CN2774053Y - 一种带网络接口多路低码率视音频编解码设备 - Google Patents

Abstract

一种带网络接口多路低码率视音频编解码设备，包括四个视频输入模块、一视频输出模块、一音频输入输出模块、以太网物理层接口、两路串行通信接口、一开关量输入输出模块、内存储器、闪存储器、电源模块、时钟模块、数字信号处理器和现场可编程门阵列。采用了上述的技术解决方案，本实用新型所提出的方案完成的终端设备，采用嵌入式的硬件设计实现，可根据需要灵活将电路板配置为编码设备(Encoder)、解码设备(Decoder)、编解码设备(Codec)和编解码转换设备(Transcoder)，同时在DSP模块中运行相应的核心程序即可实现所需设备功能，结构合理，具有较好的可升级性能和方便灵活的操作方式，系统的集成度高，使数字图像处理技术进入低码率传输/存储的应用场合，具有广泛的实际应用价值。

Description

一种带网络接口多路低码率视音频编解码设备

技术领域

本实用新型涉及到一种基于DSP(数字信号处理器)平台，实现多种类似MPEG-4标准的低码率视音频编解码技术，该设备可广泛应用于道路监控、安防、环保、教育、军事、公安、科研生产等领域。

背景技术

我们获得的信息绝大部分来自眼睛，人类一直在努力改进获得、传输和存储视频和图像信息的方法和技术。当前最普通的复合视频信号数字化后若不经压缩，则至少有200Mbps以上的码率，能够适应此码率的信道既不经济也不普及，并且长时间存储困难。

当前，MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，MPEG-4part 10(注：MPEG：活动图像专家组)标准等数字图像压缩技术可用来进行有效的数字图像压缩。

低码率图像产品是低码率传输/存储要求和高效率数字图像压缩技术相结合的产物。利用高效率数字图像压缩技术将实时视频压缩到小于2Mbps的码率再进行传输或存储，以适应低带宽传输信道的限制。低带宽传输信道通常包括电话线、手机无线信道、ISDN(综合业务数字网)、xDSL(各类数字用户环路)、Cable Modem(线缆调制解调器)、互联网等，其能够提供的带宽有限，实时视频压缩到小于2Mbps的码率则可能利用它们进行实时视频传输。

目前市场上的数字视音频编解码设备基本上以ASIC(专用集成电路芯片)为核心开发而成，采用MPEG-1(1.5Mbps码率)，MPEG-2(4Mbps码率以上)标准为主。前者MPEG-1(1.5Mbps码率)的图像清晰度不能满足市场要求，而MPEG-2(4Mbps码率以上)虽然能够满足图像清晰度要求却不能满足小于2Mbps码率实时视频传输要求。并且这些设备维护不便，升级成本昂贵。

实用新型内容

基于市场对低码率和图像清晰度的要求，MPEG-4，MPEG-4part 10是比较合适的选择，并考虑到有效保护用户投资和维护升级的成本和方便性，本实用新型设备，以DSP(数字信号处理器)为主要平台，依据图像处理技术的基本原理，将实时视频压缩到小于2Mbps的码率并保持较高图像清晰度，实现MPEG-4标准效果的低码率视音频压缩和传输。

因此，本实用新型的目的在于提供一种带网络接口多路低码率视音频编解码设备，从而对同一个嵌入式硬件平台，可灵活配置成多种应用模式的设备，并能通过升级核心程序和算法而不是改变硬件来升级设备功能，不断改善图像处理的效果，满足不同应用的需要。

本实用新型所提供的一种带网络接口多路低码率视音频编解码设备，其特征在于：包括四个视频输入模块、一视频输出模块、一音频输入输出模块、以太网物理层接口、两路串行通信接口、一开关量输入输出模块、内存储器、闪存储器、电源模块、时钟模块、数字信号处理器和现场可编程门阵列，其中：四个视频输入模块，其接收外部复合视频广播信号，输出的数字视频信号至数字信号处理器；视频输出模块，其输入接口与数字信号处理器的视频接口相连，输出复合视频广播信号至外部显示设备；音频输入输出模块，其数字接口与数字信号处理器的视频接口相连，其模拟接口与立体声输入或立体声输出插座相连；以太网物理层接口，其一端与数字信号处理器的增强型媒体访问控制接口相连，另一端与外部网络相连；两路串行通信接口，一路为RS232，另一路为RS485，分别与数字信号处理器的外部存储器接口相连，可控制云台或外接用户串口设备；开关量输入输出，与现场可编程门阵列相连，用于采集或输出开关量信号；内存储器，与数字信号处理器的外部存储器接口相连，提供程序和数据的存放空间；闪存储器，与数字信号处理器的外部存储器接口相连，提供程序的固化空间；数字信号处理器，用于完成本设备核心功能，其包括：三个视频接口，分别与视频输入模块，视频输出模块，音频输入输出模块相连；一增强型媒体访问控制接口，与以太网物理层接口相连；外部存储器接口，与内存储器模块、串行通信接口、现场可编程门阵列相连；现场可编程门阵列，与数字信号处理器的外部存储器接口相连，与开关量输入输出模块相连，且与外部前面板上的系统状态LED相连，通过与数字信号处理器的握手完成对LED的控制，把开关量信号送入或送出数字信号处理器，并完成系统看门狗功能；电源模块，向上述各模块供电；时钟模块，向上述各模块提供时钟信号。

