國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和國(guó)際電信聯(lián)盟ITU于2000年12月正式推出了JPEG2000標(biāo)準(zhǔn),，該標(biāo)準(zhǔn)采用以離散小波" title="小波">小波變換為主的多解析編碼方法，具有許多優(yōu)良的特性,，然而一直未獲得廣泛的應(yīng)用,。AD公司于2004年推出了能實(shí)時(shí)壓縮和解壓縮高質(zhì)量運(yùn)動(dòng)圖像和靜止數(shù)字圖像的JPEG2000編解碼芯片ADV202。本文基于ADV202設(shè)計(jì)一個(gè)完整的嵌入式視頻壓縮系統(tǒng),，其中包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì),，該系統(tǒng)具有USB接口，支持熱插拔,，無(wú)需主機(jī)控制,。
1 ADV202芯片介紹
　　ADV202是美國(guó)AD公司新近推出的一款用于視頻和高帶寬靜止圖像壓縮的單片JPEG2000(ISO/IEC15444-1圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn))編解碼芯片，是當(dāng)今市場(chǎng)上惟一具有實(shí)時(shí)壓縮和解壓縮標(biāo)準(zhǔn)(SD)視頻信號(hào)和高清晰度(HDTV)視頻信號(hào)的芯片,，專利的空間高效遞歸濾波(SURF)技術(shù)使其具有低功耗和低成本的小波壓縮,。它提供的專用視頻接口可以無(wú)縫連接到ITU.R-BT656、SMPTE125M,、SMPTE293M[525p]等標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻接口,，靈活的異步SRAM風(fēng)格的主機(jī)接口允許無(wú)縫連接到大多數(shù)16/32位的微控制器和ASIC器件。
　　ADV202的內(nèi)部功能框圖如圖1所示,，輸入的視頻或圖像數(shù)據(jù)進(jìn)入視頻接口后經(jīng)過(guò)解交錯(cuò)傳輸?shù)叫〔ㄗ儞Q引擎中,。在小波引擎中，每幀圖像或每個(gè)圖塊通過(guò)5/3或9/7濾波器分解成許多子帶,，生成的小波系數(shù)寫(xiě)入內(nèi)部寄存器中,。熵編碼器將圖像數(shù)據(jù)編碼為符合JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù),。內(nèi)部DMA引擎提供存儲(chǔ)器之間的高帶寬傳輸以及各模塊和存儲(chǔ)器之間的高性能傳輸。內(nèi)部FIFO提供像素?cái)?shù)據(jù),、碼流數(shù)據(jù),、特征數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，既可由外部主機(jī)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)地址讀寫(xiě)周期直接訪問(wèn),，也可以采用DREQ/DACK協(xié)議通過(guò)DMA方式訪問(wèn)或?qū)Ｓ糜布帐謾C(jī)制訪問(wèn),。主機(jī)接口提供16/32位的控制總線和8/16/32位的數(shù)據(jù)傳輸總線，用于對(duì)內(nèi)部寄存器的配置,、控制和狀態(tài)傳遞以及壓縮數(shù)據(jù)流的傳輸,。

2 視頻壓縮系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)硬件整體構(gòu)架
　　系統(tǒng)硬件整體框架如圖2所示，來(lái)自電視機(jī)或攝像機(jī)的單路PAL/NTSC制式的視頻信號(hào),，經(jīng)過(guò)SAA7113編碼為SAV/EAV模式,、ITU.R-BT656 YUV4:2:2格式(8位)的視頻信號(hào)，由VPO[7..0]傳輸?shù)紸DV202的視頻接口,。在ADV202內(nèi)部,，視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)硬件編碼產(chǎn)生.jp2格式的視頻信號(hào)，由主機(jī)接口D[31..0]輸入到TMS320VC33 DSP,。經(jīng)DSP壓縮后的視頻信號(hào)由USB接口芯片USBN9602轉(zhuǎn)換后通過(guò)USB口輸出,。另外，DSP還通過(guò)數(shù)據(jù)總線D[31..0]和地址總線A[3..0]對(duì)ADV202內(nèi)部直接及間接寄存器進(jìn)行配置,，加載ADV202編碼模式所需的固件(由AD公司提供),，對(duì)ADV202編碼參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。USB口只作為壓縮數(shù)據(jù)流的輸出口,，由DSP完全控制。

