Рубрики

| индикация | события | инструменты | беспроводная связь | датчики | источники питания | компоненты | корпуса | микроконтроллеры | приборы | промышленная мебель | прочее | сетевые решения | силовая электроника | средства разработки | новые технологии |

Интересные статьи

Рубрика: прочее

Миниатюрный видеокодер низкого энергопотребления на микросхеме ADV202

18.06.2008 Представлены основные характеристики, структура, принципы функционирования и программное обеспечение нового видеокомпрессора (кодера), созданного для использования в мобильных и переносных системах видеонаблюдения. Кодер разработан на основе микросхемы ADV202, использует алгоритм сжатия JPEG2000 и операционную систему Linux 2.6. его отличительными особенностями являются малые размеры и низкое энергопотребление. Кодер предназначен для приема, оцифровки, обработки и компрессии мультимедиа информации и ее дальнейшей передачи по проводным и беспроводным линиям связи.

При современном уровне технического прогресса цифровые системы видеонаблюдения различного функционального назначения находят все более широкое применение. Это происходит благодаря падению цен на цветные камеры и мониторы, появлению недорогих микросхем для компрессии видео, возрастанию мощности компьютеров, увеличению емкости цифровых носителей, распространению скоростных каналов связи.

При выборе подходящей системы видеонаблюдения для каждого конкретного случая необходимо учитывать множество факторов: что именно будет регистрировать система, критична ли пропускная способность линии, какие требования предъявляются к качеству получаемого изображения и к скорости передачи по линии связи, есть ли возможность записи видеоинформации на жесткие носители. Большое значение имеют надежность и безотказность работы системы, а также ее стоимость.

Вместе с расширением сферы применения цифровых систем видеонаблюдения все чаще возникает потребность в мобильных системах, системах дистанционного зондирования (например, в геологоразведке, при аэросъемке местности различного назначения и т.д.). В таких видеосистемах особое значение имеют размеры оборудования (чем меньше, тем лучше), низкое энергопотребление, устойчивость передаваемого изображения к ошибкам, вносимым зашумленными линиями связи, нетребовательность к пропускной способности линии. Разработанный видеокомпрессор предназначен для использования именно в таких мобильных и переносных системах видеонаблюдения.

Рис. 1. Плата “Кодер MVP6”

Кодер MVP6 (рис. 1) — это новый видеокомпрессор из семейства плат компрессии аудио- и видеоинформации, разработанных ОАО “ЭЛиПС”. Он предназначен для приема, оцифровки, обработки и компрессии мультимедиа-информации и дальнейшей передачи ее по каналам связи (проводным или беспроводным).

Кодер MVP6 разработан на основе интегральной микросхемы ADV202 компании Analog Devices (JPEG2000 — кодек), его размеры составляют 117 × 30,5 мм.

По сравнению с предыдущей моделью — кодером MVP5, разработанным на основе микросхемы ADV611 производства Analog Devices, новый кодер обладает рядом отличительных особенностей. Это:

• более универсальная геометрия платы позволяет использовать кодер в контейнере цилиндрической формы;
• уменьшенное энергопотребление (1,5 Вт, по сравнению с 2,6 Вт в MVP5);
• использование алгоритма сжатия JPEG2000, приблизительно на 25% более перспективного по тестам, в сравнении с алгоритмом сжатия Wavelet 601;
• наличие интерфейса USB 2.0 Device и слота SD-карты;
• кодер работает под управлением операционной системы Linux, что существенно упрощает реализацию, в том числе и задач управления через интерфейсы RS232 и USB.

Новые возможности и гораздо меньшая потребляемая мощность существенно повышают эффективность кодера MVP6 при использовании его в различных переносных и мобильных приложениях, а также в устройствах дистанционного зондирования и робототехники.

Кодер MVP6 обеспечивает SVHS-качество изображения (до 420 TVL) на скорости 6…8 Мбит/с при передаче мультимедийного потока через интерфейс USB 2.0 с параллельной записью на микро-SD карту, и более высокое качество изображения при использовании синхронного последовательного интерфейса со скоростью передачи до 25 Мбит/с.

