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摘要：视频信息在多媒体信息中占有重要地位，但是高精度实时视频信息量巨大，必须进行压缩。本文设计了一种基于MPEG-4硬件压缩芯片IME6400的PCI视频压缩卡。该视频压缩卡采用TW9903对视频信号进行A/D转换，采用IME6400对视频数据进行编码压缩，最后通过多媒体PCI桥芯片SAA7146将压缩数据保存到本地硬盘或进行网络传输。
关键词：IME6400；MPEG-4；视频压缩
众所周知，人类所获取的信息有70%来自于视觉，视觉信息因为具有直观性、形象性、确切性、高效率和应用广泛等优点，在多媒体信息中占有重要地位。但是数字化了的未压缩视频信号的数据量之大是惊人的，如：
> 用于可视电话QCIF：176×144×3/2×8×30=9.1 Mbps
> 用于视频会议CIF：352×288×3/2×8×30=36 Mbps
而用于传输通信的网络带宽是非常有限的：
> LAN：10～100 Mbps
>GPRS/CDMA：(9.06~13.4~15.6~21.4)kbps/(64~144~384) kbps
用于存储信息的存储媒质容量也是非常有限的：
> CD-ROM：650 MB
> U盘：512 MB
从以上列举的例子可以看出，数字化信息的庞大数据量给存储器的存储容量、通信干线的信道传输率及计算机的速度都增加了极大的压力。这个问题也是多媒体技术发展中的一个非常棘手的瓶颈问题，要解决这一问题，单纯用扩大存储器容量、增加通信干线的传输率的办法是不现实的。数据压缩技术是一个行之有效的方法，通过数据压缩手段把信息数据量压下来，以压缩形式存储和传输，既节约了存储空间，又提高了通信干线的传输效率，同时也使计算机实时处理视、音频信息，保证播放高质量的视、音频节目成为可能。
MPEG-4压缩算法较为先进，图像压缩比较高，图像清晰度较好，网络传输带宽较小，能通过各种传输方式进行远程视频图像传输。
本设计给出了一款利用硬件ASIC进行MPEG-4图像编码的PCI卡的实现方法，充分利用了PC平台的优势进行MPEG-4音视频流的网络传输、硬盘存储及声音和画面预览等功能，使MPEG-4视频压缩技术达到实用化水平。
一、IME6400简介
IME6400是由韩国INTIME公司生产的MPEG-4多媒体编码芯片。此多媒体芯片也同时支持MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4三种格式。IME6400是一片采用240脚PQFP封装的多通道数字音、视频编码系统级芯片，该芯片可以支持MPEG-4/2/1视频压缩编码标准，同时支持I，P和B帧压缩，有四种输出模式可供选择。
1.SDRAM接口的主要引脚功能
DD[31:0]：SDRAM数据总线；
DA[14:0]：SDRAM地址总线，其中DA[14:13]和SDRAM的BANK[1:0]连接；
DNWE：SDRAM的写使能信号端，低有效；
DNCS：SDRAM的片选信号，低有效；
DQM：SDRAM数据的输入／输出mask使能；
NRAS：SDRAM行地址选通端，低有效；
NCAS：SDRAM列地址选通端，低有效；
CKE：时钟使能信号端，高有效；
CKO：外部的SDRAM时钟输出端，从SDRAM读写数据时应从它的上升沿采样。
2.HOST接口引脚功能
BW：外部HOST接口总线宽度设定端，接低时HOST接口适应16 bits，接高时HOST接口适应8 bits宽度；
HD[15:0]：外部HOST接口数据总线；
HA[4:0]：外部HOST接口地址总线；
NCS：IME6400的片选信号端，低有效；
ADS\ NRD\ NWR\ FRD：外部HOST地址选通信号，低有效；
NFULL：Bit流FIFO状态信号端，当FIFO是Half-full或Full时，此引脚输出高电平；
READY：当接口模式是同步模式时，此引脚可用来指示数据准备状态。
二、系统总体设计
基于IME6400的MPEG-4视频压缩卡实现了4路音频和视频的采集、视频预览、MPEG-4压缩、硬盘的本地存储、网络传输等功能。压缩后的MPEG-4数据通过PCI接口完成本地硬盘存储和网络传输。
1. 系统组成框图
该MPEG-4编码卡的硬件设计见图1所示。该图表示了各芯片之间的连接关系，下面对主要芯片在本设计中的功能进行说明。
2.主要芯片说明
(1)视频信号采样芯片TW9903。
TW9903主要用于四路视频信号的采集。它是一个高品质的NTSC/PAL/SECAM制式视频解码器，它是专为多媒体应用而设计。TW9903模拟前端配备了三个独立的模拟通道，使它能接受两种可能的模拟视频信号标准：composite or S-video。
(2)音频信号采样芯片IDT821024。