采用了上述的技术解决方案，本实用新型所提出的方案完成的终端设备，采用嵌入式的硬件设计实现，可根据需要灵活将电路板配置为编码设备(Encoder)、解码设备(Decoder)、编解码设备(Codec)和编解码转换设备(Transcoder)，同时在DSP模块中运行相应的核心程序即可实现所需设备功能，结构合理，具有较好的可升级性能和方便灵活的操作方式，系统的集成度高，使数字图像处理技术进入低码率传输/存储的应用场合，具有广泛的实际应用价值。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

具体实施方式

本实用新型是一种带10/100Mbps以太网和E1网络接口的基于低码率视音频编解码算法的多路实时图像通信设备。用户可通过装有用户控制界面程序的联网计算机对编解码设备进行灵活的监控。

本设备采用同一块电路板设计，可根据需要灵活将电路板配置为编码设备(Encoder)、解码设备(Decoder)、编解码设备(Codec)和编解码转换设备(Transcoder)，同时在数字信号处理器(DSP)模块中运行相应的核心程序即可实现所需设备功能，还可通过升级DSP核心程序来升级设备功能。

本实用新型包括编码设备、解码设备和用户控制界面程序。设备主要由输入输出模块、DSP(数字信号处理器)核心编解码与控制模块和网络接口模块等三部分组成。

输入输出模块包括：1～4路模拟复合视频A/D(模拟/数字)输入模块，1路双向全双工双声道输入输出接口模块，1路模拟复合视输出模块，前面板系统状态显示LED(发光二极管)模块，8路开关量输入输出模块，1路RS232接口模块，1路RS485接口模块。DSP核心编解码与控制模块包括：DSP模块，现场可编程门阵列(FPGA)模块。网络接口模块：10M/100M以太网接口模块或E1接口模块。

本实用新型的各功能模块具体实现、接口关系和功能如下。

四个视频输入模块：其输入信号为外部复合视频广播信号(CVBS)，该信号由BNC(分离式显示信号接口)接入。该芯片的输出的数字视频信号至数字信号处理器(DSP)。可采用Philips公司型号为SAA7114H的芯片。

视频输出模块：其输入接口与数字信号处理器(DSP)的视频接口相连。该芯片的输出信号为复合视频广播信号(CVBS)，该信号由BNC(分离式显示信号接口)输出至外部显示设备。可采用Brooktree公司型号为BT864的芯片。

音频输入输出模块：其数字接口与数字信号处理器(DSP)的视频接口相连，模拟接口与3.5mm立体声输入(一路L/R)或3.5mm立体声输出(一路L/R)插座相连。可采用TI公司型号为TLV320AIC23的芯片。

10/100M以太网物理层接口：其一边与数字信号处理器(DSP)的增强型媒体访问控制(EMAC)接口相连，另一边与外部网络相连。为以太网物理层接口芯片。网络接口采用标准RJ45插座。可采用INTEL公司型号为LXT971ALC的芯片。

两路串行通信接口(串口)：一路RS232，采用MAXIM公司型号为MAX202E的芯片。一路RS485，采用MAXIM公司型号为MAX489的芯片。这两片芯片与数字信号处理器(DSP)的外部存储器接口(EMIF)相连。可控制云台或外接用户串口设备。

开关量输入输出：采用通用的8位接线座，与现场可编程门阵列(型号为XC2S50芯片)相连，用于采集或输出开关量信号。

内存：采用hynix公司型号为HY57V283220-6的芯片，共两片，与数字信号处理器(DSP)的外部存储器接口(EMIF)相连，提供程序和数据的存放空间。

闪存：与数字信号处理器(DSP)的外部存储器接口(EMIF)相连。提供程序的固化空间。可采用hynix公司型号为HY29LV160TT-90的芯片。

电源模块：外部5V直流输入后产生3.3V，1.4V，2.5V，送至设备上各需要模块。5V经一型号为TPS70402的芯片(TI公司生产)产生3.3V和1.4V送至数字信号处理器专用，5V经一型号为LT1084T的芯片产生2.5V送至现场可编程门阵列(XC2S50)芯片，5V经一型号为AS2830AU3.3的芯片产生3.3V送至设备上各其他模块。

