CN102685427A

CN102685427A - 嵌入式数字视频移动存储控制器及视频监控存储系统

Info

Publication number: CN102685427A
Application number: CN2011100574407A
Authority: CN
Inventors: 邓计才; 王忠勇; 郭军伟; 邓启新
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-09-19

Abstract

一种嵌入式数字视频移动存储控制器，它包括模拟视频解码与A/D转换模块、数字视频压缩模块、控制器和USB主控制器。采用上述技术方案的本发明，能够按照用户操作要求启动视频信号处理电路对输入模拟视频信号进行解码、A/D转换和压缩编码处理，控制器同时通过USB接口将压缩后的节目视频数据流实时的以MPEG格式存入U盘。本发明的核心是融高速数字视频处理技术和嵌入式USB存储技术于一体，实现对视频信号的采集存储。

Description

嵌入式数字视频移动存储控制器及视频监控存储系统

技术领域

本发明属于数字视频技术领域，具体说是包括模拟视频信号数字化实时压缩处理及其存储技术，特别是采用嵌入式USB接口技术实现视频信号的移动存储。

背景技术

随着高速数字技术及视频压缩编码技术的发展，数字视频的应用越来越广，但数字视频的应用面临以下难题：一是如何有效解决模拟视频与数字视频的相互转换，因为随着信息技术的发展，数字视频正在成为市场主流，但目前许多视频信源仍是模拟信号，特别是以前存储的视频资料皆是模拟信号，现在广播电视接收的也是模拟信号，而且普通电视具有输出模拟视频信号的功能；二是视频图像信息数据量非常大，实时视频信号的传输、存储面临了诸多技术难题，而通过采用扩大存储器容量和增加通信线路传输带宽的办法来解决是不现实的。此外人们常常需要将自己感兴趣或者重要的电视节目进行录制，以便为以后使用和观看提供方便，而计算机正在日益普及，如果能将过去的模拟视频资料数字化并进行压缩存储将会对资料的保存非常有利。三是在视频监控应用中，若视频监控器能将视频监控信息直接存储于U盘，则可省去布线安装，这便于根据需要灵活设置监控位置。基于以上原因如果能将模拟视频信号进行数字化压缩编码处理，并且很方便的在脱离计算机的任意场合存储于体积小巧、价格便宜的移动U盘上，这对于视频资料的收集和保存具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种结构简单、工作可靠的嵌入式数字视频移动存储控制器，该控制器能够随时将视频信号存储到移动U盘上。

另外，本发明还基于上述控制器，提供了一种外接CCD摄像头的视频监控存储系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

模拟视频解码与A/D转换模块，它包括模拟视频解码电路和模数转换电路，其中模拟视频解码电路接收模拟视频信号，将模拟视频信号解码为标准视频分量信号，并经A/D转换为数字视频信号；

数字视频压缩模块，它将接收到的数字视频信号进行压缩，并按照MPEG-1/MPEG-2标准编码为节目视频数据流PS，节目视频数据流被送到数据缓存模块中进行缓存；

控制器，其与USB主控制器通讯连接；所述的控制器向USB主控制器发出存储请求命令，待控制器接收到USB主控制器的应答信息后，将数据缓存模块中的节目视频数据流存入U盘中；

USB主控制器，其与控制器通讯连接；所述的USB主控制器接收存储请求命令，检查是否有U盘插入，若有U盘插入，则USB主控制器读取U盘文件信息以判断是否有足够存储空间；若U盘有足够的空间，则返回应答信息至控制器。

所述的控制器在其接口电路上连接有触发按键，触发按键控制U盘存储动作的开始和结束。

所述的控制器中设置存储节目时长和自动存储节目程序，自动存储节目程序根据存储节目时长自动完成节目的存储。

一种利用上述控制器而制成的视频存储系统，它包括嵌入式数字视频移动存储控制器，其输入端接收来自于视频信号源的模拟视频信号，并在嵌入式数字视频移动存储控制器的USB接口电路上连接U盘。

所述的视频信号源为CCD摄像头或TV视频输出信号。

采用上述技术方案的本发明，能够按照用户操作要求启动视频信号处理电路对输入模拟视频信号进行解码、A/D转换和压缩编码处理，控制器同时通过USB接口将压缩后的节目视频数据流实时的以MPEG格式存入U盘。本发明的核心是融高速数字视频处理技术和嵌入式USB存储技术于一体，实现对视频信号的采集存储。本系统克服了以往视频存储需要借助计算机才能实现的不便，将高速嵌入式系统引入视频采集设备，利用USB主机技术和USB接口即插即用、存取快速的特点，能够在进行视频压缩编码处理的同时直接在U盘上实时存储，实现了视频的移动存储功能，使用既方便又可靠，扩大了视频处理的应用领域和范围。另外本系统也可以直接与计算机连接作为视频采集设备，将数字化视频流传输给计算机进行显示或存储。

