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基于AT91M40800的音頻視頻處理系統(tǒng)設計

時間:2023-02-20 23:39:03 電子通信論文 我要投稿
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基于AT91M40800的音頻視頻處理系統(tǒng)設計

摘要:簡要介紹Atmel公司基于ARM7TDMI內核的AT91M40800芯片,并由此介紹一種基于AT91M40800的嵌入式音頻視頻處理系統(tǒng)的設計。該系統(tǒng)可為樓宇可視對講、遠程實時監(jiān)控等系統(tǒng)提供良好的解決方案。

    關鍵詞:AT91M40800 音頻視頻處理 嵌入式系統(tǒng) 編解碼

引言

圖像(音頻、視頻)采集和處理是現(xiàn)代樓宇自動化、可視對講、電視會議以及遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)等應用中的核心技術,F(xiàn)在市面上的可視對講和安防監(jiān)控產(chǎn)品主要是模擬通道的,且采用同軸電費傳輸。由于模擬信號的抗擾弱等問題,傳輸?shù)木嚯x有限并且效果不甚理想。將傳統(tǒng)的圖像模擬化處理改成數(shù)字化處理和傳輸,可以極大地提高圖像質量與監(jiān)控效率,并且使得整個系統(tǒng)易于維護。

隨著嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展,甚至ARM或DSP的嵌入式音/視頻處理系統(tǒng)正逐步取代傳統(tǒng)的圖像處理系統(tǒng),呈現(xiàn)強勁的發(fā)展趨勢。

1 芯片簡介

1.1 芯片基本組成及內部結構(范文先生網(wǎng)www.htc668.com收集整理)

AT91M40800是Atmel公司推出的AT91 16/32位微控制器系列中具有很高性價比的一款芯片。它基于ARM7TDMI內核,內含高性能的32位RISC處理器、16位高集成度指令集、8KB片上SRAM、可編程外部總線接口(EBI)、3通道16位計數(shù)器/定時器、32個可編程I/O口、中斷控制器、2個USART(其中每個各帶2個專用外部數(shù)據(jù)控制器)、可編程看門狗定時器、主時鐘電路和DRAM時序控制電路,并配有高級節(jié)能電路;同時,可支持JTAG調試,主頻可達到40MHz。

AT91M40800內部結構模塊如圖1所示。

1.2 芯片的總體特性

AT91M40800的ARM7TDMI內核集成了嵌入式ICE接口,片內含兩大類總線:系統(tǒng)總線和外圍總線。系統(tǒng)總線連接ARM7TDMI內核與片內存儲器、外圍總線接口以及AMBA橋電路;而外圍總線由AMBA橋電路來驅動。通過可編程外部總線接口,可與片外存儲器(如Flash、ROM等)直接連接進行數(shù)據(jù)交換。具有八級優(yōu)先級別的矢量中斷控制器可通過連接外圍數(shù)據(jù)控制器顯著提高音頻、視頻采集的實時性。

2 系統(tǒng)組成及原理

2.1 系統(tǒng)組成結構及芯片選擇

本系統(tǒng)主要由以下幾大部分組成。

(1)視頻A/D轉換部分

完成從普通CCD攝像頭采集到的模擬視頻信號到數(shù)字視頻信號的轉換,主要采用Philips公司的SAA7113芯片。SAA7113是功能強大的可編程視頻輸入處理芯片,可以同時接入4路視頻信號,使用I2C總線技術。

(2)音頻編解碼部分

主要實現(xiàn)從麥克風進入的音頻信號的編解碼,采用Philips公司的UDA1344。它將A/D和D/A轉換功能集于一身,可以對麥克風輸入的模擬聲音信號進行A/D轉換,形成串行數(shù)字音頻流。

(3)音頻視頻磁場強度處理部分

將輸入的復合音頻、視頻流進行壓縮處理,核心芯片選用臺灣華邦電子的W99200F。該芯片具有強大的內部功能,且有多種工作模式可供選擇可供選擇,可與音頻編解碼及視頻解碼芯片實現(xiàn)無縫連接。

(4)邏輯門控制部分

運用FPGA進行邏輯與時序控制,采用Xilinx公司SPARTAN-IIE系列的XC2S50E邏輯控制芯片。片內集成了多種系統(tǒng)功能,如數(shù)字延遲鎖相環(huán)(DLL)、FIFO存儲器、變換器以及總線接口(PCI)等,可并行實現(xiàn)多種算法。