Для декодирования аудиовидео-потока можно использовать как аппаратный декодер JPEG2000, построенный на базе микросхемы ADV202, так и программный декодер Morgan M-JPEG200 для операционной системы Windows XP.

Почему выбран алгоритм сжатия JPEG2000

получить помехоустойчивую систему, пригодную для использования в промышленных и военных приложениях. В алгоритме JPEG2000 нет проблемы “порчи” опорного кадра, как в алгоритмах MPEG2 и MPEG4, и изображение восстанавливается на следующем передаваемом поле даже при катастрофическом сбое — когда испорчено все поле.

При высокой степени сжатия искажение изображения в виде распада на отдельные квадраты-артефакты (например, как в алгоритме JPEG), заменяется некоторой размытостью картинки в отдельных местах, что не оказывает решающего влияния на визуальное восприятие всего изображения в целом. Такая устойчивость информационного представления к ошибкам, вносимым зашумленными каналами связи, позволяет снизить требования к помехозащищенности линии связи.

Кроме того, к несомненным достоинствам алгоритма JPEG2000 следует отнести масштабирование разрешения изображений, прогрессивное декодирование и масштабируемость отношения сигнал/шум, возможность сжатия как с потерями, так и без потерь.

Почему использована микросхема ADV202

Микросхема ADV202 — высокоэффективный видеокодек стандарта JPEG2000, обеспечивающий обработку видео стандартного разрешения в режиме реального времени. Этот видеокомпрессор обеспечивает высокое качество изображения и все преимущества стандарта JPEG2000 при относительно низкой стоимости микросхемы.

Краткие характеристики микросхемы кодека ADV202 [1]:

• законченный видеокодер/декодер стандарта JPEG2000;
• поддержка до шести уровней преобразования (форматы 9/7 и 5/3);
• видеоинтерфейс, непосредственно поддерживающий стандарты CCIR656, SMPTE125M PAL/NTSC, SMPTE293M [525p], TU.R-BT1358 [625p];
• возможно объединение двух и более микросхем ADV202 для поддержки полных кадров формата SMPTE274M HDTV [1080i];
• напряжение питания портов ввода-вывода составляет 2,5…3,3 В, напряжение питания ядра 1,5 В;
• 121-контактный FPBGA корпус размером 12 x 12 мм.

Принципы функционирования кодера MVP6

Плата кодера имеетследующие функциональные узлы:

• 3-канальный (с мультиплексированным входом) видео-АЦП ADV7180 с низким энергопотреблением (250 мВт);
• аудиокодек TLV320AIC31;
• видеокомпрессор ADV202;
• управляющий процессор AT91RM9200 с системой памяти и набором внешних интерфейсов.

Кодер MVP6 осуществляет прием, оцифровку, дальнейшую обработку и сжатие следующих видеосигналов:

• стандартный CVBS-сигнал — PAL/ NTSC, 50 полей/с, размах напряжения 1В (с одного из 3 каналов);
• комбинация сигналов CVBS-SVHS (с одного или двух входов).

Аудиокодек TLV320AIC31 обеспечивает прием аудиосигнала амплитудой 10 мкВ…400 мВ с микрофонного или линейного входа (в зависимости от требования заказчика) и дальнейшую его оцифровку.

Управляющий процессор с 32 Mб SDRAM (синхронное динамическое ОЗУ) осуществляет следующие функции:

• обеспечение функционирования операционной системы LINUX V2.6 с поддержкой файловой системы FAT32 на встроенной микро-SDHC карте;
• обработка аудиосигнала;
• выдача мультимедиа потока данных на хост-компьютер через USB2.0 full speed device-интерфейс или беспроводной USB-адаптер (до 12 Мбит/с);
• одновременная запись потока данных на микро-SDHC карту.

Кроме того, в случае использования внешнего нестандартного оборудования (специализированные каналы связи, радиолинии), предусмотрена выдача мультимедиа потока через синхронный (SPI подобный) интерфейс (с одновременной записью на SD-карту). Скорость выходного потока варьируется в пределах:

• несколько кбит/с (малокадровый режим фотоаппарата);
• до 8 Мбит/с через USB-интерфейс и интерфейс SD-карты;
• до 25 Мбит/с через синхронный интерфейс.

