專利名稱：一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于1394b光總線技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集傳輸方法。
背景技術(shù)：
隨著微型計算機的發(fā)展和普及，現(xiàn)代視頻圖像采集方式越來越向高速、小型、簡潔的方向發(fā)展，視頻采集逐漸由專用、笨重的圖像處理機過渡到通用、小型的微型機方式。為滿足應(yīng)用中越來越高的視頻質(zhì)量要求，人們經(jīng)常使用軟件來控制處理視頻。但軟件局限于計算機的配置，使得視頻圖像處理速度慢、實時性差、價格高。而以FPGA、DSP、ARM等微處理器為核心的硬件系統(tǒng)同樣可以用來進行采集，為這個問題的解決帶來了新的途徑。近些年來，在高速信號采集處理技術(shù)中，F(xiàn)PGA+專用集成芯片方式是目前國內(nèi)外比較通用的方法。隨著專用芯片集成度、運算速度、采集處理速度等性能的不斷提高，專用視頻數(shù)字信號處理芯片，如Philips公司的PNX1500系列、TI公司的DM64X系列等，也已廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。在DSP平臺上進行視頻產(chǎn)品開發(fā)有以下幾方面優(yōu)勢(I)用戶開發(fā)自由度更大，支持多種個性化開發(fā)，可以滿足市場不斷提出的新要求，在第一時間提升產(chǎn)品性能，增強產(chǎn)品的競爭能力；(2)DSP處理能力強，可以在一個DSP商同時實現(xiàn)多路音視頻信號的壓縮等處理，同時為了及時滿足應(yīng)用的需要，還能夠提供視頻專用功能，如視頻濾波、De-interlace處理、高分辨顯示輸出、OSD功能等，甚至如網(wǎng)絡(luò)接口、IDE接口都成為了視頻DSP的主要功能，這樣使進一步大幅度降低產(chǎn)品的成本成為可能；(3)開發(fā)周期短，實現(xiàn)快速技術(shù)更新和產(chǎn)品換代；(4)芯片功耗低，對提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性提供可靠保障；(5)系統(tǒng)電路設(shè)計簡單，為提高產(chǎn)品的可靠性提供可靠保障。IEEE 1394總線由Apple公司在1986年開發(fā)并在1987年形成標(biāo)準(zhǔn)。最初Apple公司將其命名為Firewire (火線)，之后索尼(Sony)基于FireWire提出了 iLink。1995年電器和電子工程師協(xié)會(IEEE)將FireWire規(guī)范為IEEE 1394-1995 ;在2000年IEEE對該協(xié)議進一步完善推出IEEE 1394a ;2002年IEEE基于IEEE 1394-1995和IEEE 1394a推出了 IEEE 1394b，該協(xié)議采用了新的仲裁方式及編碼方式，同時支持光纖傳輸，帶寬支持3. 2Gbps，極大提高了傳輸性能。由于IEEE 1394b總線的實時性好、傳輸速率高、拓?fù)潇`活、擴展容易以及支持熱插拔，成為下一代航空航天、工業(yè)控制領(lǐng)域的候選總線技術(shù)之一?，F(xiàn)視頻傳輸一般米用兩種方式傳輸一種是USB總線；另一種是1394總線。二者都支持熱插拔和自動識別功能之外，兩者都支持同步和異步傳輸，從理論上來說，它們都適合作為電腦和數(shù)字A/V外設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)接口。但USB的設(shè)計初衷則是低成本、中低速的計算機接口，這使得它在多媒體應(yīng)用程序中沒有1394那樣能夠一展身手。它可以通過簡單的菊花型鏈路方式連接127個設(shè)備，但是它以PC為中心的設(shè)計使的每一個USB設(shè)備都必須通過主機來控制，完全依靠PC機實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。1394從底層開始就為高數(shù)據(jù)吞吐量的聲音/視頻而設(shè)計，并且不用考慮同以往接口設(shè)備的兼容性問題。它是真正的可熱插拔、點對點傳輸協(xié)議使用者可以利用1394接口特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接63個設(shè)備。同時，1394b的帶寬已經(jīng)達到了 800Mb/s，超過了 USB2. O480Mb/s的帶寬。除此之外，1394總線還 專門針對視頻傳輸提出了 IIDC協(xié)議。針對1394視頻傳輸規(guī)范了數(shù)據(jù)包格式及時序等,大大提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。在參考文獻“哈爾濱工程大學(xué)，王桂強，基于IEEE 1394總線的高速相機數(shù)據(jù)傳輸方案設(shè)計”中提供了一種基于1394光總線的圖像采集傳輸系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包含了相機采集電路和1394硬件電路兩部分。