基于ＩＭＥ６４００的ＭＰＥＧ－４視頻壓縮卡的設計

摘要：視頻信息在多媒體信息中占有重要地位，但是高精度實時視頻信息量巨大，必須進行壓縮。本文設計了一種基于MPEG-4硬件壓縮芯片IME6400的PCI視頻壓縮卡。該視頻壓縮卡采用TW9903對視頻信號進行A/D轉換，采用IME6400對視頻數據進行編碼壓縮，最后通過多媒體PCI橋芯片SAA7146將壓縮數據保存到本地硬盤或進行網絡傳輸。

關鍵詞：IME6400；MPEG-4；視頻壓縮

眾所周知，人類所獲取的信息有70%來自于視覺，視覺信息因為具有直觀性、形象性、確切性、高效率和應用廣泛等優點，在多媒體信息中占有重要地位。但是數字化了的未壓縮視頻信號的數據量之大是驚人的，如：

> 用于可視電話QCIF：176×144×3/2×8×30=9.1 Mbps

> 用于視頻會議CIF：352×288×3/2×8×30=36 Mbps

而用于傳輸通信的網絡帶寬是非常有限的：

> LAN：10～100 Mbps

>GPRS/CDMA：(9.06~13.4~15.6~21.4)kbps/(64~144~384) kbps

用于存儲信息的存儲媒質容量也是非常有限的：

> CD-ROM：650 MB

> U盤：512 MB

從以上列舉的例子可以看出，數字化信息的龐大數據量給存儲器的存儲容量、通信干線的信道傳輸率及計算機的速度都增加了極大的壓力。這個問題也是多媒體技術發展中的一個非常棘手的瓶頸問題，要解決這一問題，單純用擴大存儲器容量、增加通信干線的傳輸率的辦法是不現實的。數據壓縮技術是一個行之有效的方法，通過數據壓縮手段把信息數據量壓下來，以壓縮形式存儲和傳輸，既節約了存儲空間，又提高了通信干線的傳輸效率，同時也使計算機實時處理視、音頻信息，保證播放高質量的視、音頻節目成為可能。

MPEG-4壓縮算法較為先進，圖像壓縮比較高，圖像清晰度較好，網絡傳輸帶寬較小，能通過各種傳輸方式進行遠程視頻圖像傳輸。

本設計給出了一款利用硬件ASIC進行MPEG-4圖像編碼的PCI卡的實現方法，充分利用了PC平臺的優勢進行MPEG-4音視頻流的網絡傳輸、硬盤存儲及聲音和畫面預覽等功能，使MPEG-4視頻壓縮技術達到實用化水平。

一、IME6400簡介

IME6400是由韓國INTIME公司生產的MPEG-4多媒體編碼芯片。此多媒體芯片也同時支持MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4三種格式。IME6400是一片采用240腳PQFP封裝的多通道數字音、視頻編碼系統級芯片，該芯片可以支持MPEG-4/2/1視頻壓縮編碼標準，同時支持I，P和B幀壓縮，有四種輸出模式可供選擇。

1.SDRAM接口的主要引腳功能

DD[31:0]：SDRAM數據總線；

DA[14:0]：SDRAM地址總線，其中DA[14:13]和SDRAM的BANK[1:0]連接；

DNWE：SDRAM的寫使能信號端，低有效；

DNCS：SDRAM的片選信號，低有效；

DQM：SDRAM數據的輸入／輸出mask使能；

NRAS：SDRAM行地址選通端，低有效；

NCAS：SDRAM列地址選通端，低有效；

CKE：時鐘使能信號端，高有效；

CKO：外部的SDRAM時鐘輸出端，從SDRAM讀寫數據時應從它的上升沿采樣。

2.HOST接口引腳功能

BW：外部HOST接口總線寬度設定端，接低時HOST接口適應16 bits，接高時HOST接口適應8 bits寬度；

HD[15:0]：外部HOST接口數據總線；

HA[4:0]：外部HOST接口地址總線；

NCS：IME6400的片選信號端，低有效；

ADS\\ NRD\\ NWR\\ FRD：外部HOST地址選通信號，低有效；

NFULL：Bit流FIFO狀態信號端，當FIFO是Half-full或Full時，此引腳輸出高電平；

READY：當接口模式是同步模式時，此引腳可用來指示數據準備狀態。

二、系統總體設計

基于IME6400的MPEG-4視頻壓縮卡實現了4路音頻和視頻的采集、視頻預覽、MPEG-4壓縮、硬盤的本地存儲、網絡傳輸等功能。壓縮后的MPEG-4數據通過PCI接口完成本地硬盤存儲和網絡傳輸。

