基于FH8735的高分辨率圖形圖像壓縮技術(shù)

摘要：針對(duì)高分辨率圖形圖像視頻記錄和遠(yuǎn)程監(jiān)控需求，提出一種基于FH8735視音頻編碼器的技術(shù)解決方案。本方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、壓縮比高、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，能夠滿足軍、民等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用需要。
關(guān)鍵詞：FH8735；圖形圖像；壓縮；記錄

0 引言
    在安防監(jiān)控、民航管理和海事等應(yīng)用系統(tǒng)中，需要對(duì)高分辨率圖形圖像綜合視頻進(jìn)行采集、壓縮、記錄，以便在可能出現(xiàn)的事故和問(wèn)題后，可以再現(xiàn)其過(guò)程的實(shí)景和操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)責(zé)任和原因的分析和追查。但要對(duì)高分辨率圖形圖像視頻完成采集和壓縮，需要解決視頻數(shù)據(jù)量龐大和壓縮平臺(tái)的效率、可靠性、適應(yīng)性等問(wèn)題。本文提出了一種基于FH8735視音頻編碼器的高分辨率圖形圖像壓縮方案，可完成視頻的采集、壓縮，及將壓縮后的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線發(fā)送到主機(jī)存儲(chǔ)，或通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)接口輸出以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 總體設(shè)計(jì)
    基于FH8735視音頻編碼器的高分辨率圖形圖像壓縮方案由采集電路、時(shí)鐘電路、FH8735壓縮電路、網(wǎng)絡(luò)接口和電源電路等組成。方案總體框圖如圖1所示。

    圖1內(nèi)各部分電路介紹如下：
    (1)視頻采集電路。由輸入匹配和視頻采集電路組成，完成高分辨率視頻的采集；
    (2)時(shí)鐘電路。由高性能晶振組成，為視頻采集電路和FH8735提供穩(wěn)定的時(shí)鐘；
    (3)FH8735壓縮電路。由FH8735音視頻編碼器、DDR存儲(chǔ)器組成，完成視頻的壓縮處理，并提供PCI接口和網(wǎng)絡(luò)接口控制；
    (4)網(wǎng)絡(luò)接口。外置PHY芯片，提供以太網(wǎng)接口；
    (5)電源電路。為各功能電路提供所需電源。

2 主要設(shè)計(jì)
2．1 視頻采集電路
    視頻采集電路以TI公司視頻圖像解碼器TVP7002為核心組成，TVP7002作為一款高性能的視頻圖像解碼器，具有以下一些主要功能和性能特點(diǎn)：
    (1)DC精度：8／10位；
    (2)模擬增益范圍：-6～6dB；
    (3)輸入分量視頻信號(hào)分辨率：480i／576i～1080p；
    (4)輸入圖形信號(hào)分辨率：VGA～UXGA；
    (5)數(shù)字視頻輸出格式：YCbCr 4：2：2及RGB／YCbCr 4：4：4；
    (6)I2C總線接口。
    以視頻圖像解碼器TVP7002為核心組成的視頻采集電路設(shè)計(jì)如圖2所示：

