專利名稱：嵌入式數字視頻移動存儲控制器及視頻監控存儲系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于數字視頻技術領域，具體說是包括模擬視頻信號數字化實時壓縮處理及其存儲技術，特別是采用嵌入式USB接口技術實現視頻信號的移動存儲。
背景技術：
隨著高速數字技術及視頻壓縮編碼技術的發展，數字視頻的應用越來越廣，但數 字視頻的應用面臨以下難題一是如何有效解決模擬視頻與數字視頻的相互轉換，因為隨著信息技術的發展，數字視頻正在成為市場主流，但目前許多視頻信源仍是模擬信號，特別是以前存儲的視頻資料皆是模擬信號，現在廣播電視接收的也是模擬信號，而且普通電視具有輸出模擬視頻信號的功能；二是視頻圖像信息數據量非常大，實時視頻信號的傳輸、存儲面臨了諸多技術難題，而通過采用擴大存儲器容量和增加通信線路傳輸帶寬的辦法來解決是不現實的。此外人們常常需要將自己感興趣或者重要的電視節目進行錄制，以便為以后使用和觀看提供方便，而計算機正在日益普及，如果能將過去的模擬視頻資料數字化并進行壓縮存儲將會對資料的保存非常有利。三是在視頻監控應用中，若視頻監控器能將視頻監控信息直接存儲于U盤，則可省去布線安裝，這便于根據需要靈活設置監控位置。基于以上原因如果能將模擬視頻信號進行數字化壓縮編碼處理，并且很方便的在脫離計算機的任意場合存儲于體積小巧、價格便宜的移動U盤上，這對于視頻資料的收集和保存具有重要意義。
發明內容
本發明的目的就在于提供一種結構簡單、工作可靠的嵌入式數字視頻移動存儲控制器，該控制器能夠隨時將視頻信號存儲到移動U盤上。另外，本發明還基于上述控制器，提供了一種外接C⑶攝像頭的視頻監控存儲系統。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案，包括
模擬視頻解碼與A/D轉換模塊，它包括模擬視頻解碼電路和模數轉換電路，其中模擬視頻解碼電路接收模擬視頻信號，將模擬視頻信號解碼為標準視頻分量信號，并經A/D轉換為數字視頻信號；
數字視頻壓縮模塊，它將接收到的數字視頻信號進行壓縮，并按照MPEG-1/MPEG-2標準編碼為節目視頻數據流PS，節目視頻數據流被送到數據緩存模塊中進行緩存；
控制器，其與USB主控制器通訊連接；所述的控制器向USB主控制器發出存儲請求命令，待控制器接收到USB主控制器的應答信息后，將數據緩存模塊中的節目視頻數據流存A U盤中；
USB主控制器，其與控制器通訊連接；所述的USB主控制器接收存儲請求命令，檢查是否有U盤插入，若有U盤插入，則USB主控制器讀取U盤文件信息以判斷是否有足夠存儲空間；若U盤有足夠的空間，則返回應答信息至控制器。
所述的控制器在其接口電路上連接有觸發按鍵，觸發按鍵控制U盤存儲動作的開始和結束。所述的控制器中設置存儲節目時長和自動存儲節目程序，自動存儲節目程序根據存儲節目時長自動完成節目的存儲。一種利用上述控制器而制成的視頻存儲系統，它包括嵌入式數字視頻移動存儲控制器，其輸入端接收來自于視頻信號源的模擬視頻信號，并在嵌入式數字視頻移動存儲控制器的USB接口電路上連接U盤。所述的視頻信號源為CXD攝像頭或TV視頻輸出信號。采用上述技術方案的本發明，能夠按照用戶操作要求啟動視頻信號處理電路對輸入模擬視頻信號進行解碼、A/D轉換和壓縮編碼處理，控制器同時通過USB接口將壓縮后的節目視頻數據流實時的以MPEG格式存入U盤。本發明的核心是融高速數字視頻處理技術 和嵌入式USB存儲技術于一體，實現對視頻信號的采集存儲。本系統克服了以往視頻存儲需要借助計算機才能實現的不便，將高速嵌入式系統引入視頻采集設備，利用USB主機技術和USB接口即插即用、存取快速的特點，能夠在進行視頻壓縮編碼處理的同時直接在U盤上實時存儲，實現了視頻的移動存儲功能，使用既方便又可靠，擴大了視頻處理的應用領域和范圍。另外本系統也可以直接與計算機連接作為視頻采集設備，將數字化視頻流傳輸給計算機進行顯示或存儲。本發明將數字視頻壓縮技術和大容量移動U盤存儲相結合，可以應用于不同場合，通過連接攝像頭可以實現對特定場所進行視頻監控存儲，應用本發明可以做成小型移動監控裝置放置于室內桌面、家具頂部進行室內視頻監控存儲，既方便又節能；另一方面通過連接電視機的視頻輸出可以進行視頻的數字化存儲，非常便于視頻節目保存。
