CN105208342B - 一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了双路视频压缩存储及网络切换传输电路，视频采集、编码模块包括两片AD芯片，嵌入式ARM控制模块包括两片ARM微处理器，ARM微处理器上依次设置有EMAC接口和MMC/SD接口，网络切换控制模块包括一片FPGA芯片，视频存储模块包括与MMC/SD接口连接的SD卡；本发明采用双路主控ARM单元，实现两路标清视频的大容量分开存储，可将双路标清视频分别存储到不同的存储单元，通过FPGA芯片实现网络MAC的硬件切换，可实现同一IP对双存储卡中视频文件的检索、下载、删除、存储卡格式化及在线回放等管理功能，实现了同一IP地址的分时传输切换功能，最大限度节省了光电系统传输过程中的芯线数。
Description
技术领域
本发明属于图像处理技术领域，用于光电系统中标清模拟视频数据的存储与传输，具体涉及一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路。
背景技术
光电系统中视频编码压缩传输及存储功能成为一种重要需求。通过视频存储及传输既可以将光电传感器的实时图像进行压缩存储，供事后调用回放，又可以通过网络实现远程传输调用。
通用标清视频压缩编码传输模块一般通过基于ARM体系的处理器实现，由于可实现Linux操作系统的移植，应用开发具有非常大的弹性空间。
目前通用的视频存储传输模块分为两种：支持单路标清视频压缩存储及传输的模块，其缺点是在面对两路视频压缩传输时需要使用两个IP及两根网线；支持多路标清视频编码压缩存储及传输的模块，只能将视频存储在一个SD卡中，无法满足一个SD卡存储一路视频的需求。
发明内容
本发明为了克服现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种既能实现双路视频的压缩及双SD卡存储，又能通过同一IP实现视频实时浏览及显示的双路视频压缩存储及网络切换传输电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，包括视频采集、编码模块、嵌入式ARM控制模块、网络切换控制模块以及视频存储模块，所述的视频采集、编码模块包括两片AD芯片，用于采集输入的标清模拟视频并转换为数字视频流，所述的嵌入式ARM控制模块包括两片ARM微处理器，用于各自接收一路数字视频流并实现双码流输出，ARM微处理器上依次设置有EMAC接口和MMC/SD接口，输出的双码流一路通过EMAC接口输出至网络切换控制模块，一路输出至视频存储模块，所述的网络切换控制模块包括一片FPGA芯片，所述的视频存储模块包括与MMC/SD接口连接的SD卡。
所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其AD芯片为TI公司的TVP5158芯片，所述的TVP5158芯片外接27MHz无源晶振。
所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其ARM微处理器上还设有DDR接口和AEMIF接口，ARM微处理器通过ISIF/McBSP接口与TVP5158芯片连接，ARM微处理器上还设置有10/100M自适应网络接口。
所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其ARM微处理器为Davinci数字媒体处理器TMS320DM368，所述的TMS320DM368包括一个ARM926EJ-S内核，一个H.264高清编码协处理器和一个MPEG-4/JPEG高清编解码协处理器。
所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其FPGA芯片上设有外部I/O控制器，FPGA芯片通过外部I/O控制器来选择相应的MAC输出，从而实现网络切换功能。
所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其FPGA芯片为Altera公司的Cyclone系列 EP3C25F256芯片，所述的FPGA芯片外接有一片ADM7001 PHY芯片。
所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其视频存储模块还包括与ARM微处理器连接的NAND Flash存储模块和DDR2 SDRAM存储模块。
本发明的有益效果是：能实现两路标清视频编码、存储、传输、管理等功能，通过嵌入式ARM处理器完成两路标清视频的采集与H.264编码后双码流输出，一路存储到本地存储卡，一路经网络传输并可由PC软件解码后实现视频实时浏览及显示；通过对网络的切换管理，实现两路标清视频使用同一个IP分时传输压缩视频流；本电路利用嵌入式ARM+FPGA架构实现双路视频的编码存储及网络数据流的切换传输，实现了视频的分开存储，又满足在芯线资源受到限制的情况下使用单根网线进行网络视频传输的要求。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明视频采集、编码模块的示意图；
图3为本发明标清视频双码流数据的流向图；
图4为本发明网络切换控制模块的电路图；
图5为本发明视频存储模块的电路图。