在該設(shè)計中，采用了 FPGA作為核心，基于VHDL語言實現(xiàn)對相機數(shù)據(jù)采集的控制以及IEEE1394光總線中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序格式轉(zhuǎn)換等。在該視頻系統(tǒng)中，采用FPGA為核心，基于VHDL語言實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采集傳輸，這種方案具有以下缺點I、采集數(shù)據(jù)少。由于采用FPGA控制數(shù)據(jù)采集，因此一套系統(tǒng)只能連接一組數(shù)據(jù)采集裝置(包括相機或攝像頭、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片等)，因此，同一時刻只能采集一路數(shù)據(jù)信號，浪費了該系統(tǒng)的大量資源；2、傳輸速度慢。由于采用FPGA控制數(shù)據(jù)傳輸，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，不能與1394b鏈路層芯片連接。系統(tǒng)中采用1394a鏈路層芯片，導(dǎo)致系統(tǒng)傳輸最大速度只能達到400M/S，僅為1394b總線的一半?；谏鲜鲈?，該技術(shù)具有工作效率低、資源浪費等缺點，不利于視頻系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用及IEEE 1394光總線的推廣。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集傳輸方法，能夠?qū)崟r可靠地采集傳輸大量視頻數(shù)據(jù)。采用基于圖像視頻專用DSP的視頻采集單元和基于PowerPC模塊的視頻傳輸單元連接組成多路視頻系統(tǒng)。在實現(xiàn)方法中，根據(jù)多路視頻系統(tǒng)功能要求，利用CCS開發(fā)環(huán)境控制DSP，在視頻采集單元中實現(xiàn)4路模擬視頻同時采集、視頻數(shù)據(jù)處理及存儲功能，利用PowerPC模塊實現(xiàn)視頻采集單元與1394b光總線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)實時傳輸功能。本發(fā)明提出一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)，包括視頻采集單元和視頻傳輸單元；所述的視頻采集單元包括DSP芯片、視頻解碼芯片、FLASH、SDRAM、PCI接口 A和JTAG接口 ；所述的視頻解碼芯片共有4片，每一個視頻解碼芯片連接一個模擬攝像頭完成一路信號采集功能；每個視頻解碼芯片的一端與DSP芯片的一個視頻接口相連接，F(xiàn)LASH、SDRAM、PCI接口 A、JTAG接口分別與DSP芯片上各相應(yīng)接口相連接。所述的視頻傳輸單元包括PowerPC模塊和1394b接口協(xié)議模塊；PowerPC模塊作為PCI主控設(shè)備，通過PCI接口 A與視頻采集單元的DSP芯片相連接，PowerPC模塊還通過PCI接口 B與1394b接口協(xié)議模塊相連接，1394b接口協(xié)議模塊通過光接口與1394b光總線相連接，將視頻采集單元處理完成的視頻數(shù)據(jù)通過1394b光總線發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)節(jié)點。本發(fā)明提出的一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集傳輸方法，包括以下幾個步驟
步驟一對DSP芯片和PowerPC模塊進行初始化，配置DSP芯片和PowerPC芯片內(nèi)部相關(guān)寄存器，使DSP芯片及PowerPC芯片進入正常工作狀態(tài)，并打開DSP芯片與外設(shè)連接的通信通道；步驟二 在DSP芯片的控制下，各個視頻解碼芯片對視頻信號進行視頻采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，并將數(shù)字視頻數(shù)據(jù)發(fā)送至DSP芯片；步驟三DSP芯片將VP接口接收到的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)存儲到SDRAM中；步驟四DSP芯片將SDRAM中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)取出，進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換(例如將YUV視頻格式轉(zhuǎn)換成RGB視頻格式)，轉(zhuǎn)換完成后，將格式轉(zhuǎn)換完成的視頻數(shù)據(jù)重新存入SDRAM ； 步驟五檢測PCI接口 A接收到格式轉(zhuǎn)換完成的視頻數(shù)據(jù)發(fā)送目的地址，如果檢測到目的地址，則將SDRAM中存儲的格式轉(zhuǎn)換完成的視頻數(shù)據(jù)通過PCI接口 