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JPEG編解碼芯片ZR36060在遠程視頻監視系統中的應用

2008-12-12
作者:陳曉敏 王學進 王志華 張 利

  摘 要: 簡要地敘述了JPEG編解碼芯片ZR36060的主要特點、內部結構和工作模式,并給出發一個應用實例——基于JPEG的遠程視頻監視系統" title="監視系統">監視系統。
  關鍵詞: JPEG編解碼器 壓縮 解壓縮


  隨著改革開放的進一步深入,各界對于安全防范和現場記錄報警系統的需求越來越大,要求也越來越高。數字化的圖像監視系統已經逐步淘汰了傳統的閉路電視監視系統。對于需要以圖像畫面作為證據的遠程視頻監視系統而言,H.261和H.263圖像的質量已無法勝任,這時需要傳輸高質量的JPEG圖像。Zoran公司的JPEG編解碼芯片ZR36060正是這樣一種適合于基于JPEG的監視系統和數字圖像采集、編輯的芯片。本文對ZR36060芯片的主要特點、內部結構和工作模式進行描述,最后給出它在遠程視頻監視系統中的應用。
1 ZR36060的主要特點
  ZR36060芯片具有以下主要特點:
  (1)視頻壓縮和擴展功能。對square pixel 和CCIR PAL視頻信號可實現高達25幀/秒的壓縮;對square pixel 和CCIR NTSC視頻信號可實現高達30幀/秒的壓縮。
  (2) 靈活的數據接口。ZR36060支持三種YUV視頻接口模式,即8bit主模式,支持高達29.5Mbyte/s的壓縮數據碼率;16bit" title="16bit">16bit從模式,支持高達16.8Mbyte/s的壓縮數據碼率;8bit從模式,支持高達9.8 Mbyte/s的壓縮數據碼率。
  (3) 兩種視頻同步方式:同步主模式和同步從模式。同步主模式指芯片內部產生所有的定時信號;同步從模式則是芯片自己同步于一個外部的視頻源。
  (4) 三種不同的比特率控制模式,用于不同的壓縮場合。Auto Two Pass用于靜止圖像壓縮,產生嚴格控制的壓縮代碼量;Single Pass用于運動視頻壓縮,保持壓縮文件大小的大致固定;No Bit Rate Control使用固定的量化表。
  (5)可以和多種常用視頻解碼器" title="視頻解碼器">視頻解碼器(Decoder)實現無縫連接,例如:Philips、Brooktree、Samsung、 ITT、Harris 等公司的視頻解碼器。
  (6) 可以和多種主控制器" title="主控制器">主控制器(host controller)連接。
  (7) 可編程工作模式。通過對ZR36060內部的1K字節的內部寄存器的操作,可以靈活控制芯片的工作模式和各項工作指標。
  (8) 同一芯片既能進行壓縮,也能進行解壓縮。
2 ZR36060的內部結構
  ZR36060的結構框圖如圖1所示。


  視頻接口部分是ZR36060和視頻編解碼器(Encoder或Decoder)的接口,通過這個接口,ZR36060輸出(同步主模式)或輸入(同步從模式)視頻同步信號" title="同步信號">同步信號:行同步信號HSYNC、場同步信號VSYNC和奇偶場指示信號FI等等。視頻接口還輸出或輸入YUV 4:2:2的數字視頻信號。壓縮時,Y[7:0]和UV[7:0]為數字視頻信號輸入口;解壓縮時、Y[7:0]和UV[7:0]為數字視頻信號輸出口(工作于16bit視頻模式時,Y[7:0]為亮度信號,UV[7:0]為色度信號;工作于8bit視頻模式時,Y[7:0]為亮度/色度復用信號,UV[7:0]不用)。
  代碼接口和主控器接口是ZR36060與外部存儲器和主控制器的接口。代碼接口是ZR36060輸出(壓縮時)和輸入(解壓縮時)JPEG碼流的接口。工作于代碼主模式時,ZR36060通過片選信號、讀寫信號以及代碼總線CODE[7:0]對外部存儲器讀寫壓縮數據;工作于代碼從模式時,不需要外部存儲器,主控制器通過主控接口對ZR36060的內部FIFO直接讀寫JPEG碼流。
  主控制器在主控接口通過兩位地址ADDR[1:0]、片選信號、讀寫信號以及數據總線DATA[7:0]直接對4個寄存器操作。這4個寄存器的結構如表1和表2所示。01b單元的高2位(MSB)和10b單元的低8位共10位地址間接映射了ZR36060內部的1K字節的寄存器。無論在代碼主模式還是在代碼從模式下,讀寫ZR36060的內部寄存器都必須先寫入10bit的地址,然后緊跟著一個對Host Data寄存器(即11b單元)的8bit的讀/寫。主模式下,00b單元不使用,ZR36060通過代碼接口對外部存儲器讀寫JPEG碼流;從模式下,00b單元作為內部代碼FIFO,當工作于8bit從模式時,DATA[7:0]總線從00b單元讀寫壓縮數據;當工作于16bit從模式時,DATA[7:0]和CODE[7:0]共同從00b單元讀寫壓縮數據。是ZR36060和主控制器的握手信號,是ZR36060向主控制器發出的中斷請求信號,用來指示Code FIFO是否忙。主控制器通過主控接口對ZR36060的內部1K字節的寄存器的讀寫選定其工作模式和工作參數。


