CN204217080U - 一种基于ppc处理器的音视频采集板 - Google Patents

一种基于ppc处理器的音视频采集板 Download PDF

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Abstract

本实用新型包括用于音视频数据传输存储的PPC处理器,用于视频数据采集压缩的视频采集芯片,用于音视频格式变换和传输的FPGA,以及用于数据交换的连接器;连接器上设置有多个输入输出引脚、单端模拟视频信号引脚、差分模拟视频信号引脚和音频信号引脚;输入输出引脚连接在PPC处理器的IO口上;单端模拟视频信号引脚和差分模拟视频信号引脚分别通过解码芯片与FPGA的输入端连接;差分模拟视频信号引脚通过差分转换电路连接到解码芯片的输入端;音频信号引脚通过音频调制电路与视频采集芯片的输入端连接;FPGA连接在PPC处理器上的并口或PCIE接口上,并且FPGA分别通过外部存储器接口和VPFE接口与视频采集芯片连接。

Description

一种基于PPC处理器的音视频采集板
技术领域
本实用新型涉及音视频采集领域,具体为一种基于PPC处理器的音视频采集板。
背景技术
PPC是PowerPC的简写,二十世纪九十年代,IBM(国际商用机器公司)、Apple(苹果公司)和Motorola(摩托罗拉公司)开发PowerPC芯片成功,并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。
随着计算机技术的日益发展,大量的语音、数据、图像、图形等信息需要计算机进行实时采集、存储、传输和处理,除了对CPU(中央处理器;central processing unit)的运算性能要求越来越高,更主要是对采集数据的传输和实时压缩功能提出了更高的要求,现有的采集板的架构都是主板加采集卡的模式;一方面由于CPU对音频和视频采集要受其他数据处理的影响,不能满足高效稳定的处理需求;一方面小型单板对音视频的采集量会被制,也无法满足对同时对视频和音频的大批量处理需求。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题,本实用新型提供一种处理速度快,能够对多路音视频同时进行采集和处理的,基于PPC处理器的音视频采集板。
本实用新型是通过以下技术方案来实现:
一种基于PPC处理器的音视频采集板,包括用于音视频数据传输和存储的PPC处理器,用于视频数据采集和压缩的视频采集芯片,用于音视频格式变换和传输的FPGA,以及用于数据交换的连接器;连接器上设置有多个输入输出引脚、单端模拟视频信号引脚、差分模拟视频信号引脚和音频信号引脚;输入输出引脚连接在PPC处理器的IO口上;单端模拟视频信号引脚和差分模拟视频信号引脚分别通过解码芯片与FPGA的输入端连接;差分模拟视频信号引脚通过差分转换电路连接到解码芯片的输入端;音频信号引脚通过音频调制电路与视频采集芯片的输入端连接;FPGA连接在PPC处理器上的并口或PCIE接口上,并且FPGA分别通过外部存储器接口和VPFE接口与视频采集芯片连接。
优选的,视频采集芯片上设置第一100M/1000M网络接口,PPC处理器上通过以太网接口设置第二100M/1000M网络接口;第一100M/1000M网络接口和第二100M/1000M网络接口经第一网络变压器相连接;第二100M/1000M网络接口通过第二网络变压器与连接器上设置的多个千兆网引脚连接。
优选的,视频采集芯片上设置第一RS-232收发器,PPC处理器上通过串口设置第二RS-232收发器;第一RS-232收发器和第二RS-232收发器经板载调试口连接;第二RS-232收发器与连接器上设置的RS-232引脚连接。
进一步,视频采集芯片上分别设置有第一NAND闪存和DDR内存。
优选的,PPC处理器通过依次连接在PCI接口或PCIE接口上的串口控制器和RS-422收发器与连接器上的多个RS-422引脚连接;PPC处理器通过SATA控制器与连接器上的多个SATA引脚连接。
优选的,PPC处理上通过DDR3控制器连接DDR3内存,通过I2C控制器连接实时时钟;PPC处理器上还分别设置有第二NAND闪存和用于存储运行程序的NOR闪存。
进一步,PPC处理器上的IO口通过光耦隔离驱动器与多路输入输出引脚连接。
进一步,视频采集芯片采用TI的TMS320DM368视频采集芯片;所述的PPC处理器采用Freescale的QorIQ P1013处理器。
优选的,还包括用于复位的看门狗电路,以及用于供电的电源转换和启动电路;电源转换启动电路域连接器上设置的电源输入引脚连接。
优选的,还包括与采集板固定贴合连接的导冷散热板;导冷散热板两侧分别设置锁紧条,一端设置起拔器。
与现有技术相比,本实用新型具有以下有益的技术效果:
本实用新型通过设置视频采集芯片和PPC处理器,从而将视频的采集压缩和数据的处理传输的处理分开,实现了双CPU的架构设置,并且通过设置的FPGA实现两者之间的实时数据交换,因此能够大幅提高其对音视频采集和对数据处理的能力,并且降低了整个系统的功耗;通过设置在连接器上相应的音视频采集引脚,从而提供了多路的音频采集输入和多路不同类型的视频采集输入,实现了小型单板对多路音视频数据同时进行采集,压缩,传输,存储和实时的处理,结构可靠,双CPU架构高性能出众,能够作为服务器板卡使用。
进一步的,利用相互连接的网络接口在PPC处理器和视频采集芯片之间提供了一路网络连接,能够作为备用的数据交换和通讯通道,提高了整体板卡的可靠性和运行的稳定性;再通过PPC处理器上连接的千兆网引脚,提供了对外的数据连接和通讯。
进一步的,利用板载调试口连接分别设置在PPC处理器和视频采集芯片上的RS-232收发器,并且通过PPC处理器上连接的RS-232引脚,为调试和运行提供了数据的传输通道。
进一步的,通过设置的第一NAND闪存和DDR内存为视频采集芯片的视频采集和压缩提供所需的存储和运算空间,提供其运行效率。
进一步的,利用连接的串口控制器能够对RS-422接口进行扩展,并设置SATA引脚,从而提高其适应范围,便于其应用的扩展。
进一步的,利用设置的NOR闪存能够用于存放启动代码、程序和数据的存储,再通过配合设置的NAND闪存和DDR3内存,能够更好地满足PPC处理器进行数据的处理、传输和存储。
进一步的,通过采用TI的视频采集芯片和Freescale的PPC处理器的相互,能够充分的利用视频采集芯片强大的内核设置,完成对大量音视频数据的浮点运算;利用PPC处理器独特的通讯和计算能力,完成对数据的处理,更加高效稳定的在小型单板上实现音视频的处理功能。
进一步的,利用设置的看门狗,能够对采集板的电路进行重置操作,提供了其工作的稳定性和自我恢复。
进一步的,通过导冷散热板的设置,一方面能够降低整板的温度,提供良好的运行环境,另一方面能够通过其进行加固设计,使其能够适应各种恶劣环境,提高其环境适应能力,以及其可靠性和可维护性。
附图说明
图1为本实用新型实例中所述采集板的总体架构图。
图2为本实用新型实例中所述导冷散热板的结构示意图;2a为主视图,2b为左视图,2c为后视图。
图中:1为导冷散热板,2为锁紧条,3为起拔器,4为采集板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明,所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型一种基于PPC处理器的音视频采集板,如图1所示,包括用于音视频数据的传输和存储的PPC处理器,用于视频数据采集和压缩的视频采集芯片,用于音视频格式变换和传输的FPGA,以及用于数据交换的连接器;连接器上设置有多个输入输出引脚、单端模拟视频信号引脚,差分模拟视频信号引脚和音频信号引脚;输入输出引脚连接在PPC处理器的IO口上;单端模拟视频信号引脚和差分模拟视频信号引脚分别通过解码芯片与FPGA的输入端连接;差分模拟视频信号引脚通过差分转换电路连接到解码芯片的输入端;音频信号引脚通过音频调制电路与视频采集芯片的输入端连接;FPGA连接在PPC处理器上的并口或PCIE接口上,并且FPGA分别通过外部存储器接口和VPFE接口与视频采集芯片连接;外部存储器接口也就是图1上所述的EMIF。本优选实例中的解码芯片采用3-9组的EncodeSA7129芯片。PCIE(PCI Express)是高速串行PCI总线;通过双CPU架构的设置能够集运算、传输、存储和压缩采集为一体,更便于客户应用。
其中,如图1所示,视频采集芯片上设置第一100M/1000M网络接口,PPC处理器上通过以太网接口设置第二100M/1000M网络接口;第一100M/1000M网络接口和第二100M/1000M网络接口经第一网络变压器相连接;第二100M/1000M网络接口通过第二网络变压器与连接器上设置的多个千兆网引脚连接,从而能够提供网络加载功能和数据传输通讯功能,用于数据传输。
视频采集芯片上设置第一RS-232收发器,PPC处理器上通过串口设置第二RS-232收发器;第一RS-232收发器和第二RS-232收发器经板载调试口连接;第二RS-232收发器与连接器上设置的RS-232引脚连接。视频采集芯片上分别设置有第一NAND闪存和DDR内存。
其中,如图1所示,PPC处理器通过依次连接在PCI接口或PCIE接口上的串口控制器和RS-422收发器与连接器上的多个RS-422引脚连接;通过SATA控制器与连接器上的多个SATA引脚连接。PPC处理上通过DDR3控制器连接DDR3内存,通过I2C控制器连接实时时钟;PPC处理器上还分别设置有第二NAND闪存和用于存储运行程序的NOR闪存。PPC处理器上的IO口通过光耦隔离驱动器与多路输入输出引脚连接。
本优选实例中,视频采集芯片采用TI的TMS320DM368视频采集芯片;所述的PPC处理器采用Freescale的QorIQ P1013处理器。