A發(fā)送至檢測到的目的地址(是指PowerPC模塊中的某個部分)，如果沒有，則不發(fā)送數(shù)據(jù)，返回步驟二，繼續(xù)采集模擬視頻數(shù)據(jù)；步驟六將PowerPC模塊從PCI接口 A接收到視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成1394b數(shù)據(jù)包格式；步驟七PowerPC模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過PCI接口 B發(fā)送到1394b接口協(xié)議模塊中，通過1394b接口協(xié)議模塊將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)?394b光總線網(wǎng)絡(luò)中步驟八反復(fù)步驟二至步驟七，反復(fù)采集模擬視頻數(shù)據(jù)并進行處理和發(fā)送，直至復(fù)位導(dǎo)致多路視頻系統(tǒng)重新開始或掉電導(dǎo)致多路視頻系統(tǒng)關(guān)閉。本發(fā)明的優(yōu)點在于I、本發(fā)明提出一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集傳輸方法，采用嵌入式微處理器完成視頻采集，脫離對主控計算機的依賴，降低了主控計算機的負(fù)荷，提高了系統(tǒng)實可靠性；2、本發(fā)明提出一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集傳輸方法，采用視頻圖像專用DSP芯片，提供多個視頻端口，實現(xiàn)單一芯片多路視頻，充分利用系統(tǒng)資源，簡化了電路設(shè)計，減少成本；3、本發(fā)明提出一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集傳輸方法，采用1394b光總線，數(shù)據(jù)傳輸速度快，實時性好；4、本發(fā)明提出一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集傳輸方法，采用PowerPC控制PCI接口，實現(xiàn)視頻采集單元與1394b協(xié)議電路連接通信，兼容IEEE 1394a協(xié)議，有利于推廣。


圖I是本發(fā)明提出一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中視頻采集單元硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中視頻傳輸單元硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明提出一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集傳輸方法。圖中1-視頻采集單元；2_視頻傳輸單元；3_DSP芯片；4_視頻解碼芯片；5_閃存(FLASH) ；6-同步動態(tài)隨機存儲器(SDRAM) ;7_PCI接口 A ;8_JTAG接口 ；9_模擬攝像頭；10-1394b 光總線；II-PowerPC 模塊；12_1394b 接口協(xié)議模塊；13_PCI 接口 B ; 14-光接口。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提出一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)，實現(xiàn)多路模擬視頻數(shù)據(jù)同時采集，模擬視頻數(shù)據(jù)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?394b光總線網(wǎng)絡(luò)的功能。本發(fā)明提出一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)，如圖I所示，包括視頻采集單元I和視頻傳輸單元2。如圖2所示，所述的視頻采集單元I包括DSP芯片3、視頻解碼芯片4、閃存(FLASH) 5、同步動態(tài)隨機存儲器(SDRAM) 6、PCI接口 A7和JTAG接口 8。其中視頻解碼芯片4有四片，四片視頻解碼芯片4的一端分別與DSP芯片3的四個視頻接口(VP0 VP3)相連接，另一端分別搭配連接模擬攝像頭9，每個視頻解碼芯片4均可以連接一個模擬攝像頭9從而完成一路視頻米集的功能，視頻解碼芯片4與|旲擬攝像頭9之間的連接為標(biāo)準(zhǔn)活動接口連接(BNC接口連接)，因此，可以根據(jù)用戶要求，任意連接2-4個模擬攝像頭9，實現(xiàn)2-4路視頻采集的功能，F(xiàn)LASH5、SDRAM6、PCI接口 A7、JTAG接口 8分別與DSP芯片3片上各相應(yīng)專用接口相連接。所述的DSP芯片3優(yōu)選為TMS320DM642型號芯片。由DSP芯片3控制各片視頻解碼芯片4采集各模擬攝像頭9獲取的模擬視頻數(shù)據(jù)，并進行視頻數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。