1. 系統組成框圖

該MPEG-4編碼卡的硬件設計見圖1所示。該圖表示了各芯片之間的連接關系，下面對主要芯片在本設計中的功能進行說明。

2.主要芯片說明

(1)視頻信號采樣芯片TW9903。

TW9903主要用于四路視頻信號的采集。它是一個高品質的NTSC/PAL/SECAM制式視頻解碼器，它是專為多媒體應用而設計。TW9903模擬前端配備了三個獨立的模擬通道，使它能接受兩種可能的模擬視頻信號標準：composite or S-video。

(2)音頻信號采樣芯片IDT821024。

Idt821024用于四路音頻信號的采集。它是一個四通道的PCM多媒體數字信號編解碼器，提供了模擬到數字和數字模擬轉換和支持。

（3）可編程門陣列CPLD。

CPLD是可編程邏輯陣列，內部邏輯電路根據需要自行編程。IME6400的Host接口為地址和數據分開的非復用總線控制方式，SAA7146的DEBI接口為數據和地址復用的總線控制方式。這里通過DEBI的ALE信號來分離復用總線上的地址和數據總線，利用ALE的邊沿觸發信號將地址鎖存到地址寄存器當中。

（4）多媒體PCI橋接芯片SAA7146。

SAA7146是PHILIPS公司的多媒體PCI橋接芯片，芯片上直接提供了豐富的音視頻接口，有5個I2S接口、2個D1接口、1個DEBI地址數據復用接口、I2C控制接口及通用I/O接口等。本設計中該芯片主要完成預覽視頻流的DMA傳輸和裁剪、壓縮音視頻流的DMA傳輸，以及利用其I2C接口和DEBI接口對其他芯片進行控制。

上面主要介紹了各個關鍵芯片的功能，在系統實際工作時芯片的初始化具有的一定的順序，否則會出現系統工作不正常，這是實際調試的結果。

三、系統軟件設計

1. 系統整體軟件組成

系統軟件主要分為系統驅動、SDK開發包和應用程序三個部分。其中系統驅動為針對windows2000及windows xp系統的WDM驅動，SDK包提供給用戶做二次開發，應用程序則包括了各種參數配置、圖像壓縮、預覽和存儲等功能。

2. IME6400的配置

ME6400的firmware是可以被其內部RISC CPU運行的一小段代碼，工作時放置于IME6400內部SRAM中。主控端的嵌入式處理器必須及時將編碼數據從IME6400的FIFO中讀出，否則IME6400為了防止可能的緩存溢出將會暫停編碼。按照H1接口工作模式，本設計采用后一種模式。異步／單步模式的工作流程如圖2所示。

本文介紹了一種采用TW9903，IME6400、SAA7146、AQ424等芯片設計的基于PCI總線傳輸的MPEG-4視頻壓縮卡，該視頻壓縮卡性能較好，壓縮效率高，應用靈活，具有良好的通用性和可靠性，可用于視頻監控和工業控制等場合。

參考文獻：

[1]Iain E.G.Richardson.H.264 and MPEG-4 Video Compression-Video Coding for Next-generation Multimedia[M]. 長沙：國防科技大學出版社，2004.

[2]閆紅剛，戚文芽.MPEG音視頻編碼芯片IME6400及其應用[J].國外電子器件，2004（8）.

作者簡介：宋黎黎（1982.2-），女，湖南寧鄉人，湖南省長沙市寧鄉師范學校教師，湖南大學碩士研究生；主要從事軟件工程、Web信息處理等方面的研究。

（長沙市信息職業技術學校）