圖I是本發明的嵌入式數字視頻移動存儲控制器電路原理框圖。
圖2是視頻"[目號處理流程圖。圖3是王程序流程圖。圖4嵌入式數字視頻移動存儲控制器電路。圖5是本發明應用實例I一移動式視頻監控存儲系統。圖6是本發明應用實例2—視頻數字化存儲系統。
具體實施例方式實施例I
如圖I所示，本發明包括模擬視頻解碼與A/D轉換模塊、數字視頻壓縮模塊、數據緩存模塊、控制器、USB主控制器等部分。整個系統的工作還包括軟件部分，主要有系統主程序、嵌入式USB主機協議軟件、Mass Storage類協議軟件及FAT文件系統軟件等。模擬視頻解碼與A/D轉換模塊，它包括模擬視頻解碼電路和模數轉換電路，其中模擬視頻解碼電路的工作參數由控制器進行配置，它接收模擬視頻信號，將模擬視頻信號解碼為與ITU601標準兼容的標準視頻信號，并經A/D轉換為數字視頻信號。數字視頻壓縮模塊，它包括幀內預測/運動估計、DCT變換和熵編碼等功能單元，數字視頻壓縮模塊的工作參數由控制器進行配置，它將接收到的數字視頻信號進行壓縮，并按照MPEG-1/MPEG-2標準編碼為節目視頻數據流(PS)，PS流被送到數據緩存模塊中進行緩存。控制器，以高速單片機為核心設計，其作用是對各模塊電路進行參數設置和實時控制，同時與USB主控制器通訊連接以完成移動存儲。上述的控制器向USB主控制器發出存儲請求命令，待控制器接收到USB主控制器的應答信息 后，將數據緩存模塊中的節目視頻數據流存入U盤中。USB主控制器，它包括USB主機/設備控制器和收發器等部分，本發明就是通過控制器對該接口的通信實現對U盤的視頻存儲，其存儲的開始和結束受控制器控制。上述的USB主控制器接收存儲請求命令，檢查是否有U盤插入，若有U盤插入，則USB主控制器讀取U盤文件信息以判斷是否有足夠存儲空間；SU盤有足夠的空間，則返回應答信息至控制器。如圖2所示，數字視頻存儲控制器的工作原理為當系統加電并檢測到存儲命令后，主程序運行，控制器首先按照要求對各部分電路進行初始化配置，包括A/D模塊、壓縮編碼模塊和USB接口的初始化，之后系統進入壓縮編碼和存儲階段。其工作過程是模擬復合視頻信號CVBS輸入至視頻解碼及A/D轉換模塊，該模塊首先將模擬視頻信號進行解碼為亮度Y和色差分量信號Cb、(；，然后經A/D轉換器處理輸出數字視頻信號送給視頻壓縮編碼模塊；視頻壓縮模塊將輸入的數字視頻信號按照MPEG-1/MPEG-2視頻標準進行壓縮編碼處理并輸出相應的PS流，在控制器的讀寫信號控制下PS流輸入DRAM進行暫存。控制器執行FAT文件系統軟件在U盤上創建文件，并以批量傳輸協議(bulk-only)將數據存儲至U盤上，直至檢測到結束命令。工作中控制器要對各部分電路進行同步控制，同時也可以對編碼輸出的視頻信號進行亮度、飽和度以及對比度的調節；另外在U盤存儲過程中，存儲的開始和結束由觸發按鍵控制，也可以根據需要設置存儲的時長，時間到后自動完成視頻存儲。本系統實現的任務是采用嵌入式USB主機系統將視頻數據存儲于U盤，基于系統性能限制和節省資源目的，系統設計為只支持Mass Storage設備類，這樣系統工作時通過調度存儲任務程序，就可以實現視頻數據存儲。