各附图标记为：1—AD芯片，2—ARM微处理器，3—FPGA芯片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1所示，本发明公开了一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，包括视频采集、编码模块、嵌入式ARM控制模块、网络切换控制模块以及视频存储模块，所述的视频采集、编码模块包括两片AD芯片1，AD芯片1为TI公司的TVP5158芯片，用于采集输入的标清模拟视频并转换为符合ITU-R BT.656标准的数字视频流，所述的嵌入式ARM控制模块包括两片ARM微处理器2，ARM微处理器2为Davinci（达芬奇）数字媒体处理器TMS320DM368，用于各自接收一路数字视频流、进行H.264压缩编码，每个TMS320DM368将采集的视频的每帧信号加上时间戳按H.264格式送入编码器进行H.264编码，然后输出双码流，ARM微处理器2上依次设置有EMAC接口和MMC/SD接口，输出的双码流一路通过EMAC接口输出至网络切换控制模块，一路输出至视频存储模块，所述的网络切换控制模块包括一片FPGA芯片3，所述的视频存储模块包括连接在每块ARM微处理器2上MMC/SD接口的SD卡，用于实现压缩视频流的存储。
两片TMS320DM368与一片EP3C25F256构成本系统的主控单元。
ARM微处理器2上还设有DDR接口和AEMIF接口，由于内部集成了DDR2内存控制器，可直接用做DDR2 SDRAM接口支持JESD79D-2A标准兼容的DDR2 SDRAM设备，AEMIF接口可以支持NAND Flash和NOR Flash，这样系统可外接DDR2 SDRAM和NAND Flash作为片外存储器。作为具体的实施例，系统选用NAND Flash为SAMSUNG的K9F1G08U0C，系统中扩展了两片Samsung公司的K4T1G084QE，为128MByte的DDR2存储器，总容量为256MByte。
ARM微处理器2通过ISIF/McBSP接口与TVP5158芯片连接，ARM微处理器上还设置有10/100M自适应网络接口。
两片TMS320DM368分别外接I/O电平信号进行存储与停止存储的控制。
TMS320DM368是TI推出的基于达芬奇技术，面向便携高清视频应用的新型数字多媒体处理器。该处理器集成了一颗ARM926EJ-S内核，一个H.264高清编码协处理器HD-VICP和一个MPEG-4/JPEG高清编解码协处理器MJCP，可以支持H.264、MPEG-4、MPEG-2、MJPEG以及VCI等编解码器，内部集成有视频处理子系统VPSS及丰富外设，可实现高度的视频灵活性。TMS320DM368可以同时输出720P、D1、CIF三个码流，或者更多的组合方式，并且编码速率可调，并且支持硬件OSD。HDVICP协处理器可以给1920×1080P/30fps提供H.264标准的视频压缩或解压缩。
TMS320DM368的视频处理子系统（Video Processing Subsystem-VPSS）由二部分组成：一是视频处理前端（VPFE），用于输入数字视频数据，为多种标准的数字视频输入提供接口，并为输入的数字视频数据提供必要的预处理；二是视频处理后端（VPBE），用于输出数字视频数据，以驱动显示器显示视频图像。VPFE包括CCD控制器（CCDC）、Preview Engine、Resizer、Hardware 3A(H3A)、Statistic Generator、Histogram blocks；VPBE包含On-Screen Display（OSD）模块，带数字LCD和模拟DAC接口的Video Encoder（VENC）。
TMS320DM368既可以方便地与各种视频输入标准接口,还具有常用的视频处理功能，视频输出接口既可以提供多种模拟视频输出标准,还可以提供多种数字视频输出标准接口，并且在视频输出之前,支持多个视频窗口管理及在视频画面上叠加文本数据。通过ARM内核可实现Linux操作系统的移植，给与应用开发非常大的弹性空间。具有高集成度外设格式视频编解码功能（H.264、MPEG4、MPEG2、MJPEG、JPEG），支持多种视频交互接口，支持10/100M自适应网口。
ARM处理器采用ARM926EJ-S内核CPU，是32bit RSIC处理器，主频达到432MHz。ARMCPU执行系统控制任务，如系统命令初始化，配置，电源管理，用户接口和命令等。ARM926EJ-S RISC处理器包含协处理器P15，内存管理单元（MMU），16KB指令集，8KB数据CACHE，写缓存和JAVA加速器。ARM内部存储器包括一个32KB的内部RAM和16KB内部ROM。
TMS320DM368自带MAC控制器,两片TMS320DM368均将MAC输出信号与FPGAEP3C25F256相连，TMS320DM368内嵌的ARM微处理器完成压缩数据的RTP、UDP、IP封装，然后通过MAC成帧。
图2所示为本发明的标清模拟视频采集、编码模块，选用TI公司的AD转换芯片TVP5158，TVP5158芯片是TI公司视频解码系列芯片的一种，在很多视频产品如电视卡、MPEG2、MPEG4中都有应用。采用两片TVP5158分别对1路视频进行采样，从TVP5158芯片将数字视频流及时钟信号传给DM368视频接口。TVP5158芯片可以输入4路模拟视频信号，通过内部寄存器的不同配置可以对4路输入进行转换，输入可以为4路CVBS或2路S视频（Y/C）信号，输出8位总线，为标准的ITU 656、YUV 4：2：2格式。TVP5158芯片兼容PAL、NTSC、SECAM多种制式，可以自动检测场频适用的50或60Hz，可以在PAL、NTSC之间自动切换。TVP5158芯片可以配置为不同的参数，对色度、亮度等的控制都是通过对相应寄存器改写不同的值，寄存器的读写通过I2C总线进行, 双ARM通过I2C总线分别对其中一片TVP5158进行配置。
TVP5158芯片具有3.3V、1.8V、1.1V三种供电需求，模拟与数字部分均采用+3.3V供电，数字I/O接口可兼容+5V，芯片具有上电自动复位功能，另有外部复位管脚（CE），低电平复位，复位以后输出总线变为三态，待复位信号变高后自动恢复，时钟丢失、电源电压降低都会引起芯片的自动复位。
通过TVP5158芯片转换后的8位数字视频送入ARM芯片TMS320DM368的视频处理子系统VPSS），经过校正、滤波等预处理，调用压缩引擎实现H.264压缩编码。