(5)嵌入式數(shù)據(jù)處理部分

以AT91M40800為嵌入式核心芯片,主要進行系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理。

(6)網(wǎng)絡連接部分

通過以太網(wǎng)控制芯片,將音頻視頻流以UDP包的形式送入網(wǎng)絡進行傳輸。采用Realtek公司生產(chǎn)的RTL8019AS作為主控制芯片。該芯片符合Ethernet II與IEEE802.3標準,采用全雙工方式,有8個中斷申請線以及16個I/O基地址可供選擇。

2.2系統(tǒng)原理框圖及工作原理


    本系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

將CCD攝像頭采集到的視頻模擬信號送入A/D轉換芯片進行視頻解碼。SAA7113芯片將輸入的PAL、NISC等不同制式的模擬復位信號解碼成亮度、色度信號,輸出標準的數(shù)字視頻YUV4:2:2格式,并產(chǎn)生場同步參考信號VREF、行同步參考信號HREF。同時,音頻編解碼芯片UDA1344將麥克風輸入的模擬聲音信號解碼,形成的串行數(shù)字音頻流與輸出的數(shù)字視頻流復合,送入芯片W99200F進行M-PEG格式的圖像壓縮。該芯片具有視頻預處理、圖像裁剪、運動估計單元、運動圖像補償、量化表、可變長度編碼(產(chǎn)生位流到SDRAM)等強大內部功能,負責將接收到的數(shù)據(jù)流進行壓縮并同步音頻、視頻信號。壓縮處理輸出的音、視頻流,通過外部緩存FIFO直接輸入AT91M40800進行整體系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理。嵌入式系統(tǒng)初始化后,采用中斷請求方式來完成數(shù)據(jù)的采集和程序的存取,同時通過I2C總線初始化A/D轉換芯片和控制其工作狀態(tài)及工作方式。

其間,各部件的邏輯和時序控制是由FPGA來完成的,它控制中斷請求以及某些片選信號。XC2S50E內含邏輯運算、數(shù)字量監(jiān)測和接口控制單元等內部資源,在與圖像壓縮芯片的接口控制中,主要完成地址發(fā)生、握手邏輯、時序控制等功能。當檢測到SAA7113芯片輸出的奇偶同步標志信號RTS0為高電平時,將此作為采集數(shù)據(jù)過程的時序起點,輸出采樣使能信號與地址選通信號;而收到像素延時結束信號,又生成相應的寫地址和寫信號。XC2S50E初始化時,置DONE為低電平,在存儲器清零時又置INIT為低,以此復位PROGRAM,將數(shù)據(jù)流輸入。

當收到嵌入式CPU采集數(shù)據(jù)的有效信號后,它控制A/D芯片采樣過程的動作;當完成了一幀數(shù)據(jù)的采集壓縮后,F(xiàn)PGA又向AT91M40800發(fā)出中斷請求信號并等待響應。系統(tǒng)數(shù)據(jù)經(jīng)嵌入式處理器完成處理后,送入以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS,并最終以UDP包的形式傳送至網(wǎng)絡。如果網(wǎng)絡另一端裝備有終端機,則收到由網(wǎng)絡傳輸過來的數(shù)據(jù)后,可對音、視頻進行解碼,并對視頻數(shù)據(jù)進行回顯,對音頻數(shù)據(jù)進行播放。通過同樣的一個逆據(jù)進行回顯,對音頻數(shù)據(jù)進行播放。通過同樣的一個逆過程,亦可實現(xiàn)可視對講的功能。

3 結論與展望

基于AT91M40800芯片的嵌入式音視頻處理系統(tǒng),能保證音、視頻的質量和數(shù)據(jù)處理的實時性,具有很好的可靠性和靈活性。雖然在網(wǎng)絡實時傳輸和系統(tǒng)軟件編程上還面臨一些挑戰(zhàn),但是隨著嵌入式系統(tǒng)和圖像處理技術的不斷發(fā)展,這些都不會成為該系統(tǒng)推廣應用的障礙。將其應用在可視對講、遠程監(jiān)控、可視IP電話等領域,將會具有廣闊的發(fā)展前景和應用市場。


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