如图1所示,本实用新型所述的采集卡还包括用于复位的看门狗电路和用于供电的电源转换启动电路;电源转换启动电路域连接器上设置的电源输入引脚连接。从而使得系统电源由外部输入5V,经过滤波和过流保护接入板内,通过电源转换模块和启动电路变换为板内所需的3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.35V、1.2V和1.0V;如图2所示,其还包括与采集板固定贴合连接的导冷散热板1;导冷散热板1两侧分别设置锁紧条2,一端设置起拔器3。
具体的,本实用新型能够采用如下的的硬件连接,处理器:采用Freescale QorIQ P1013作为PPC处理器;利用连接在PPC处理器上的板载NOR闪存作为程序空间,存放Uboot、Kernel和应用程序,本优选实例采用型号为S25FL128K的NOR闪存;利用DDR3-667作为内存RAM;如图1所示,还能够基于Freescale QorIQ P1013的PPC处理器设置1路RS-232、2-4路RS-422、通过光耦隔离的4组GPI输入和4组GPO输出能够用于对外的功能控制、1-2组用于数据存储的SATA接口,4路音频采集输入、1路模拟单端视频采集输入,3路模拟差分视频采集输入功能模块。能够实时启动存储在NOR闪存中的操作系统,保证系统稳定性。
在音视频采集上,视频芯片采用TI的TMS320DM368的视频采集芯片,完成音视频的采集压缩功能,FPGA完成视频接入与VPFE转换,并通过外部存储器接口,也就是EMIF,在视频格式变换后和视频采集芯片进行视频数据传输和交换,通过与PPC处理器的连接实现PPC主CPU和TI视频采集CPU之间的实时数据交互,再通过设置的一路主CPU和TI视频采集CPU之间的网络连接,作为备用的数据交换和通讯通道。在音视频采集上包括1路单端模拟视频信号输入采集,2路差分模拟视频信号输入采集,本优选实施例以PAL-D制式的视频信号和H.264压缩标准为例进行说明,2路音频信号采集输入,音频信号与1路模拟单端模拟视频信号同步,在板卡的输入接口设置20K欧姆的输入阻抗进行预调整。其中,H.264是由ITU-T视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC动态图像专家组(MPEG)联合组成的联合视频组(JVT,Joint Video Team)提出的高度压缩数字视频编解码器标准。
在整个采集卡上,通过看门狗电路的设置,能够使用看门狗功能监控计算机工作状态,可触发复位中断,进行整个板卡的复位;通过设置板载的实时时钟电池,即RTC电池,保证其在-40℃-60℃的环境温度可靠性,使得RTC的使用寿命不小于3年。还能够利用设置的板载调试口和RS-232引脚实现调试模式,为板卡程序的更新提供支持和保证,并在非调试模式下保护程序存储器数据不被破坏。
其中,QorIQ P1013和TI视频采集处理器及其外围电路采用成熟原理图;P1013处理器集成64位宽DDR3内存控制器接口,选用MICRON公司型号为MT41J4M16的DDR3内存芯片可满足系统64位512MB的容量要求,内存接口时钟速率为333MHz,数据率可达667MT/s;P1013自带两个串口,通过扩展的串口控制器,使用RS232和RS422接口收发器,实现多路的RS-232和RS-422接口设置;P1013处理器自身集成了两路SATA控制器,支持SATA接口的SSD固态盘;P1013处理器自带2路100/1000M自适应以太网;能够提供网络加载功能和数据传输通讯功能,用于数据传输。
最后利用与采集板4贴合固定设置的导冷散热板1实现对采集板3的安装和散热,无需风扇设置,体积小巧,结构稳定可靠,利用锁紧条2进行固定,通过起拔器3实现便捷拆卸,如图2所示。再利用加固设计能够适应各种恶劣环境,在计算机设计时,对影响计算机性能的各种因素,如系统结构、电气特性和机械物理结构等,采取相应保证措施,具有强的环境适应性、高可靠性和高可维性。本优选实例黄总,导冷散热板1采用全铝合金材质,质量轻,散热性能高,结构为全加固设计,以适应不同的震动,高温等恶劣环境。
本实用新型所述的采集卡,通过采用基于Freescale QorIQ P1013PPC和TI的TMS320DM368的双CPU架构设计,TMS320DM368实现音视频数据的采集压缩,依靠其强有力的DSP内核完成了大量音视频数据的浮点运算,并通过FPGA与Freescale QorIQ P1013PowperPC进行数据交换,Freescale QorIQ P1013PowperPC依靠其特有的通讯和计算能力,进行数据的处理、传输和存储。能够将需要一套硬件系统实现的功能集成在一块小型的采集板卡上,功能强大,能够满足市场需求。整板设计实现低功耗、免风扇、整板满足工业级以上标准、高可靠等要求,满足苛刻的应用环境要求,并且持多种操作系统,简化了集成;适合应用于工业控制,交通运输,航空航天,安全和国防应用领域。