Для подключения собственных дополнительных устройств, таких как устройства помехозащищенного кодирования, сериалайзеры, устройства криптографической защиты информации и т.п. на основе программируемых матричных кристаллов (FPGA) и микроконтроллеров потребитель может использовать разъем платы расширения (add on card), на который выведены основные сигналы процессора AT91RM9200.

Полоса передаваемого аудио-сигнала зависит от скорости выходного потока и может достигать 12 кГц, при скорости потока 15…20 Мбит/с. Потребляемая мощность в режиме компрессии достигает 1,5 Вт. Напряжение питания составляет +12…+5 В.

Рассмотрим более подробно работу составных частей видеокодера MVP6 в соответствии со структурной схемой изделия (рис. 2).

Рис. 2. Структурная схема кодера MVP6

Входной видеосигнал CVBS/SVHS (75 Ом, размах напряжения 1 В) поступает на один из трех (или два из трех в SVHS-моде) входов видео-АЦП. В качестве аналого-цифрового преобразователя используется 10-битный видеодекодер ADV7180 Analog Devices, поддерживающий сразу все стандарты PAL/SECAM/ NTSC и имеющий функцию их автоопределения. Микросхема производит традиционную обработку видеосигнала адаптивными фильтрами и, при необходимости, — его усиление.

В зависимости от выбранных режимов работы, которые задаются через I2C-интерфейс микросхемы, видео-АЦП преобразует входной видеосигнал в 8-битовый цифровой поток формата ITU-R.BT.656 YCrCb 4:2:2 и выдает его на цифровой вход кодека JPEG2000 ADV 202.

Входной аудиосигнал (микрофонный или линейный) оцифровывается аудиокодеком TLV320AIC31 (соотношение “сигнал-шум” 92 дБ, частота дискретизации 8…96 кГц), режимы работы которого задаются через I2C-интерфейс. Далее, оцифрованные аудио-данные через I2S-интерфейс поступают в управляющий процессор AT91RM200, где “подмешиваются” к видеоданным и в составе мультимедиа потока выдаются через внешние интерфейсы наружу.

Кодек ADV202 работает в данном изделии в режиме кодера. Он обеспечивает преобразование входного потока формата ITU-R.BT656 в выходной формат JPG2000, пригодный для декодирования программным кодеком Morgan M-JPEG2000 для операционных систем Windows.

Микросхема ADV202 соединена с управляющим процессором через 16-разрядный интерфейс, который обеспечивает скорость передачи данных между кодеком и процессором до 30 Мбайт/с. Режим DMA (прямой доступ к памяти) при передаче данных не используется, так как для его осуществления требуется дополнительная аппаратура (FPGA — программируемый матричный кристалл).

Начальная инициализация, загрузка программного кода встроенного RISC-процессора (процессора с сокращенным набором команд), тестирование и управление режимами работы кодека осуществляется средствами операционной системы Linux V.2.6, работающей под управлением процессора AT91RM9200.

Краткие характеристики управляющего процессора AT91RM9200:

• включает процессор ARM920T ARM Thumb;
• имеет дополнительную встроенную память;
• интерфейс внешней шины (EBI); интерфейс Device USB 2.0 full speed (12 Мбит/с); интерфейс MCI (Multimedia Card Interface);
• три синхронных последовательных порта (SSC), поддерживающие в том числе и последовательный периферийный интерфейс (SPI); четыре универсальных синхронно-асинхронных приемопередатчика (USART);
• двухпроводной интерфейс (TWI-I2C).

Внешние интерфейсы кодера MVP6

Врассматриваемом устройстве используются интерфейсы USART MCI (SD), Device USB 2.0, SSC и TWI. Объем синхронного динамического ОЗУ (SDRAM) составляет 32 Mбайт. Длительность циклов чтения и записи по параллельному интерфейсу (регистры и буферы кодека ADV202) программируется от 1 цикла ожидания для регистров прямой адресации и регистров данных до 20 циклов ожидания для регистров косвенной адресации. Скорость записи на микро-SDHC карту составляет до 10 Мбит/с.