    VGA視頻輸入后，經(jīng)過(guò)信號(hào)匹配與濾波，即可接入TVP7002解碼器。TVP7002解碼器的工作狀態(tài)由FH8735視音頻編碼器通過(guò)I2C總線根據(jù)信號(hào)特性和處理要求設(shè)置。
2．2 FH8735視頻壓縮
    FH8735是富瀚微電子公司開(kāi)發(fā)的一款高性能的音視頻編碼芯片，其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：
    (1)編碼標(biāo)準(zhǔn)：ITU-T rrcommendation H．264 ISO／IEC 14496-10 advanced video coding standard(MPEG4 Part 10)，支持H．264 Main Profile和Baseline Profile；
    (2)支持最大分辨率：2048×1024；
    (3)支持1路1080i高清／2路720pi高清／8路D1輸入；
    (4)8路I2S輸入接口；可配置為主模式和從模式；
    (5)PCI接口，32bit，時(shí)鐘頻率33／66MHz；
    (6)2個(gè)獨(dú)立的DDR SDRAM控制器，每個(gè)控制器字寬為32bit；
    (7)一個(gè)MII／RMII接口支持100／10Mbps兩種速度，完全兼容IEEE802．3規(guī)范；
    (8)一路視頻輸出接口，符合BT.656視頻標(biāo)準(zhǔn)；
    (9)2個(gè)獨(dú)立的I2C接口；
    (10)JTAG下載調(diào)試接口；
    (11)16根雙向GPIO。
    FH8735支持H．264 Main profile和Baseline profile視頻壓縮格式，可以進(jìn)行8路標(biāo)清480i／576i實(shí)時(shí)編碼，也可以對(duì)一路1080i、兩路720p的高清信號(hào)實(shí)時(shí)編碼。除了高性能的視頻編碼能力，F(xiàn)H8735提供了豐富的視頻預(yù)處理功能，對(duì)輸入視頻進(jìn)行deinterlace、de-noise、OSD疊加、縮放、移動(dòng)偵測(cè)等處理。為了配置外接的視頻和音頻接收芯片，F(xiàn)H8735提供兩路完全獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)I2C接口，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的外部設(shè)備I2C地址沖突。作為編碼協(xié)處理器，F(xiàn)H8735配備了靈活的主機(jī)接口，主機(jī)可以通過(guò)PCI或者HPI接口與FH8735進(jìn)行控制和狀態(tài)信息的通信，或訪問(wèn)FH8735外接DDR SDRAM。FH8735內(nèi)部有兩組獨(dú)立的DDR控制器，可以根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)對(duì)編碼器性能的需求配置一組或兩組外部DDR SDRAM。
為了滿足某些應(yīng)用對(duì)預(yù)覽視頻的需求，F(xiàn)H8735有一組標(biāo)準(zhǔn)的BT．656視頻輸出端口，可以把經(jīng)過(guò)視頻預(yù)處理單元輸出的多路預(yù)覽視頻根據(jù)需要分割和合并，并編碼為一路BT.656格式的視頻輸出。
    以FH8735為核心的視頻壓縮編碼電路組成如圖3所示。

    FH8735編碼芯片接收TVP7002輸出的RGB數(shù)據(jù)，根據(jù)主機(jī)設(shè)置的工作狀態(tài)完成視頻的壓縮處理。壓縮后的視頻數(shù)據(jù)可通過(guò)以太網(wǎng)口輸出，也可通過(guò)PCI總線交主機(jī)完成本地存儲(chǔ)。
2．3 軟件設(shè)計(jì)
    FH8735編碼芯片軟件開(kāi)發(fā)手冊(cè)提供系統(tǒng)功能、視頻輸入、視頻預(yù)覽、視頻編碼、OSD功能、視頻功能、區(qū)域屏蔽、音頻功能、數(shù)據(jù)獲取九大類函數(shù)，工程或測(cè)試軟件的一般工作流程如圖4所示。

3 測(cè)試
    為驗(yàn)證方案的正確性和主要功能、性能，按照?qǐng)D5所示搭建測(cè)試環(huán)境。

    啟動(dòng)測(cè)試軟件，彈出對(duì)話窗口如圖6所示：

    可根據(jù)視頻輸入和視頻輸出的具體情況進(jìn)行選擇：
    (1)視頻輸入：根據(jù)輸入視頻的分辨率在三個(gè)選項(xiàng)中進(jìn)行選擇；
    (2)視頻輸出：根據(jù)視頻輸出流向在兩個(gè)選項(xiàng)中進(jìn)行選擇。
    對(duì)不同視頻輸入和輸出的選項(xiàng)分別進(jìn)行選擇測(cè)試，觀察圖像質(zhì)量和數(shù)據(jù)流量等指標(biāo)。

4 結(jié)論
    本方案具有以下特點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)對(duì)1080i60或SXGA高分辨率視頻的采集、壓縮；軟件可控的輸出碼率調(diào)整；輸入圖像增益、對(duì)比度可調(diào)整；豐富的視頻處理能力；電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，開(kāi)發(fā)難度低。通過(guò)本方案設(shè)計(jì)的高分辨率圖形圖像壓縮方案，能夠在保證高質(zhì)量圖像的同時(shí)，具有碼率低、效率高、處理延時(shí)小、工作可靠的特點(diǎn)。能夠滿足包括視頻會(huì)議系統(tǒng)、安防監(jiān)控、民航管理和海事等需要高分辨率或者多路視頻編碼領(lǐng)域的需要。