FLASH5和SDRAM6作為DSP芯片3外設(shè)，分別為上層應(yīng)用程序和視頻數(shù)據(jù)提供存儲空間。此外，此DSP芯片3具有PCI接口 A7，通過PCL總線與1394b接口協(xié)議模塊12進行數(shù)據(jù)交換。JTAG接口 8用于與外接的仿真器(DSP專用仿真器)連接進行仿真。所述的視頻傳輸單元2結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括PowerPC模塊11和1394b接口協(xié)議模塊12。PowerPC模塊作為PCI主控設(shè)備，通過PCI接口 A與視頻采集單元I的DSP芯片3相連接，PowerPC模塊還通過PCI接口 B13與1394b接口協(xié)議模塊12相連接，1394b接口協(xié)議模塊12通過光接口 14與1394b光總線10相連接，將視頻采集單元I處理完成的視頻數(shù)據(jù)通過1394b光總線10發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)節(jié)點。本發(fā)明提出的模擬視頻采集傳輸方法流程圖如圖4所示，通過DSP芯片3控制完成視頻數(shù)據(jù)采集及視頻數(shù)據(jù)處理，并通過PowerPC模塊11控制完成視頻數(shù)據(jù)從視頻采集模塊到1394b光總線網(wǎng)絡(luò)的傳輸。此方法包括四個功能1，從模擬攝像頭9獲取視頻數(shù)據(jù)并對獲取的模擬數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換；2、將處理好的視頻數(shù)據(jù)存儲在SDRAM6中，檢測到發(fā)送命令后發(fā)送到PowerPC模塊11 ;3、將接收到的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合1394b光總線通信協(xié)議的數(shù)據(jù)格式；4、將格式轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)包通過1394b接口協(xié)議模塊12發(fā)送到1394b光總線網(wǎng)絡(luò)。具體方法流程步驟為本發(fā)明提出的一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集傳輸方法，如圖4所示，包括以下幾個步驟步驟一對DSP芯片3和PowerPC模塊進行初始化。配置DSP芯片3和PowerPC模塊11內(nèi)部相關(guān)寄存器，使DSP芯片3和PowerPC模塊11進入正常工作狀態(tài)，并打開DSP芯片3與外設(shè)連接的通信通道； 步驟二 在DSP芯片3的控制下，各個視頻解碼芯片4對視頻信號進行視頻采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號，并將數(shù)字視頻數(shù)據(jù)發(fā)送至DSP芯片3 ；步驟三DSP芯片3將VP接口(VP0 VP3)接收到的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)存儲到SDRAM6中；步驟四DSP芯片3將SDRAM6中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)取出，進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換(例如將YUV視頻格式轉(zhuǎn)換成RGB視頻格式)，轉(zhuǎn)換完成后，將格式轉(zhuǎn)換完成的視頻數(shù)據(jù)重新存入 SDRAM ；步驟五檢測PCI接口 A7接收到格式轉(zhuǎn)換完成的視頻數(shù)據(jù)發(fā)送目的地址，如果檢測到目的地址，則將SDRAM6中存儲的格式轉(zhuǎn)換完成的視頻數(shù)據(jù)通過PCI接口 A7發(fā)送至檢測到的目的地址(是指PowerPC模塊中的某個部分)，如果沒有，則不發(fā)送數(shù)據(jù)，返回步驟二，繼續(xù)采集模擬視頻信號(從圖上看是這樣的)；步驟六將PowerPC模塊11從PCI接口 A7接收到視頻數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換成1394b數(shù)據(jù)包格式；步驟七PowerPC模塊11將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過PCI接口 B13發(fā)送到1394b接口協(xié)議模塊12中，通過1394b接口協(xié)議模塊12將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)?394b光總線網(wǎng)絡(luò)中步驟八反復(fù)步驟二至步驟七，反復(fù)采集模擬視頻信號并進行處理和發(fā)送，直到復(fù)位導(dǎo)致系統(tǒng)重新開始或掉電導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)閉。
權(quán)利要求
