JPEG編解碼芯片ZR36060在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：簡(jiǎn)要地?cái)⑹隽耍剩校牛蔷幗獯a芯片ＺＲ３６０６０的主要特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作模式，并給出發(fā)一個(gè)應(yīng)用實(shí)例——基于ＪＰＥＧ的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：ＪＰＥＧ編解碼器 壓縮 解壓縮

隨著改革開(kāi)放的進(jìn)一步深入，各界對(duì)于安全防范和現(xiàn)場(chǎng)記錄報(bào)警系統(tǒng)的需求越來(lái)越大，要求也越來(lái)越高。數(shù)字化的圖像監(jiān)視系統(tǒng)已經(jīng)逐步淘汰了傳統(tǒng)的閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)。對(duì)于需要以圖像畫(huà)面作為證據(jù)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)而言，Ｈ．２６１和Ｈ．２６３圖像的質(zhì)量已無(wú)法勝任，這時(shí)需要傳輸高質(zhì)量的ＪＰＥＧ圖像。Ｚｏｒａｎ公司的ＪＰＥＧ編解碼芯片ＺＲ３６０６０正是這樣一種適合于基于ＪＰＥＧ的監(jiān)視系統(tǒng)和數(shù)字圖像采集、編輯的芯片。本文對(duì)ＺＲ３６０６０芯片的主要特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作模式進(jìn)行描述，最后給出它在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)中的應(yīng)用。

１ ＺＲ３６０６０的主要特點(diǎn)

ＺＲ３６０６０芯片具有以下主要特點(diǎn)：

(１)視頻壓縮和擴(kuò)展功能。對(duì)ｓｑｕａｒｅ ｐｉｘｅｌ 和ＣＣＩＲ ＰＡＬ視頻信號(hào)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)２５幀／秒的壓縮；對(duì)ｓｑｕａｒｅ ｐｉｘｅｌ 和ＣＣＩＲ ＮＴＳＣ視頻信號(hào)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)３０幀／秒的壓縮。

(２) 靈活的數(shù)據(jù)接口。ＺＲ３６０６０支持三種ＹＵＶ視頻接口模式，即８ｂｉｔ主模式，支持高達(dá)２９．５Ｍｂｙｔｅ／ｓ的壓縮數(shù)據(jù)碼率；１６ｂｉｔ從模式，支持高達(dá)１６．８Ｍｂｙｔｅ／ｓ的壓縮數(shù)據(jù)碼率；８ｂｉｔ從模式，支持高達(dá)９．８ Ｍｂｙｔｅ／ｓ的壓縮數(shù)據(jù)碼率。

(３) 兩種視頻同步方式：同步主模式和同步從模式。同步主模式指芯片內(nèi)部產(chǎn)生所有的定時(shí)信號(hào)；同步從模式則是芯片自己同步于一個(gè)外部的視頻源。

(４) 三種不同的比特率控制模式，用于不同的壓縮場(chǎng)合。Ａｕｔｏ Ｔｗｏ Ｐａｓｓ用于靜止圖像壓縮，產(chǎn)生嚴(yán)格控制的壓縮代碼量；Ｓｉｎｇｌｅ Ｐａｓｓ用于運(yùn)動(dòng)視頻壓縮，保持壓縮文件大小的大致固定；Ｎｏ Ｂｉｔ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ使用固定的量化表。

(５)可以和多種常用視頻解碼器（Ｄｅｃｏｄｅｒ）實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，例如：Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｂｒｏｏｋｔｒｅｅ、Ｓａｍｓｕｎｇ、 ＩＴＴ、Ｈａｒｒｉｓ 等公司的視頻解碼器。

(６) 可以和多種主控制器（ｈｏｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）連接。

(７) 可編程工作模式。通過(guò)對(duì)ＺＲ３６０６０內(nèi)部的１Ｋ字節(jié)的內(nèi)部寄存器的操作，可以靈活控制芯片的工作模式和各項(xiàng)工作指標(biāo)。

(８) 同一芯片既能進(jìn)行壓縮，也能進(jìn)行解壓縮。

２ ＺＲ３６０６０的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ＺＲ３６０６０的結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。

視頻接口部分是ＺＲ３６０６０和視頻編解碼器（Ｅｎｃｏｄｅｒ或Ｄｅｃｏｄｅｒ）的接口，通過(guò)這個(gè)接口，ＺＲ３６０６０輸出（同步主模式）或輸入（同步從模式）視頻同步信號(hào)：行同步信號(hào)ＨＳＹＮＣ、場(chǎng)同步信號(hào)ＶＳＹＮＣ和奇偶場(chǎng)指示信號(hào)ＦＩ等等。視頻接口還輸出或輸入ＹＵＶ ４：２：２的數(shù)字視頻信號(hào)。壓縮時(shí)，Ｙ[７：０]和ＵＶ[７：０]為數(shù)字視頻信號(hào)輸入口;解壓縮時(shí)Ｙ[７：０]和ＵＶ[７：０]為數(shù)字視頻信號(hào)輸出口（工作于１６ｂｉｔ視頻模式時(shí)，Ｙ[７：０]為亮度信號(hào)，ＵＶ[７：０]為色度信號(hào)；工作于８ｂｉｔ視頻模式時(shí)，Ｙ[７：０]為亮度／色度復(fù)用信號(hào)，ＵＶ[７：０]不用）。

