摘? 要: 概述了視頻編解碼器ADV601的主要特點(diǎn)，介紹了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和主要性能，并給出了一種基于ADV601的視頻壓縮解壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電路，該電路在遠(yuǎn)程視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中取得了令人滿意的效果。
關(guān)鍵詞: 視頻編解碼器 圖像壓縮
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隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，視頻圖像壓縮技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用于電視會議、可視電話、遠(yuǎn)程監(jiān)控等遠(yuǎn)程圖像傳輸系統(tǒng)中。視頻圖像的壓縮可以利用高速數(shù)字信號處理器(DSP)實(shí)現(xiàn)，但要得到較高的壓縮比，必須使用高速浮點(diǎn)DSP，而且軟件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，開發(fā)周期也較長。本文介紹一種硬件視頻壓縮解壓器件ADV601，由于其利用了先進(jìn)的小波技術(shù)，可以方便地得到高達(dá)350：1的壓縮比，從而大大縮短了開發(fā)周期。
1 ADV601視頻編解碼器簡介
AD公司的ADV601是低價、單片、多功能、全數(shù)字的CMOS超大規(guī)模集成電路，它支持對CCIR-601數(shù)字視頻進(jìn)行高畫質(zhì)的無損視頻壓縮和解壓縮，壓縮比可達(dá)350：1。片內(nèi)集成了視頻接口、主機(jī)接口和SRAM，可以廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。
1.1 主要性能
·精確的壓縮位率控制，壓縮的數(shù)據(jù)率由輸入數(shù)據(jù)率和選擇的壓縮率決定。
·場獨(dú)立壓縮，一幀信號被作為兩場獨(dú)立的信號進(jìn)行處理。
·支持各種圖像格式的靈活接口，也支持變化的畫面尺寸和場頻。
·支持電影質(zhì)量數(shù)字視頻的國際標(biāo)準(zhǔn)CCIR-601，最大可用場圖像尺寸為768*288，最大像素率為14.75MHz。
·8/16/32位主機(jī)接口，帶512個32位FIFO。
·壓縮率從無損壓縮到350：1。
·自然圖像的典型視覺無損壓縮比為4：1。
·針對隔行掃描數(shù)字視頻的實(shí)時壓縮和解壓縮進(jìn)行了優(yōu)化。
·可實(shí)現(xiàn)接近恒壓縮位流功能。
1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
ADV601由九個模塊組成，其中四個是接口模塊，另五個是處理模塊。接口模塊有數(shù)字視頻I/O口、主機(jī)I/O口、外部DRAM管理器和DSP串行I/O口;處理模塊有小波變換核、片內(nèi)變換緩沖器、可編程量化器、運(yùn)行長度編碼器和霍夫曼編碼器。其邏輯功能參見圖1。
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主機(jī)I/O接口負(fù)責(zé)與主機(jī)間傳輸控制信號、狀態(tài)信號和壓縮后的數(shù)據(jù)。DRAM管理器執(zhí)行所有與DRAM相關(guān)的讀寫、刷新操作。串行口負(fù)責(zé)與可選的DSP之間進(jìn)行通信。小波變換核是整個芯片的核心部分，主要完成二維離散小波變換，由于使用了內(nèi)部變換緩沖器，避免了使用高速外存。片內(nèi)變換緩沖器為小波變換核進(jìn)行二維小波變換提供內(nèi)部SRAM。可編程量化器對小波系數(shù)進(jìn)行量化。在編碼過程中，外部DSP或主機(jī)處理器計(jì)算量化系數(shù);在解碼過程中，反量化系數(shù)由壓縮的數(shù)據(jù)流中解壓得到。
在編碼過程中，數(shù)字視頻I/O口輸入復(fù)合數(shù)字視頻信號，此信號經(jīng)小波變換、自適應(yīng)量化、運(yùn)行長度編碼、霍夫曼編碼后變成壓縮后的數(shù)據(jù)，由主機(jī)接口送出。解碼的過程正好相反。
2 基于ADV601的視頻壓縮解壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
采用ADV601芯片，并配以相應(yīng)的外圍電路，很容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻的壓縮和解壓縮操作。這種電路使用廉價的外部DRAM存儲器，而不象其它電路那樣要使用昂貴的SRAM緩沖器或VRAM幀存。
2.1 視頻壓縮電路設(shè)計(jì)
圖2給出的是使用ADV601設(shè)計(jì)的視頻壓縮系統(tǒng)電路。此電路是遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)端，模擬攝像機(jī)輸入的視頻信號經(jīng)編碼壓縮后由調(diào)制解調(diào)器經(jīng)電話線送往監(jiān)控中心。在此系統(tǒng)中使用低價DSP器件ADSP-21csp01提供主機(jī)控制和BW計(jì)算服務(wù)，由于ADSP-21csp01在場回掃期間計(jì)算BW值，可以利用這部分帶寬完成其他功能，如音頻壓縮和通信。在這里，所有的控制和BW操作都是通過主機(jī)接口完成的。
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圖2中的SAA7111是飛利浦公司生產(chǎn)的帶A/D轉(zhuǎn)換的可編程視頻輸入處理芯片，它可以將輸入的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成CCIR-656等不同格式的數(shù)字圖像輸出。
2.2 視頻解壓電路設(shè)計(jì)
為完成視頻解碼操作，需要用ADV7175視頻解碼器代替SAA7111，用電視機(jī)代替模擬攝像機(jī)，ADV601與ADV7175連接的電路如圖3所示。ADV7175將CCIR-601 4：2：2數(shù)字視頻轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模擬電視信號。
2.3 視頻傳輸電路設(shè)計(jì)
為縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，我們使用成品MODEM完成壓縮、解壓電路與電話線路的接口，DSP使用AT指令對MODEM進(jìn)行控制。
2.4 進(jìn)一步提高壓縮比的軟件方法
電話線帶寬很窄，通常只有50k左右，為實(shí)時傳輸視頻圖像，必須把壓縮后數(shù)據(jù)的帶寬降低到50k以下。盡管ADV601的壓縮比可以達(dá)到350：1，但獲得高的壓縮比往往意味著要損失更多的細(xì)節(jié)，這在實(shí)際應(yīng)用中常常是不允許的?？紤]遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)對視頻圖像的連續(xù)性要求不高，可以使用軟件方法壓縮每秒鐘傳輸?shù)膱D像幀數(shù)(一般可以取每秒4～10幀)，以進(jìn)一步降低帶寬。此外，還可以通過適當(dāng)減小圖像畫面尺寸等方法降低帶寬。
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參考文獻(xiàn)
1 Low Cost Multiformat Video Codec-ADV601.Analog Devices Inc.， 1997
2 Integrated Digital CCIR-601 YCrCb to PAL/NTSC?Video Encoder ADV7175/7176.Analog Devices Inc.,1996