1.一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)，其特征在于包括視頻采集単元和視頻傳輸單元；所述的視頻采集單元包括DSP芯片、視頻解碼芯片、FLASH、SDRAM、PCI接ロ A和JTAG接ロ ；所述的視頻解碼芯片共有4片，每ー個視頻解碼芯片連接ー個模擬攝像頭完成一路信號采集功能；每個視頻解碼芯片的一端與DSP芯片的ー個視頻接ロ相連接，F(xiàn)LASH、SDRAM、PCI接ロ A、JTAG接ロ分別與DSP芯片上各相應(yīng)接ロ相連接； 所述的視頻傳輸單元包括PowerPC模塊和1394b接ロ協(xié)議模塊；P0WerPC模塊作為PCI主控設(shè)備，通過PCI接ロ A與視頻采集單元的DSP芯片相連接，PowerPC模塊還通過PCI接ロ B與1394b接ロ協(xié)議模塊相連接，1394b接ロ協(xié)議模塊通過光接ロ與1394b光總線相連接，將視頻采集單元處理完成的視頻數(shù)據(jù)通過1394b光總線發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)節(jié)點。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)，其特征在于所述的DSP芯片為TMS320DM642型號芯片。
3.—種權(quán)利要求I所述的基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集傳輸方法，其特征在于包括以下幾個步驟 步驟ー對DSP芯片和PowerPC模塊進行初始化，配置DSP芯片和PowerPC芯片內(nèi)部相關(guān)寄存器，使DSP芯片及PowerPC芯片進入正常工作狀態(tài)，并打開DSP芯片與外設(shè)連接的通信通道； 步驟ニ 在DSP芯片的控制下，各個視頻解碼芯片對視頻信號進行視頻采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，并將數(shù)字視頻數(shù)據(jù)發(fā)送至DSP芯片； 步驟三DSP芯片將VP接ロ接收到的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)存儲到SDRAM中； 步驟四DSP芯片將SDRAM中存儲的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)取出，進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后，將格式轉(zhuǎn)換完成的視頻數(shù)據(jù)重新存入SDRAM ； 步驟五檢測PCI接ロ A接收到格式轉(zhuǎn)換完成的視頻數(shù)據(jù)發(fā)送目的地址，如果檢測到目的地址，則將SDRAM中存儲的格式轉(zhuǎn)換完成的視頻數(shù)據(jù)通過PCI接ロ A發(fā)送至檢測到的目的地址，如果沒有，則不發(fā)送數(shù)據(jù)，返回步驟ニ，繼續(xù)采集模擬視頻數(shù)據(jù)； 步驟六將PowerPC模塊從PCI接ロ A接收到視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成1394b數(shù)據(jù)包格式；步驟七=PowerPC模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過PCI接ロ B發(fā)送到1394b接ロ協(xié)議模塊中，通過1394b接ロ協(xié)議模塊將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)?394b光總線網(wǎng)絡(luò)中； 步驟八反復(fù)步驟ニ至步驟七，反復(fù)采集模擬視頻數(shù)據(jù)并進行處理和發(fā)送，直至復(fù)位導(dǎo)致多路視頻系統(tǒng)重新開始或掉電導(dǎo)致多路視頻系統(tǒng)關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于1394b光總線的多路視頻系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集傳輸方法，屬于1394b光總線技術(shù)領(lǐng)域。多路視頻系統(tǒng)包括視頻采集單元和視頻傳輸單元；視頻采集單元包括DSP芯片、視頻解碼芯片、閃存、同步動態(tài)隨機存儲器、PCI接口A和JTAG接口；視頻傳輸單元包括PowerPC模塊和1394b接口協(xié)議模塊。本發(fā)明采用嵌入式微處理器完成視頻采集，脫離對主控計算機的依賴，降低了主控計算機的負(fù)荷，提高了系統(tǒng)實可靠性；本發(fā)明采用視頻圖像專用DSP芯片，提供多個視頻端口，實現(xiàn)單一芯片多路視頻，充分利用系統(tǒng)資源，簡化了電路設(shè)計，減少成本。
文檔編號H04N7/18GK102638677SQ20121009305
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者伊小素, 張春熹, 朱榆涵, 王明, 龍映雪 申請人:北京航空航天大學(xué)