TVP5158芯片外接27MHz无源晶振，将转换后的ITU-R BT.656标准数字视频流与时钟信号输出给TMS320DM368。
编码后的视频流，一路通过DM368外扩的SD卡接口实现视频存储，另一路通过TMS320DM368支持的10/100M自适应网络接口将压缩视频流通过网络进行传输，FPGA芯片通过外部I/O控制器来控制选择切换一路网络信号输出，实现视频流的分时网络传输。
图3所示为本发明标清视频双码流数据的流向图，通过TMS320DM368将采集的视频的每帧信号加上时间戳按H.264格式送入编码器进行H.264编码，输出双码流分别传输给SD卡存储及MAC控制器，由于TMS320DM368自带MAC控制器，支持一路10M/100Mbps以太网扩展，TMS320DM368完成压缩数据的RTP、UDP、IP封装，然后通过MAC成帧，片外网络PHY芯片进行物理层转换后完成数据的发送。
图4所示为本发明网络切换控制模块的电路图，两片TMS320DM368芯片的MAC输出给FPGA芯片，两片TMS320DM368共用一个IP地址，FPGA芯片通过外部I/O控制器来选择相应的MAC输出，从而实现网络切换功能。
采用的FPGA芯片EP3C25F256I7是Altera公司的一款高性能芯片。在系统中加入了配置芯片，选用与本款FPGA芯片配套型号为EPCS64SI16N的串行主动配置芯片,由AS接口将程序写入到配置芯片中，使FPGA芯片可以脱机工作。FPGA芯片外接一片ADM7001 PHY芯片，ADM7001是一款10M/100M PHY芯片，支持10/100Mbps自适应变化。匹配IEEE802.3 10BASE-T和100BASE-T物理层接口和ANSI X3.263 TP-PMD传输接口。内部具有125MHz时钟生成器和时序恢复，在低功耗和低成本应用方面有广阔市场。
图5所示为本发明视频存储模块的电路图，TMS320DM368自带MMC/SD控制器，可方便的与SD卡直接连接并进行数据读写，使用了双ARM的MMC/SD接口分别外挂一片SD卡实现视频的分别存储。
本发明可以通过双嵌入式ARM芯片实现双路视频的压缩及分开存储，又能通过网络切换传输电路通过同一IP分时传输双路视频码流到PC平台实现网络监控。编码后的视频流，一路通过TMS320DM368外扩的SD卡接口实现视频存储，另一路通过TMS320DM368支持10/100M自适应网口将压缩视频通过网络进行传输。
本电路采用DC12V供电，可采用AC220V转DC12V的电源适配器供电，使用非常便捷。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其特征在于：包括视频采集、编码模块、嵌入式ARM控制模块、网络切换控制模块以及视频存储模块，所述的视频采集、编码模块包括两片AD芯片（1），用于采集输入的标清模拟视频并转换为数字视频流，所述的嵌入式ARM控制模块包括共用一个IP地址的两片ARM微处理器（2），用于各自接收一路数字视频流并实现双码流输出，ARM微处理器（2）上依次设置有EMAC接口和MMC/SD接口，输出的双码流一路通过EMAC接口输出至网络切换控制模块，一路输出至视频存储模块，所述的网络切换控制模块包括一片FPGA芯片（3），所述的视频存储模块包括与MMC/SD接口连接的SD卡。
2.根据权利要求1所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其特征在于，所述的AD芯片（1）为TI公司的TVP5158芯片。
3.根据权利要求2所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其特征在于，所述的TVP5158芯片外接27MHz无源晶振。
4.根据权利要求2所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其特征在于，所述的ARM微处理器（2）上还设有DDR接口和AEMIF接口，ARM微处理器（2）通过ISIF/McBSP接口与TVP5158芯片连接，ARM微处理器（2）上还设置有10/100M自适应网络接口。
5.根据权利要求4所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其特征在于，所述的ARM微处理器（2）为Davinci数字媒体处理器TMS320DM368。
6.根据权利要求5所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其特征在于，所述的TMS320DM368包括一个ARM926EJ-S内核，一个H.264高清编码协处理器和一个MPEG-4/JPEG高清编解码协处理器。
7.根据权利要求1所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其特征在于，所述的FPGA芯片（3）上设有外部I/O控制器，FPGA芯片（3）通过外部I/O控制器来选择相应的MAC输出，从而实现网络切换功能。
8.根据权利要求7所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其特征在于，所述的FPGA芯片（3）为Altera公司的Cyclone系列 EP3C25F256芯片。
9.根据权利要求8所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其特征在于，所述的FPGA芯片（3）外接有一片ADM7001 PHY芯片。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的一种双路视频压缩存储及网络切换传输电路，其特征在于，所述的视频存储模块还包括与ARM微处理器（2）连接的NAND Flash存储模块和DDR2 SDRAM存储模块。
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