Idt821024用于四路音频信号的采集。它是一个四通道的PCM多媒体数字信号编解码器，提供了模拟到数字和数字模拟转换和支持。
（3）可编程门阵列CPLD。
CPLD是可编程逻辑阵列，内部逻辑电路根据需要自行编程。IME6400的Host接口为地址和数据分开的非复用总线控制方式，SAA7146的DEBI接口为数据和地址复用的总线控制方式。这里通过DEBI的ALE信号来分离复用总线上的地址和数据总线，利用ALE的边沿触发信号将地址锁存到地址寄存器当中。
（4）多媒体PCI桥接芯片SAA7146。
SAA7146是PHILIPS公司的多媒体PCI桥接芯片，芯片上直接提供了丰富的音视频接口，有5个I2S接口、2个D1接口、1个DEBI地址数据复用接口、I2C控制接口及通用I/O接口等。本设计中该芯片主要完成预览视频流的DMA传输和裁剪、压缩音视频流的DMA传输，以及利用其I2C接口和DEBI接口对其他芯片进行控制。
上面主要介绍了各个关键芯片的功能，在系统实际工作时芯片的初始化具有的一定的顺序，否则会出现系统工作不正常，这是实际调试的结果。
三、系统软件设计
1. 系统整体软件组成
系统软件主要分为系统驱动、SDK开发包和应用程序三个部分。其中系统驱动为针对windows2000及windows xp系统的WDM驱动，SDK包提供给用户做二次开发，应用程序则包括了各种参数配置、图像压缩、预览和存储等功能。
2. IME6400的配置
ME6400的firmware是可以被其内部RISC CPU运行的一小段代码，工作时放置于IME6400内部SRAM中。主控端的嵌入式处理器必须及时将编码数据从IME6400的FIFO中读出，否则IME6400为了防止可能的缓存溢出将会暂停编码。按照H1接口工作模式，本设计采用后一种模式。异步／单步模式的工作流程如图2所示。
本文介绍了一种采用TW9903，IME6400、SAA7146、AQ424等芯片设计的基于PCI总线传输的MPEG-4视频压缩卡，该视频压缩卡性能较好，压缩效率高，应用灵活，具有良好的通用性和可靠性，可用于视频监控和工业控制等场合。
参考文献：
[1]Iain E.G.Richardson.H.264 and MPEG-4 Video Compression-Video Coding for Next-generation Multimedia[M]. 长沙：国防科技大学出版社，2004.
[2]闫红刚，戚文芽.MPEG音视频编码芯片IME6400及其应用[J].国外电子器件，2004（8）.
作者简介：宋黎黎（1982.2-），女，湖南宁乡人，湖南省长沙市宁乡师范学校教师，湖南大学硕士研究生；主要从事软件工程、Web信息处理等方面的研究。
（长沙市信息职业技术学校）
关键词：IME6400；MPEG-4；视频压缩
众所周知，人类所获取的信息有70%来自于视觉，视觉信息因为具有直观性、形象性、确切性、高效率和应用广泛等优点，在多媒体信息中占有重要地位。但是数字化了的未压缩视频信号的数据量之大是惊人的，如：
> 用于可视电话QCIF：176×144×3/2×8×30=9.1 Mbps
> 用于视频会议CIF：352×288×3/2×8×30=36 Mbps
而用于传输通信的网络带宽是非常有限的：
> LAN：10～100 Mbps
>GPRS/CDMA：(9.06~13.4~15.6~21.4)kbps/(64~144~384) kbps
用于存储信息的存储媒质容量也是非常有限的：
> CD-ROM：650 MB
> U盘：512 MB
从以上列举的例子可以看出，数字化信息的庞大数据量给存储器的存储容量、通信干线的信道传输率及计算机的速度都增加了极大的压力。这个问题也是多媒体技术发展中的一个非常棘手的瓶颈问题，要解决这一问题，单纯用扩大存储器容量、增加通信干线的传输率的办法是不现实的。数据压缩技术是一个行之有效的方法，通过数据压缩手段把信息数据量压下来，以压缩形式存储和传输，既节约了存储空间，又提高了通信干线的传输效率，同时也使计算机实时处理视、音频信息，保证播放高质量的视、音频节目成为可能。
MPEG-4压缩算法较为先进，图像压缩比较高，图像清晰度较好，网络传输带宽较小，能通过各种传输方式进行远程视频图像传输。
本设计给出了一款利用硬件ASIC进行MPEG-4图像编码的PCI卡的实现方法，充分利用了PC平台的优势进行MPEG-4音视频流的网络传输、硬盘存储及声音和画面预览等功能，使MPEG-4视频压缩技术达到实用化水平。
一、IME6400简介
IME6400是由韩国INTIME公司生产的MPEG-4多媒体编码芯片。此多媒体芯片也同时支持MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4三种格式。IME6400是一片采用240脚PQFP封装的多通道数字音、视频编码系统级芯片，该芯片可以支持MPEG-4/2/1视频压缩编码标准，同时支持I，P和B帧压缩，有四种输出模式可供选择。