如圖3所示，系統主程序的流程是系統首先對各功能模塊進行初始化配置，接著啟動A/D和數據壓縮，并將形成的PS流數據送DRAM ;之后檢測U盤是否插入，插入后讀取U盤文件信息，以判斷是否有足夠存儲空間，當檢測到存儲開始命令后，即根據FAT文件系統創建新文件，將數據寫入U盤，直至檢測到結束命令。基于本發明的嵌入式數字視頻移動存儲控制器電路如圖4所示，整個控制器由以下各部分電路組成，即視頻信號解碼與A/D轉換電路、數字視頻壓縮編碼電路、系統控制器和USB主控制器電路。在圖4中，本系統模擬視頻解碼及其A/D轉換部分選用SAA7114芯片來處理，SAA7114能夠將PAL、SECAi^P NTSC制式CVBS信號轉變為與ITU601標準兼容的標準視頻信號，它可以支持多達6路模擬CVBS信號輸入，并通過內部控制寄存器能夠獨立地進行亮度、對比度、飽和度控制。本系統中主控芯片通過I2C總線與之連接，從而可以對其內部的寄存器進行讀寫操作進而完成初始化和工作狀態控制功能。本系統中復合模擬CVBS信號從SAA7114的AIll端口輸入，模擬視頻信號經解碼處理分解為Y、Cb、Cr三個分量信號，再經過A/D轉換電路變為數字視頻數據流，數字視頻信號最后從SAA7114的I/O端口(XPDO XPD7)輸出后送至SAA6752進行壓縮處理。另外，本系統數字視頻壓縮編碼部分采用SAA6752來完成，該芯片具有音視頻編碼功能，較好的解決了視頻編碼中的噪聲濾波和運動估計技術難題，編碼效率高，它能將輸入的數字視頻信號按照MPEG-I或MPEG-2標準進行壓縮編碼處理并輸出相應的PS流。SAA6752HS通過外接16Mbit SDRAM芯片K4S161622D-TL80來存儲、傳送處理數據從而完成壓縮編碼，該芯片沒有片內CPU，其編碼功能的實現均由系統主控制器通過I2C總線來控制。本系統中該芯片接收從SAA7114傳送過來的數字視頻信號，經過片內固化的壓縮算法完成運動預測、DCT變換和熵編碼之后從I/O 口輸出符合MPEG-1/MPEG-2標準的PS流。系統控制器和USB主控制器采用PIC24FJ256GB106來實現，該芯片是低功耗大內存的16位USB單片機，可以方便的在嵌入式系統中添加USB主機功能，主機模式下可以進行低速(I. 5Mb/s)和全速(12Mb/s)USB操作，其處理速度滿足MPEG-1/MPEG-2標準PS數據流傳輸存儲需要；其I2C總線可以方便實現對SAA7114和SAA6752HS工作狀態和工作方式 進行控制。整個控制器電路工作原理如下在本系統中，復合模擬CVBS信號由SAA7114的AIll端口輸入，相應的控制寄存器Al⑶I (02H)的D
設定為0000B。CVBS信號經片內解碼得到YCbC,分量信號，再經片內A/D轉換輸出符合ITU601格式的YCbC,信號、同步信號及消隱信號，上述信號從其I/O端口(XPD0 XPD7)輸出至SAA6752數字視頻信號輸入口。數字視頻壓縮編碼芯片SAA6752片內沒有內置RAM，所以在片外擴展了 16Mbit的大容量存儲芯片K4S161622D-TL80。SAA6752能夠自動地對輸入信號進行預測、運動估計與補償、DCT變換、熵編碼形成視頻基本流ES。片內的打包器在ES數據中加入PES起始碼、碼流ID、PES頭、DTS和PTS等控制和說明碼字形成PES流。PES在流復用器中再加入SCR系統時鐘標簽形成變長的PS流從SAA6752輸出口輸出至系統控制器PIC24FJ256GB106的數據端口。主控系統中的USB端口設置為USB主機系統，且主機模式設置為USB全速操作，這樣從SAA6752輸出的數據將被實時地存儲于U盤中。存儲于U盤中的視頻文件為MPEG格式，因此可通過計算機通用視頻解碼軟件或視頻播放器播放。整個系統的工作由高速單片機來完成，單片機通過I2C總線通信完成對SAA7114、SAA6752的控制，將控制字寫入SAA7114、SAA6752芯片的對應寄存器中，從而實現視頻信號亮度、對比度、色度與清晰度的可調。