代碼接口和主控器接口是ＺＲ３６０６０與外部存儲(chǔ)器和主控制器的接口。代碼接口是ＺＲ３６０６０輸出（壓縮時(shí)）和輸入（解壓縮時(shí)）ＪＰＥＧ碼流的接口。工作于代碼主模式時(shí)，ＺＲ３６０６０通過(guò)片選信號(hào)ＣＣＳ、讀寫(xiě)信號(hào)ＣＯＥ和ＣＷＥ以及代碼總線ＣＯＤＥ[７：０]對(duì)外部存儲(chǔ)器讀寫(xiě)壓縮數(shù)據(jù)；工作于代碼從模式時(shí)，不需要外部存儲(chǔ)器，主控制器通過(guò)主控接口對(duì)ＺＲ３６０６０的內(nèi)部ＦＩＦＯ直接讀寫(xiě)ＪＰＥＧ碼流。

主控制器在主控接口通過(guò)兩位地址ＡＤＤＲ[１：０]、片選信號(hào)ＣＳ、讀寫(xiě)信號(hào)ＲＤ和ＷＲ以及數(shù)據(jù)總線ＤＡＴＡ[７：０]直接對(duì)４個(gè)寄存器操作。這４個(gè)寄存器的結(jié)構(gòu)如表１和表２所示。０１ｂ單元的高２位（ＭＳＢ）和１０ｂ單元的低８位共１０位地址間接映射了ＺＲ３６０６０內(nèi)部的１Ｋ字節(jié)的寄存器。無(wú)論在代碼主模式還是在代碼從模式下，讀寫(xiě)ＺＲ３６０６０的內(nèi)部寄存器都必須先寫(xiě)入１０ｂｉｔ的地址，然后緊跟著一個(gè)對(duì)Ｈｏｓｔ Ｄａｔａ寄存器（即１１ｂ單元）的８ｂｉｔ的讀／寫(xiě)。主模式下，００ｂ單元不使用，ＺＲ３６０６０通過(guò)代碼接口對(duì)外部存儲(chǔ)器讀寫(xiě)ＪＰＥＧ碼流；從模式下，００ｂ單元作為內(nèi)部代碼ＦＩＦＯ，當(dāng)工作于８ｂｉｔ從模式時(shí)，ＤＡＴＡ[７：０]總線從００ｂ單元讀寫(xiě)壓縮數(shù)據(jù)；當(dāng)工作于１６ｂｉｔ從模式時(shí)，ＤＡＴＡ[７：０]和ＣＯＤＥ７：０共同從００ｂ單元讀寫(xiě)壓縮數(shù)據(jù)。ＡＣＫ是ＺＲ３６０６０和主控制器的握手信號(hào)，ＪＩＲＱ是ＺＲ３６０６０向主控制器發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)，ＣＢＵＳＹ用來(lái)指示Ｃｏｄｅ ＦＩＦＯ是否忙。主控制器通過(guò)主控接口對(duì)ＺＲ３６０６０的內(nèi)部１Ｋ字節(jié)的寄存器的讀寫(xiě)選定其工作模式和工作參數(shù)。

表1 代碼主模式下的ZR36060的地址空間

表2 代碼主模式下的ZR36060的地址空間

控制部分用于給出ＺＲ３６０６０工作順序的控制信號(hào)以及ＺＲ３６０６０發(fā)出的指示信號(hào)。包括：壓縮／解壓縮啟動(dòng)信號(hào)ＳＴＡＲＴ、復(fù)位信號(hào)ＲＥＳＥＴ、操作結(jié)束指示信號(hào)ＥＮＤ等等。

３ ＺＲ３６０６０的工作模式

ＺＲ３６０６０有多種工作模式，通過(guò)主控接口設(shè)置內(nèi)部寄存器可以選擇合適的工作模式，因此運(yùn)用十分靈活。

就主控制器接口來(lái)說(shuō)，有三種工作模式，如圖２所示。

８ｂｉｔ代碼寬度的代碼主模式：在該模式下，主控接口和代碼接口分開(kāi)，需要一個(gè)外部的ＦＩＦＯ。主控接口通過(guò)數(shù)據(jù)總線ＤＡＴＡ[７：０]負(fù)責(zé)對(duì)ＺＲ３６０６０內(nèi)部寄存器的讀寫(xiě)，而代碼接口通過(guò)代碼總線ＣＯＤＥ[７：０]負(fù)責(zé)從外部存儲(chǔ)器讀寫(xiě)壓縮數(shù)據(jù)。