时钟模块：由两部分组成。第一部分，晶体产生的27Mhz送至型号为MK2745-21芯片，产生12.288MHz，50MHz，24.5760MHz，27MHz四个时钟信号，其中12.288MHz送至音频输入输出模块；50MHz和27MHz送至数字信号处理器(DSP)；24.5760MHz送至视频输入模块；27MHz送至视频输出模块和现场可编程门阵列(XC2S50)芯片。第一部分，晶体产生的25Mhz送至一型号为ICS502的芯片产生25MHz，125MHz两个时钟信号，其中125MHz送至数字信号处理器25MHz送至10/100M以太网物理层接口型号为LXT971ALC的芯片。

数字信号处理器(DSP)：用于完成本设备核心功能，有多个接口。其中，三个视频接口(VP)是多功能接口，分别与视频输入模块，视频输出模块，音频输入输出模块相连；增强型媒体访问控制(EMAC)接口与10/100M以太网物理层接口相连；外部存储器接口(EMIF)与内存模块、串行通信接口、现场可编程门阵列(型号为XC2S50芯片)相连。可采用TI的TMS320DM642GDK芯片，

现场可编程门阵列(FPGA)：与数字信号处理器(DSP)的外部存储器接口(EMIF)相连，与前面板上的系统状态LED(发光二极管)相连，与开关量输入输出模块相连。该芯片通过与数字信号处理器的握手完成对LED的控制，把开关量信号送入或送出数字信号处理器，并完成系统看门狗功能。可采用XILINX公司型号为XC2S50的芯片。

本实用新型既可配置作为视音频编码设备，也可配置作为视音频解码设备。

作为视音频编码设备时，其工作基本原理为：一至四路复合视频广播信号经过视频输入模块(SAA7114H)处理后接入数字信号处理器(DSP)，模拟音频信号经过音频输入输出模块(TLV320AIC23)处理后接入数字信号处理器(DSP)，经过数字信号处理器(DSP)的压缩和编码后送出至10M/100M以太网物理层接口与外部网络相连。

作为视音频解码设备时，其工作基本原理为：外部网络传来的压缩视音频数字信号经10M/100M以太网物理层接口接入数字信号处理器(DSP)，经过数字信号处理器(DSP)的解压缩后的视频数字信号输出至视频输出模块(BT864)产生复合视频广播信号(再送出至外部显示设备)，而解压缩后的音频数字信号输出至音频输入输出模块(TLV320AIC23)产生模拟音频信号至外部播放设备。

用户可通过装有用户控制界面程序的联网计算机对编解码设备进行灵活的监控。

Claims (1)

1.一种带网络接口多路低码率视音频编解码设备，其特征在于：包括四个视频输入模块、一视频输出模块、一音频输入输出模块、以太网物理层接口、两路串行通信接口、一开关量输入输出模块、内存储器、闪存储器、电源模块、时钟模块、数字信号处理器和现场可编程门阵列，其中：

四个视频输入模块，其接收外部复合视频广播信号，输出的数字视频信号至数字信号处理器；

视频输出模块，其输入接口与数字信号处理器的视频接口相连，输出复合视频广播信号至外部显示设备；

音频输入输出模块，其数字接口与数字信号处理器的视频接口相连，其模拟接口与立体声输入或立体声输出插座相连；

以太网物理层接口，其一端与数字信号处理器的增强型媒体访问控制接口相连，另一端与外部网络相连；

两路串行通信接口，一路为RS232，另一路为RS485，分别与数字信号处理器的外部存储器接口相连，可控制云台或外接用户串口设备；

开关量输入输出，与现场可编程门阵列相连，用于采集或输出开关量信号；

内存储器，与数字信号处理器的外部存储器接口相连，提供程序和数据的存放空间；

闪存储器，与数字信号处理器的外部存储器接口相连，提供程序的固化空间；

数字信号处理器，用于完成本设备核心功能，其包括：三个视频接口，分别与视频输入模块，视频输出模块，音频输入输出模块相连；一增强型媒体访问控制接口，与以太网物理层接口相连；外部存储器接口，与内存储器模块、串行通信接口、现场可编程门阵列相连；

现场可编程门阵列，与数字信号处理器的外部存储器接口相连，与开关量输入输出模块相连，且与外部前面板上的系统状态LED相连，通过与数字信号处理器的握手完成对LED的控制，把开关量信号送入或送出数字信号处理器，并完成系统看门狗功能；

电源模块，向上述各模块供电；

时钟模块，向上述各模块提供时钟信号。

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