整個系統的主程序流程參見圖3。基于本發明的嵌入式數字視頻移動存儲控制器電路也包括其它形式，一是采用高速單片機外加USB主機芯片；二是采用其它的帶USB主機功能的高速嵌入式系統。如圖5所示，基于上述設計的控制器可制成便攜式數字視頻監控存儲系統，它包括上述嵌入式數字視頻移動存儲控制器，其輸入端接收來自于攝像頭的模擬視頻信號，并在嵌入式數字視頻移動存儲控制器的USB接口電路上連接U盤。本實施例中，視頻信號源為CXD攝像頭，經處理壓縮后的視頻信號存儲于U盤，由此構成一個移動式室內視頻監控存儲系統。該系統將攝像、數字視頻壓縮編碼與存儲構成一個整體，具有小巧、放置靈活的特點，可根據需要做成裝飾品放置于室內桌面上等視角方便處，便于隱蔽使用，省去了布線安裝的麻煩，非常適合家庭臨時的防盜監控。實施例2本實施例與實施例I不同的是，在本實施例中，視頻信號源為TV，電視輸出的模擬視頻信號經壓縮編碼后存儲于U盤，由此構成一個視頻數字化壓縮編碼存儲系統，實際中可根據需要隨時將喜歡的電視節目存儲于U盤，省去了連接計算機的麻煩，使用方便快捷。需要說明的是，本發明中的控制器并不局限于高速單片機，可以是其它的高速嵌入式控制器，如DSP系統、ARM系統等。
權利要求
1.一種嵌入式數字視頻移動存儲控制器，其特征在于，它包括 模擬視頻解碼與A/D轉換模塊，它包括模擬視頻解碼電路和模數轉換電路，其中模擬視頻解碼電路接收模擬視頻信號，將模擬視頻信號解碼為標準視頻分量信號，并經A/D轉換為數字視頻信號； 數字視頻壓縮模塊，它將接收到的數字視頻信號進行壓縮，并按照MPEG-1/MPEG-2標準編碼為節目視頻數據流PS，節目視頻數據流被送到數據緩存模塊中進行緩存； 控制器，其與USB主控制器通訊連接；所述的控制器向USB主控制器發出存儲請求命令，待控制器接收到USB主控制器的應答信息后，將數據緩存模塊中的節目視頻數據流存入U盤中； USB主控制器，其與控制器通訊連接；所述的USB主控制器接收存儲請求命令，檢查是否有U盤插入，若有U盤插入，則USB主控制器讀取U盤文件信息以判斷是否有足夠存儲空間；若U盤有足夠的空間，則返回應答信息至控制器。
2.根據權利要求I所述的嵌入式數字視頻移動存儲控制器，其特征在于所述的控制器在其接口電路上連接有觸發按鍵，觸發按鍵控制U盤存儲動作的開始和結束。
3.根據權利要求I所述的嵌入式數字視頻移動存儲控制器，其特征在于所述的控制器中設置存儲節目時長和自動存儲節目程序，自動存儲節目程序根據存儲節目時長自動完成節目的存儲。
4.一種利用如權利要求I或2或3所述控制器而制成的視頻存儲系統，其特征在于它包括嵌入式數字視頻移動存儲控制器，其輸入端接收來自于視頻信號源的模擬視頻信號，并在嵌入式數字視頻移動存儲控制器的USB接口電路上連接U盤。
5.根據權利要求4所述的視頻存儲系統，其特征在于所述的視頻信號源為CCD攝像頭或TV視頻輸出信號。
全文摘要
一種嵌入式數字視頻移動存儲控制器，它包括模擬視頻解碼與A/D轉換模塊、數字視頻壓縮模塊、控制器和USB主控制器。采用上述技術方案的本發明，能夠按照用戶操作要求啟動視頻信號處理電路對輸入模擬視頻信號進行解碼、A/D轉換和壓縮編碼處理，控制器同時通過USB接口將壓縮后的節目視頻數據流實時的以MPEG格式存入U盤。本發明的核心是融高速數字視頻處理技術和嵌入式USB存儲技術于一體，實現對視頻信號的采集存儲。
文檔編號H04N7/26GK102685427SQ201110057440
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月10日 優先權日2011年3月10日
發明者王忠勇, 鄧啟新, 鄧計才, 郭軍偉 申請人:鄭州大學