一个视频解码芯片连接一个模拟摄像头完成一路信号采集功能；每个视频解码芯片的一端与DSP芯片的一个视频接口相连接，FLASH、SDRAM、PCI接口A、JTAG接口分别与DSP芯片上各相应接口相连接；视频解码芯片对视频信号进行视频采集及模数转换，并将数字视频数据发送至DSP芯片，存储到SDRAM中；JTAG接口用于与外接的仿真器连接进行仿真；FLASH和SDRAM为上层应用程序和视频数据提供存储空间；

所述的视频传输单元包括PowerPC模块和1394b接口协议模块；PowerPC模块作为PCI主控设备，通过PCI接口A与视频采集单元的DSP芯片相连接，PowerPC模块还通过PCI接口B与1394b接口协议模块相连接，1394b接口协议模块通过光接口与1394b光总线相连接，PowerPC模块从PCI接口A接收到视频数据后，进行转换成1394b数据包格式；通过PCI接口B发送到1394b接口协议模块中，通过1394b接口协议模块将视频数据传输到1394b光总线网络中。

2.根据权利要求1所述的一种基于1394b光总线的多路视频系统，其特征在于：所述的DSP芯片为TMS320DM642型号芯片。

3.一种权利要求1所述的基于1394b光总线的多路视频系统的数据采集传输方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤一：对DSP芯片和PowerPC模块进行初始化，配置DSP芯片和PowerPC芯片内部相关寄存器，使DSP芯片及PowerPC芯片进入正常工作状态，并打开DSP芯片与外设连接的通信通道；

步骤二：在DSP芯片的控制下，各个视频解码芯片对视频信号进行视频采集及模数转换，将模拟视频信号转换为数字视频数据，并将数字视频数据发送至DSP芯片；

步骤三：DSP芯片将VP接口接收到的数字视频数据存储到SDRAM中；

步骤四：DSP芯片将SDRAM中存储的数字视频数据取出，进行数据格式转换，转换完成后，将格式转换完成的视频数据重新存入SDRAM；

步骤五：检测PCI接口A接收到格式转换完成的视频数据发送目的地址，如果检测到目的地址，则将SDRAM中存储的格式转换完成的视频数据通过PCI接口A发送至检测到的目的地址，如果没有，则不发送数据，返回步骤二，继续采集模拟视频数据；

步骤六：将PowerPC模块从PCI接口A接收到视频数据转换成1394b数据包格式；

步骤七：PowerPC模块将转换后的数据通过PCI接口B发送到1394b接口协议模块中，通过1394b接口协议模块将视频数据传输到1394b光总线网络中；

步骤八：反复步骤二至步骤七，反复采集模拟视频数据并进行处理和发送，直至复位导致多路视频系统重新开始或掉电导致多路视频系统关闭。