Claims (10)

1.一种基于PPC处理器的音视频采集板,其特征在于,包括用于音视频数据传输和存储的PPC处理器,用于视频数据采集和压缩的视频采集芯片,用于音视频格式变换和传输的FPGA,以及用于数据交换的连接器;
所述的连接器上设置有多个输入输出引脚、单端模拟视频信号引脚、差分模拟视频信号引脚和音频信号引脚;输入输出引脚连接在PPC处理器的IO口上;单端模拟视频信号引脚和差分模拟视频信号引脚分别通过解码芯片与FPGA的输入端连接;差分模拟视频信号引脚通过差分转换电路连接到解码芯片的输入端;音频信号引脚通过音频调制电路与视频采集芯片的输入端连接;
所述的FPGA连接在PPC处理器上的并口或PCIE接口上,并且FPGA分别通过外部存储器接口和VPFE接口与视频采集芯片连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于PPC处理器的音视频采集板,其特征在于,所述的视频采集芯片上设置第一100M/1000M网络接口,PPC处理器上通过以太网接口设置第二100M/1000M网络接口;第一100M/1000M网络接口和第二100M/1000M网络接口经第一网络变压器相连接;第二100M/1000M网络接口通过第二网络变压器与连接器上设置的多个千兆网引脚连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于PPC处理器的音视频采集板,其特征在于,所述的视频采集芯片上设置第一RS-232收发器,PPC处理器上通过串口设置第二RS-232收发器;第一RS-232收发器和第二RS-232收发器经板载调试口连接;第二RS-232收发器与连接器上设置的RS-232引脚连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于PPC处理器的音视频采集板,其特征在于,所述的视频采集芯片上分别设置有第一NAND闪存和DDR内存。
5.根据权利要求1所述的一种基于PPC处理器的音视频采集板,其特征在于,所述的PPC处理器通过依次连接在PCI接口或PCIE接口上的串口控制器和RS-422收发器与连接器上的多个RS-422引脚连接;PPC处理器通过SATA控制器与连接器上的多个SATA引脚连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于PPC处理器的音视频采集板,其特征在于,所述的PPC处理上通过DDR3控制器连接DDR3内存,通过I2C控制器连接实时时钟;PPC处理器上还分别设置有第二NAND闪存和用于存储运行程序的NOR闪存。
7.根据权利要求1或5或6所述的一种基于PPC处理器的音视频采集板,其特征在于,PPC处理器上的IO口通过光耦隔离驱动器与多路输入输出引脚连接。
8.根据权利要求1或2或5所述的一种基于PPC处理器的音视频采集板,其特征在于,所述的视频采集芯片采用TI的TMS320DM368视频采集芯片;所述的PPC处理器采用Freescale的QorIQ P1013处理器。
9.根据权利要求1所述的一种基于PPC处理器的音视频采集板,其特征在于,还包括用于复位的看门狗电路,以及用于供电的电源转换和启动电路;电源转换启动电路域连接器上设置的电源输入引脚连接。
10.根据权利要求1所述的一种基于PPC处理器的音视频采集板,其特征在于,还包括与采集板固定贴合连接的导冷散热板(1);导冷散热板(1)两侧分别设置锁紧条(2),一端设置起拔器(3)。
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