８ｂｉｔ代碼寬度的代碼從模式：在該模式下，主控接口和代碼接口共用，主控制器的數(shù)據(jù)總線ＤＡＴＡ[７：０]通過(guò)讀寫(xiě)Ｈｏｓｔ Ｄａｔａ（１１ｂ單元）對(duì)ＺＲ３６０６０的內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置；它還從ＣＯＤＥ ＦＩＦＯ（００ｂ單元）讀寫(xiě)壓縮數(shù)據(jù)。

１６ｂｉｔ代碼寬度的代碼從模式：在該模式下，主控制器的數(shù)據(jù)總線ＤＡＴＡ[７：０]通過(guò)讀寫(xiě)Ｈｏｓｔ Ｄａｔａ（１１ｂ單元）對(duì)ＺＲ３６０６０的內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置和讀取；它還和代碼總線ＣＯＤＥ[７：０]一起從ＣＯＤＥ ＦＩＦＯ（００ｂ單元）讀寫(xiě)ＪＰＥＧ數(shù)據(jù)。

就視頻接口的同步來(lái)說(shuō)，ＺＲ３６０６０有２種工作模式。

同步主模式：在該模式下，ＺＲ３６０６０內(nèi)部產(chǎn)生所有的視頻定時(shí)信號(hào)。

同步從模式：在該模式下，ＺＲ３６０６０使自己同步于一個(gè)外部視頻源，采樣外加視頻信號(hào)的行同步信號(hào)ＨＳＹＮＣ、場(chǎng)同步信號(hào)ＶＳＹＮＣ和奇偶指示信號(hào)ＦＩ。

就視頻總線寬度來(lái)說(shuō)，ＺＲ３６０６０有２種工作模式。

８ｂｉｔ視頻總線模式：在該模式下，ＵＶ[７：０]不用,視頻亮度和色度信號(hào)都出現(xiàn)在Ｙ[７：０]上,按照ＣＣＩＲ６５６建議復(fù)用,其數(shù)據(jù)格式為(Ｕ＝Ｃｂ, Ｖ＝Ｃｒ)：

Ｕ０,Ｙ０,Ｖ０,Ｙ１,Ｕ２,Ｙ２,Ｖ２,Ｙ３．．．

１６ｂｉｔ視頻總線模式：在該模式下，Ｙ[７：０]為亮度信號(hào),ＵＶ[７：０]為色度信號(hào)

４ ＺＲ３６０６０在遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)中的應(yīng)用

使用ＺＲ３６０６０實(shí)現(xiàn)的一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)的遠(yuǎn)端（現(xiàn)場(chǎng)端）如圖３所示。

在這個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)的遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入模擬視頻信號(hào)的數(shù)字化和壓縮，并傳送到，近端ＰＣ機(jī)接收，用軟件解壓縮并在顯示器上恢復(fù)原圖像。

視頻解碼器接收攝像機(jī)輸出的復(fù)合模擬視頻信號(hào)，進(jìn)行亮色分離和Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換輸出４：２：２的ＹＣｂＣｒ數(shù)字視頻信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)（２７ＭＨｚ）、行同步信號(hào)、場(chǎng)同步信號(hào)及奇偶場(chǎng)指示信號(hào)，這些信號(hào)都輸入到ＺＲ３６０６０芯片。

單片機(jī)通過(guò)主控接口對(duì)ＺＲ３６０６０的內(nèi)部寄存器進(jìn)行工作方式設(shè)置（初始化）：對(duì)ＺＲ３６０６０的工作狀態(tài)設(shè)為視頻同步從模式、８ｂｉｔ代碼主模式，１６ｂｉｔ視頻總線寬度。ＺＲ３６０６０采樣視頻解碼器輸出的同步信號(hào)并與之同步，接收來(lái)自視頻解碼器的ＰＣＭ數(shù)字視頻信號(hào)，進(jìn)行壓縮，并將壓縮后的ＪＰＥＧ圖像寫(xiě)入ＳＲＡＭ中。

由于ＺＲ３６０６０外接的是ＳＲＡＭ，而不是ＦＩＦＯ，所以需要一個(gè)計(jì)數(shù)器作為地址發(fā)生器，ＺＲ３６０６０的ＣＷＥ信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，它同時(shí)還作為ＳＲＡＭ的寫(xiě)信號(hào)將ＣＯＤＥ[７：０]的壓縮數(shù)據(jù)寫(xiě)入到ＳＲＡＭ中去。

當(dāng)ＺＲ３６０６０壓縮完一幀后（存于ＳＲＡＭ中），單片機(jī)順序讀出，并發(fā)送到ＵＡＲＴ中，由Ｍｏｄｅｍ傳到近端。