本发明将数字视频压缩技术和大容量移动U盘存储相结合，可以应用于不同场合，通过连接摄像头可以实现对特定场所进行视频监控存储，应用本发明可以做成小型移动监控装置放置于室内桌面、家具顶部进行室内视频监控存储，既方便又节能；另一方面通过连接电视机的视频输出可以进行视频的数字化存储，非常便于视频节目保存。

附图说明

图1是本发明的嵌入式数字视频移动存储控制器电路原理框图。

图2是视频信号处理流程图。

图3是主程序流程图。

图4嵌入式数字视频移动存储控制器电路。

图5是本发明应用实例1—移动式视频监控存储系统。

图6是本发明应用实例2—视频数字化存储系统。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明包括模拟视频解码与A/D转换模块、数字视频压缩模块、数据缓存模块、控制器、USB主控制器等部分。整个系统的工作还包括软件部分，主要有系统主程序、嵌入式USB主机协议软件、Mass Storage类协议软件及FAT文件系统软件等。

模拟视频解码与A/D转换模块，它包括模拟视频解码电路和模数转换电路，其中模拟视频解码电路的工作参数由控制器进行配置，它接收模拟视频信号，将模拟视频信号解码为与ITU601标准兼容的标准视频信号，并经A/D转换为数字视频信号。

数字视频压缩模块，它包括帧内预测/运动估计、DCT变换和熵编码等功能单元，数字视频压缩模块的工作参数由控制器进行配置，它将接收到的数字视频信号进行压缩，并按照MPEG-1/MPEG-2标准编码为节目视频数据流（PS），PS流被送到数据缓存模块中进行缓存。

控制器，以高速单片机为核心设计，其作用是对各模块电路进行参数设置和实时控制，同时与USB主控制器通讯连接以完成移动存储。上述的控制器向USB主控制器发出存储请求命令，待控制器接收到USB主控制器的应答信息后，将数据缓存模块中的节目视频数据流存入U盘中。

USB主控制器，它包括USB主机/设备控制器和收发器等部分，本发明就是通过控制器对该接口的通信实现对U盘的视频存储，其存储的开始和结束受控制器控制。上述的USB主控制器接收存储请求命令，检查是否有U盘插入，若有U盘插入，则USB主控制器读取U盘文件信息以判断是否有足够存储空间；若U盘有足够的空间，则返回应答信息至控制器。

如图2所示，数字视频存储控制器的工作原理为：当系统加电并检测到存储命令后，主程序运行，控制器首先按照要求对各部分电路进行初始化配置，包括A/D模块、压缩编码模块和USB接口的初始化，之后系统进入压缩编码和存储阶段。其工作过程是：模拟复合视频信号CVBS输入至视频解码及A/D转换模块，该模块首先将模拟视频信号进行解码为亮度Y和色差分量信号C_b、C_r，然后经A/D转换器处理输出数字视频信号送给视频压缩编码模块；视频压缩模块将输入的数字视频信号按照MPEG-1/MPEG-2视频标准进行压缩编码处理并输出相应的PS流，在控制器的读写信号控制下PS流输入DRAM进行暂存。控制器执行FAT文件系统软件在U盘上创建文件，并以批量传输协议（bulk-only）将数据存储至U盘上，直至检测到结束命令。工作中控制器要对各部分电路进行同步控制，同时也可以对编码输出的视频信号进行亮度、饱和度以及对比度的调节；另外在U盘存储过程中，存储的开始和结束由触发按键控制，也可以根据需要设置存储的时长，时间到后自动完成视频存储。

本系统实现的任务是采用嵌入式USB主机系统将视频数据存储于U盘，基于系统性能限制和节省资源目的，系统设计为只支持Mass Storage设备类，这样系统工作时通过调度存储任务程序，就可以实现视频数据存储。

如图3所示，系统主程序的流程是：系统首先对各功能模块进行初始化配置，接着启动A/D和数据压缩，并将形成的PS流数据送DRAM；之后检测U盘是否插入，插入后读取U盘文件信息，以判断是否有足够存储空间，当检测到存储开始命令后，即根据FAT文件系统创建新文件，将数据写入U盘，直至检测到结束命令。

基于本发明的嵌入式数字视频移动存储控制器电路如图4所示，整个控制器由以下各部分电路组成，即视频信号解码与A/D转换电路、数字视频压缩编码电路、系统控制器和USB主控制器电路。

在图4中，本系统模拟视频解码及其A/D转换部分选用SAA7114芯片来处理，SAA7114能够将PAL、SECAM和NTSC制式CVBS信号转变为与ITU601标准兼容的标准视频信号，它可以支持多达6路模拟CVBS信号输入，并通过内部控制寄存器能够独立地进行亮度、对比度、饱和度控制。本系统中主控芯片通过I²C总线与之连接，从而可以对其内部的寄存器进行读写操作进而完成初始化和工作状态控制功能。

本系统中复合模拟CVBS信号从SAA7ll4的AI11端口输入，模拟视频信号经解码处理分解为Y、C_b、C_r三个分量信号，再经过A/D转换电路变为数字视频数据流，数字视频信号最后从SAA7ll4的I/O端口（XPD0～XPD7）输出后送至SAA6752进行压缩处理。