  控制部分用于給出ZR36060工作順序的控制信號以及ZR36060發出的指示信號。包括:壓縮/解壓縮啟動信號、復位信號、操作結束指示信號等等。
3 ZR36060的工作模式
  ZR36060有多種工作模式,通過主控接口設置內部寄存器可以選擇合適的工作模式,因此運用十分靈活。
  就主控制器接口來說,有三種工作模式,如圖2所示。


  8bit代碼寬度的代碼主模式:在該模式下,主控接口和代碼接口分開,需要一個外部的FIFO。主控接口通過數據總線DATA[7:0]負責對ZR36060內部寄存器的讀寫,而代碼接口通過代碼總線CODE[7:0]負責從外部存儲器讀寫壓縮數據。
  8bit代碼寬度的代碼從模式:在該模式下,主控接口和代碼接口共用,主控制器的數據總線DATA[7:0]通過讀寫Host Data(11b單元)對ZR36060的內部寄存器進行設置;它還從CODE FIFO(00b單元)讀寫壓縮數據。
  16bit代碼寬度的代碼從模式:在該模式下,主控制器的數據總線DATA[7:0]通過讀寫Host Data(11b單元)對ZR36060的內部寄存器進行設置和讀取;它還和代碼總線CODE[7:0]一起從CODE FIFO(00b單元)讀寫JPEG數據。
  就視頻接口的同步來說,ZR36060有2種工作模式。
  同步主模式:在該模式下,ZR36060內部產生所有的視頻定時信號。
  同步從模式:在該模式下,ZR36060使自己同步于一個外部視頻源,采樣外加視頻信號的行同步信號HSYNC、場同步信號VSYNC和奇偶指示信號FI。
  就視頻總線寬度來說,ZR36060有2種工作模式。
  8bit視頻總線模式:在該模式下,UV[7:0]不用、視頻亮度和色度信號都出現在Y[7:0]上、按照CCIR656建議復用、其數據格式為(U=Cb、 V=Cr):
  U0、Y0、V0、Y1、U2、Y2、V2、Y3...
  16bit視頻總線模式:在該模式下,Y[7:0]為亮度信號、UV[7:0]為色度信號
4 ZR36060在遠程監視系統中的應用

  使用ZR36060實現的一個遠程監視系統的遠端(現場端)如圖3所示。


  在這個遠程監視系統的遠端實現對輸入模擬視頻信號的數字化和壓縮,并傳送到,近端PC機接收,用軟件解壓縮并在顯示器上恢復原圖像。
  視頻解碼器接收攝像機輸出的復合模擬視頻信號,進行亮色分離和A/D轉換、輸出4:2:2的YCbCr數字視頻信號和時鐘信號(27MHz)、行同步信號、場同步信號及奇偶場指示信號,這些信號都輸入到ZR36060芯片。
  單片機通過主控接口對ZR36060的內部寄存器進行工作方式設置(初始化):對ZR36060的工作狀態設為視頻同步從模式、8bit代碼主模式,16bit視頻總線寬度。ZR36060采樣視頻解碼器輸出的同步信號并與之同步,接收來自視頻解碼器的PCM數字視頻信號,進行壓縮,并將壓縮后的JPEG圖像寫入SRAM中。
  由于ZR36060外接的是SRAM,而不是FIFO,所以需要一個計數器作為地址發生器,ZR36060的信號作為計數器的計數脈沖,它同時還作為SRAM的寫信號將CODE[7:0]的壓縮數據寫入到SRAM中去。
  當ZR36060壓縮完一幀后(存于SRAM中),單片機順序讀出,并發送到UART中,由Modem傳到近端。

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