1.SDRAM接口的主要引脚功能
DD[31:0]：SDRAM数据总线；
DA[14:0]：SDRAM地址总线，其中DA[14:13]和SDRAM的BANK[1:0]连接；
DNWE：SDRAM的写使能信号端，低有效；
DNCS：SDRAM的片选信号，低有效；
DQM：SDRAM数据的输入／输出mask使能；
NRAS：SDRAM行地址选通端，低有效；
NCAS：SDRAM列地址选通端，低有效；
CKE：时钟使能信号端，高有效；
CKO：外部的SDRAM时钟输出端，从SDRAM读写数据时应从它的上升沿采样。
2.HOST接口引脚功能
BW：外部HOST接口总线宽度设定端，接低时HOST接口适应16 bits，接高时HOST接口适应8 bits宽度；
HD[15:0]：外部HOST接口数据总线；
HA[4:0]：外部HOST接口地址总线；
NCS：IME6400的片选信号端，低有效；
ADS\ NRD\ NWR\ FRD：外部HOST地址选通信号，低有效；
NFULL：Bit流FIFO状态信号端，当FIFO是Half-full或Full时，此引脚输出高电平；
READY：当接口模式是同步模式时，此引脚可用来指示数据准备状态。
二、系统总体设计
基于IME6400的MPEG-4视频压缩卡实现了4路音频和视频的采集、视频预览、MPEG-4压缩、硬盘的本地存储、网络传输等功能。压缩后的MPEG-4数据通过PCI接口完成本地硬盘存储和网络传输。
1. 系统组成框图
该MPEG-4编码卡的硬件设计见图1所示。该图表示了各芯片之间的连接关系，下面对主要芯片在本设计中的功能进行说明。
2.主要芯片说明
(1)视频信号采样芯片TW9903。
TW9903主要用于四路视频信号的采集。它是一个高品质的NTSC/PAL/SECAM制式视频解码器，它是专为多媒体应用而设计。TW9903模拟前端配备了三个独立的模拟通道，使它能接受两种可能的模拟视频信号标准：composite or S-video。
(2)音频信号采样芯片IDT821024。
Idt821024用于四路音频信号的采集。它是一个四通道的PCM多媒体数字信号编解码器，提供了模拟到数字和数字模拟转换和支持。
（3）可编程门阵列CPLD。
CPLD是可编程逻辑阵列，内部逻辑电路根据需要自行编程。IME6400的Host接口为地址和数据分开的非复用总线控制方式，SAA7146的DEBI接口为数据和地址复用的总线控制方式。这里通过DEBI的ALE信号来分离复用总线上的地址和数据总线，利用ALE的边沿触发信号将地址锁存到地址寄存器当中。
（4）多媒体PCI桥接芯片SAA7146。
SAA7146是PHILIPS公司的多媒体PCI桥接芯片，芯片上直接提供了丰富的音视频接口，有5个I2S接口、2个D1接口、1个DEBI地址数据复用接口、I2C控制接口及通用I/O接口等。本设计中该芯片主要完成预览视频流的DMA传输和裁剪、压缩音视频流的DMA传输，以及利用其I2C接口和DEBI接口对其他芯片进行控制。
上面主要介绍了各个关键芯片的功能，在系统实际工作时芯片的初始化具有的一定的顺序，否则会出现系统工作不正常，这是实际调试的结果。
三、系统软件设计
1. 系统整体软件组成
系统软件主要分为系统驱动、SDK开发包和应用程序三个部分。其中系统驱动为针对windows2000及windows xp系统的WDM驱动，SDK包提供给用户做二次开发，应用程序则包括了各种参数配置、图像压缩、预览和存储等功能。
2. IME6400的配置
ME6400的firmware是可以被其内部RISC CPU运行的一小段代码，工作时放置于IME6400内部SRAM中。主控端的嵌入式处理器必须及时将编码数据从IME6400的FIFO中读出，否则IME6400为了防止可能的缓存溢出将会暂停编码。按照H1接口工作模式，本设计采用后一种模式。异步／单步模式的工作流程如图2所示。
本文介绍了一种采用TW9903，IME6400、SAA7146、AQ424等芯片设计的基于PCI总线传输的MPEG-4视频压缩卡，该视频压缩卡性能较好，压缩效率高，应用灵活，具有良好的通用性和可靠性，可用于视频监控和工业控制等场合。
参考文献：
[1]Iain E.G.Richardson.H.264 and MPEG-4 Video Compression-Video Coding for Next-generation Multimedia[M]. 长沙：国防科技大学出版社，2004.
[2]闫红刚，戚文芽.MPEG音视频编码芯片IME6400及其应用[J].国外电子器件，2004（8）.
作者简介：宋黎黎（1982.2-），女，湖南宁乡人，湖南省长沙市宁乡师范学校教师，湖南大学硕士研究生；主要从事软件工程、Web信息处理等方面的研究。
（长沙市信息职业技术学校）