В случае использования SSC-ин-терфейса со скоростью выдачи данных менее 10 Мбит/с, на микро-SDHC карту может записываться сжатый поток с меньшей степенью сжатия, то есть более высоким качеством, чем выдается через SSC-интерфейс.

USART-интерфейс служит для перезагрузки и коррекции программного обеспечения и управления внешними дополнительными устройствами.

Интерфейс USB 2.0 full speed (device) предназначен для подключения кодера MVP6 к главному компьютеру в качестве устройства массовой памяти. Также возможно подключение кодера к компьютеру в качестве USB Интернет-камеры при наличии соответствующего программного обеспечения.

SSC-интерфейс (синхронный последовательный порт) позволяет выдавать мультимедийные данные в пакетном формате, удобном для дальнейшей передачи в линию связи: синхрослово-данные в сопровождении стробов управления (программируются в управляющем процессоре AT91RM9200).

Программное обеспечение кодера MVP6

Кодер MVP6 работает под управлением операционной системы Linux 2.6. В состав программного обеспечения входят:

• драйвер JPEG2000 кодека ADV202;
• драйвер аудиокодека TLV320;
• приложение ADV202inst (выполняет начальное конфигурирование кодека ADV202, загружает встроенное программное обеспечение в память кодека, осуществляет тестирования кодека);
• приложение ADV202config (устанавливает параметры сжатия, частоту кадров, скорость потока сжатой информации);
• приложение MVP_SD (управляет кодеком ADV202 и аудиокодеком, принимает сжатую аудио- и видеоинформацию и сохраняет ее в файлах на SDHC-карте);
• приложение MVP_USB (управляет видео- и аудиокодеками, принимает сжатую информацию и выдает ее в USB-порт);
• приложение I2Cprog (программирует видео-АЦП и аудиокодек).

По включении питания начинается загрузка операционной системы Linux, драйвера JPEG2000 и драйверов аудиокодеков. Видео-АЦП ADV7180 и аудиокодек TLV320 программируются по шине I2C с помощью приложения I2Cprog.

Далее происходит запуск приложения ADV202inst, которое осуществляет фазовую автоматическую подстройку частоты кодека ADV202,тестирует его регистры, внутреннюю память и загружает в нее программное обеспечение.

Параметры работы устройства MVP6 хранятся в файле MVP6.cnf и на SD-карте. Эти параметры считываются из файла MVP6.cnf и загружаются в ADV202, после чего происходит запуск приложения MVP_SD.

Файл MVP6.cnf имеет следующие параметры:

• видеостандарт (NTSC 4:2:2, PAL 4:2:2); количество уровней Wavelet-преобразования (от 1 до 6); частота кадров (от 50 полей/с до 1 поля/с);
• алгоритм управления скоростью потока (задается размер изображения (в байтах) или качество изображения).

Пользователь имеет возможность установить желаемые параметры путем редактирования конфигурационного файла MVP6.cnf и сохранения его на SDHC-карте.

Перспективы использования кодера MVP6

Поскольку кодер MVP6 имеет малые размеры, низкую мощность потребления, относительно нетребователен к помехозащищенности и пропускной способности линий связи, он ориентирован на военное и промышленное применение в мобильных и переносных устройствах передачи аудио- и видеоинформации по узкополосным и низкоскоростным линиям связи различного функционального назначения.

Функциональные возможности кодера MVP6 могут быть значительно увеличены (помехозащищенное кодирование, шифрование линии, специальные интерфейсы и т.п.) с помощью подключения дополнительной аппаратуры через микроразъем расширения.

Литература

1. ADV202 JPEG2000 Video Processor User’s Guide//2006 Analog Devices, Inc.
2. Getting started with ADV202. Programming Guide//2006 Analog Devices, Inc.

www.chip-news.ru (c)

другие статьи

Комментарии

Комментариев нет. Ваш комментарий будет первым.

Чтобы оставить свой комментарий Вам необходимо зарегистрироваться.