另外，本系统数字视频压缩编码部分采用SAA6752来完成，该芯片具有音视频编码功能,较好的解决了视频编码中的噪声滤波和运动估计技术难题，编码效率高，它能将输入的数字视频信号按照MPEG-1或MPEG-2标准进行压缩编码处理并输出相应的PS流。SAA6752HS通过外接16Mbit SDRAM芯片K4S161622D-TL80来存储、传送处理数据从而完成压缩编码，该芯片没有片内CPU，其编码功能的实现均由系统主控制器通过I²C总线来控制。本系统中该芯片接收从SAA7114传送过来的数字视频信号,经过片内固化的压缩算法完成运动预测、DCT变换和熵编码之后从I/O口输出符合MPEG-1/MPEG-2标准的PS流。

系统控制器和USB主控制器采用PIC24FJ256GB106来实现，该芯片是低功耗大内存的16位USB单片机，可以方便的在嵌入式系统中添加USB主机功能，主机模式下可以进行低速（1.5Mb/s）和全速（12Mb/s）USB操作，其处理速度满足MPEG-1/MPEG-2标准PS数据流传输存储需要；其I²C总线可以方便实现对SAA7114和SAA6752HS工作状态和工作方式进行控制。

整个控制器电路工作原理如下：在本系统中，复合模拟CVBS信号由SAA7114的AI11端口输入，相应的控制寄存器AICO1（02H）的D[0:3]设定为0000B。CVBS信号经片内解码得到YC_bC_r分量信号，再经片内A/D转换输出符合ITU601格式的YC_bC_r信号、同步信号及消隐信号，上述信号从其I/O端口（XPD0～XPD7）输出至SAA6752数字视频信号输入口。数字视频压缩编码芯片SAA6752片内没有内置RAM，所以在片外扩展了16Mbit的大容量存储芯片K4S161622D-TL80。SAA6752能够自动地对输入信号进行预测、运动估计与补偿、DCT变换、熵编码形成视频基本流ES。片内的打包器在ES数据中加入PES起始码、码流ID、PES头、DTS和PTS等控制和说明码字形成PES流。PES在流复用器中再加入SCR系统时钟标签形成变长的PS流从SAA6752输出口输出至系统控制器PIC24FJ256GB106的数据端口。主控系统中的USB端口设置为USB主机系统，且主机模式设置为USB全速操作，这样从SAA6752 输出的数据将被实时地存储于U盘中。存储于U盘中的视频文件为MPEG格式，因此可通过计算机通用视频解码软件或视频播放器播放。整个系统的工作由高速单片机来完成，单片机通过I²C总线通信完成对SAA7114、SAA6752的控制，将控制字写入SAA7114、SAA6752芯片的对应寄存器中，从而实现视频信号亮度、对比度、色度与清晰度的可调。整个系统的主程序流程参见图3。

基于本发明的嵌入式数字视频移动存储控制器电路也包括其它形式，一是采用高速单片机外加USB主机芯片；二是采用其它的带USB主机功能的高速嵌入式系统。

如图5所示，基于上述设计的控制器可制成便携式数字视频监控存储系统，它包括上述嵌入式数字视频移动存储控制器，其输入端接收来自于摄像头的模拟视频信号，并在嵌入式数字视频移动存储控制器的USB接口电路上连接U盘。本实施例中，视频信号源为CCD摄像头，经处理压缩后的视频信号存储于U盘，由此构成一个移动式室内视频监控存储系统。该系统将摄像、数字视频压缩编码与存储构成一个整体，具有小巧、放置灵活的特点，可根据需要做成装饰品放置于室内桌面上等视角方便处，便于隐蔽使用，省去了布线安装的麻烦，非常适合家庭临时的防盗监控。

实施例2

本实施例与实施例1不同的是，在本实施例中，视频信号源为TV，电视输出的模拟视频信号经压缩编码后存储于U盘，由此构成一个视频数字化压缩编码存储系统，实际中可根据需要随时将喜欢的电视节目存储于U盘，省去了连接计算机的麻烦，使用方便快捷。

需要说明的是，本发明中的控制器并不局限于高速单片机，可以是其它的高速嵌入式控制器，如DSP系统、ARM系统等。

Claims

1.一种嵌入式数字视频移动存储控制器，其特征在于，它包括：

2.根据权利要求1所述的嵌入式数字视频移动存储控制器，其特征在于：所述的控制器在其接口电路上连接有触发按键，触发按键控制U盘存储动作的开始和结束。

3.根据权利要求1所述的嵌入式数字视频移动存储控制器，其特征在于：所述的控制器中设置存储节目时长和自动存储节目程序，自动存储节目程序根据存储节目时长自动完成节目的存储。

4.一种利用如权利要求1或2或3所述控制器而制成的视频存储系统，其特征在于：它包括嵌入式数字视频移动存储控制器，其输入端接收来自于视频信号源的模拟视频信号，并在嵌入式数字视频移动存储控制器的USB接口电路上连接U盘。

5.根据权利要求4所述的视频存储系统，其特征在于：所述的视频信号源为CCD摄像头或TV视频输出信号。