摘要：在研究了视频压缩算法的基础上，提出了一种基于VW2010编解码芯片的视频压缩存储设计方案，此系统采用DSP作为主控芯片并使用FPGA设计各模块接口电路，然后详细阐述了此方案的硬件构架与软件设计流程?
关键词：VW2010；MPEG-4；FPGA；视频压缩
DOh 10.3969/j.issn.1005-5517.2011.08.005
引言
常见的视频压缩技术有JPEG/2000、M-JPEG，MPEG1/2/4、H.263及H.264，其中MPEG4是基于第二代压缩编码技术制定的国际标准，具有高压缩比、可扩展性和可交互性等优点。对视频流压缩倍数可达450倍，分辨率输入可从320×240到1280×1024。与MPEG4和MPEG以往的版本相比，最大不同之处在于MPEG4使用“图层”(layer)方式，能够智能化选择影像的不同之处、在压缩编辑画面时、使图文件容量大幅缩减，从而加速音/视频的传输，适合于嵌入式视频存储系统体积小，存储容量适中的特性。
系统硬件设计
视频编解码芯片VW2010
VW2010是VWEB公司开发的实时MPEG-4音视频压缩/解压芯片，可以把未经压缩的符合ITU-R.BT-656标准的视频信号，包括29.97帧/秒的NSTC制式和25帧/秒的PAL制式的电视信号压缩为MPEG.1/2/4或H.263格式，把I2C的音频信号压缩为MPEG-1、MP3、AAC或AC3格式。VW2010芯片结构如图1所示，图中给出了芯片的内部视频处理模块以及外部接口模块。
VW2010的编码部分有视频输入和音频输入两个输入模块，一个输出模块MUX，压缩数据输出CDO端口和Hot/PCI端口。内部的视频编码视频输入单元(VIU)将视频信号读入，利用水平方向的8通道滤波器和垂直方向的4信道滤波器将视频信号进行缩放，把视频图像调整为从sub-QCIF到全DI的格式，并可以对图像进行亮度色度变换、视频输入解码和提取时间信息等操作。VW2010的解码部分有两个输入模块：DEMUX和HIU：两个输出模块：视频输出单元(VOU)和音频输出单元(AOU)；两个输入端口：CDI和Host/PCI，系统host可直接通过主机接口对VW2010进行控制，MPEG数据流采用DMA方式传输。
基于VW2010的视频压缩系统硬件设计
本系统集成一片VW2010芯片对一路音视频流进行编解码，FPGA采用Altera公司的EP3C16Q240C8N,用来设计各种接口连接各芯片，DSP采用TI的TMS320C2812，用来存储和加载各芯片初始化程序和配置信息。具体的系统硬件框图如图2所示。
DSP TMS320C2812从FLASHSST39VF400A由读取引导程序后系统开始运行，通过串口命令选择系统工作在视频存储方式或者视频回放方式。
DSP通过其内部12C总线初始化AD SAA711S及DASAA7121，并通过FPGA设计的HIU接口将VW2010的固件及微码序下载到SDRAM中完成VW2010编码初始化。
当系统接收到视频存储指令时，系统开始视频编码及存储操作，SAA7115产生8位格式4：2：2 ITU-R.BT656格式数字信号，VW2010通过FPGA设计的编码存储器接口传送给Encoder SDRAM，由内部RISC根据固件程序控制对Enoder SDRAM的读写访问，对视频数据进行运动估计(MEU)、运动矢量提取(MRU)、色度补偿(CCU)、率控制(RCU)、视频编码(VEU)等动作。编码完成的视频数据可以通过VW2010HIU口输出到FPGA，再由FPGA转存到NANDFLASH中。
当系统接收到视频播放指令时，FPGA将视频数据从NAND FLASH(闪存)中取出并通过HIU口传送到VW2010进行解码，输出解码好的MPEG-4视频信号，SAA7121将此8位视频数据信号转为PAL制模拟电视信号送入显示终端。
系统软件设计
本系统的软件流程主要分为DSP初始化程序、12C器件SAA7115初始化程序、VW2010初始化程序、DSP主控制程序和FPGA接口控制程序的设计。除了FPGA接口控制程序事先烧写进EPCS4中，在上电时自动加载进FPGA，其余程序全部在DSP上完成。软件设计流程如图3所示。
本系统的软件设计细分为3个模块：VW2010控制模块、FLASH控制模块和SDRAM数据传输及接口模块。VW2010控制模块是程序设计的核心模块，主要工作是下载固件和微码以及一些参数的配置。FLASH控制方法和SDRAM接口设计在很多文献中已有详细讨论，本文不再赘述，下面主要分析如何通过HOST总线控制VW2010的初始化以及固件下载。
VW2010初始化程序(init2010.C)主要完成以下功能：
1.校验和配置VW2010内部直接寄存器和间接寄存器：
2.加载编解码模式下VW2010所需的固件程序：
3.对固件配置寄存器进行配置。设置其工作状态：
4.判断固件是否加载成功，若成功则VW2010进入运行状态。
VW2010固件下载流程如图4所示。
系统性能分析
根据上述硬件和软件设计方法、作者设计了测试程序，对视频存储模式和视频播放模式分别做了测试，系统所能达到的指标如表1所示。
以上指标已能满足大多数视频存储播放系统要求，在各模式中都能稳定运行。