2.2 DSP小系統(tǒng)
　　出于對(duì)系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)性和性價(jià)比的考慮,，DSP芯片選擇TI公司的32位高性能數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC33,。TMS320VC33工作在75MHz主頻時(shí)，運(yùn)算能力可達(dá)150MFLOPS,，可以訪問(wèn)的總存儲(chǔ)空間為16M×32bit,，程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O空間都包含在整個(gè)16M×32bit空間中,，且統(tǒng)一編址,。片內(nèi)提供了34K×32bit SRAM，考慮到系統(tǒng)處理對(duì)象是視頻信號(hào),，要求較大的程序空間和數(shù)據(jù)空間,，片內(nèi)RAM通常不能滿足系統(tǒng)要求，因而在DSP片外要進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展,。
　　DSP外部擴(kuò)展了兩片CY7C1041V33(256K×16bit)SRAM和1片SST39VF400A(256K×16bit) FLASH,。兩片CY7C1041V33按照數(shù)據(jù)位擴(kuò)展方式擴(kuò)展成為256K×32bit的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間,，用于存儲(chǔ)壓縮后的視頻數(shù)據(jù)。DSP工作在微計(jì)算機(jī)／引導(dǎo)模式(MCBL/=1)下,，SST39VF400A用于存儲(chǔ)DSP的引導(dǎo)程序,。
2.3 系統(tǒng)時(shí)序控制電路
　　系統(tǒng)時(shí)序控制電路由一片Altera EPM7128 CPLD芯片構(gòu)成，完成的主要功能有：
　　(1)將DSP通用I/O引腳信號(hào)XF1,、XF0擴(kuò)展為I²C總線所需的SCL,、SDA信號(hào)，完成DSP對(duì)SAA7113的初始化設(shè)置,；
　　(2)產(chǎn)生ADV202的片選信號(hào)和復(fù)位信號(hào),，將DSP的讀寫(xiě)信號(hào)R/擴(kuò)展為ADV202的讀信號(hào)及寫(xiě)信號(hào)；
　　(3)產(chǎn)生DSP外擴(kuò)存儲(chǔ)器SRAM和FLASH的接口信號(hào)：地址譯碼選通信號(hào),、寫(xiě)脈沖信號(hào),、讀信號(hào)等；
　　(4)產(chǎn)生USBN9602的接口信號(hào)：片選信號(hào),、讀信號(hào),、寫(xiě)信號(hào)、地址引腳信號(hào)A0,。
2.4 USB接口設(shè)計(jì)
　　USBN9602是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的一款專用USB接口芯片,，支持USB1.1標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部具有較大的FIFO,，可以緩存大量數(shù)據(jù),，從而減輕處理器的負(fù)擔(dān)。在本系統(tǒng)中,，USBN9602通過(guò)并行接口與TMS320VC33相連,，接口信號(hào)由CPLD控制，工作于非總線復(fù)用模式(MODE0=0,，MODE1=0),，連接示意圖如圖3所示。USBN9602操作時(shí)序是先往地址寄存器中寫(xiě)入地址,，然后通過(guò)數(shù)據(jù)輸入寄存器和數(shù)據(jù)輸出寄存器讀寫(xiě)數(shù)據(jù),，而地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器的選擇則是通過(guò)A0實(shí)現(xiàn)的。

2.5 時(shí)鐘信號(hào)的設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)選用3片晶振" title="晶振">晶振,，其中24.576MHz晶振提供SAA7113所需的外部時(shí)鐘,，LLC產(chǎn)生的27MHz 時(shí)鐘輸出信號(hào)提供給ADV202編碼芯片使用；5V供電的15MHz晶振提供給CPLD,，并經(jīng)過(guò)CPLD間接提供給DSP使用,，從而解決了不同電平之間的匹配問(wèn)題，DSP內(nèi)部鎖相環(huán)使用×5模式(CLKMD0=CLKMD1=1),，工作主頻為75MHz,；48MHz晶振提供USBN9602所需的輸入時(shí)鐘,。在電路板設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)盡可能接近相應(yīng)輸入引腳,。
2.6 電源及系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)需要四種電源供電：5V,、3.3Ｖ、1.8V和1.5V,。其中,，5V由系統(tǒng)外部電源提供，3.3Ｖ,、1.8V和1.5V由TI公司的電源芯片TPS767D301通過(guò)5V變換提供,。TPS767D301可將5V的電源輸入轉(zhuǎn)換為3.3V的固定電源輸出和1.5~5.5V的可變電源輸出，同時(shí)產(chǎn)生CPLD的復(fù)位信號(hào),。
3 視頻壓縮系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)軟件流程及總體設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為DSP初始化程序(dspinit.c),、I²C器件SAA7113初始化程序(iic.c)、ADV202初始化程序(init202.c),、DSP主控制程序(dspctl.c)以及USB通訊軟件的設(shè)計(jì)^[5],。這些程序全部在DSP上完成。用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)DSP程序可以縮短開(kāi)發(fā)周期,，提高程序開(kāi)發(fā)的效率,，也可以使程序的可讀性、可移植性大大提高,，并且能為系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)換代帶來(lái)極大的便利,；對(duì)于C語(yǔ)言編寫(xiě)的代碼，采用優(yōu)化編譯器生成高效率的匯編代碼,，可提高程序的運(yùn)行速度,，減少目標(biāo)代碼的長(zhǎng)度。故在系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)上,，采取了以上方法,。系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。

3.2 主要程序?qū)崿F(xiàn)舉例
　　ADV202初始化程序(init202.c)主要完成以下功能：
　　(1)校驗(yàn)和配置ADV202內(nèi)部直接寄存器和間接寄存器,；
　　(2)加載編碼模式下ADV202所需的固件程序；
　　(3)對(duì)固件配置寄存器進(jìn)行配置,，設(shè)置其工作狀態(tài),；
　　(4)檢驗(yàn)應(yīng)用程序ID；
　　(5)清除中斷標(biāo)記,，使ADV202進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài),。
　　ADV202初始化流程圖如圖5所示。