基于MIPS架构的嵌入式图像采集、网络传输平台

摘要

本发明属于智能交通、视频监控等视频图像处理应用领域中的模拟、数字视频信息的采集、处理与传输。基于x86 CPU PC机的图像采集、传输平台由于本身体积、功耗、工作环境及成本方面的限制，不适合小型、便携尤其是恶劣环境下使用。本发明公开了一种由视频采集卡或视频压缩解压卡与控制传输平台构成，特征是视频采集卡或压缩解压卡与控制传输平台之间通过微型PCI接口连接而且是可以任意装载或拆卸的具有模拟、数字双输入视频输入接口、基于MIPS架构的嵌入式图像采集、网络传输平台。解决了目前仍然存在大量使用模拟摄像机与网络传输平台之间或数字摄像机与网络传输平台之间接口兼容性问题和大数据量视频传输瓶颈问题，可直接安装在摄像机防护罩中使用。

说明书

技术领域

本发明属模拟、数字信息的采集、处理与传输，具体涉及到在智能交通、视频监控等视频图像处理应用领域中的一种基于MIPS架构的嵌入式图像采集、网络传输平台。

背景技术

普通摄像机均用PAL或NTSC制式编码以模拟方式输出图像，为此视频应用系统一般使用基于x86 CPU的PC机，通过采集卡实现图像的数字化以及后续的识别、处理、存储、传输等。这种视频应用方式广泛使用在智能交通、视频监控等领域。

由于基于x86 CPU的PC机的使用，使得视频应用系统体积变得庞大，运行环境要求高，成本也相应增加。在有些条件下甚至不可取，例如在监控应用中，当模拟摄像机安装位置较分散、距离较远，用同轴电缆传送视频信号困难时，通常解决办法是用光纤把模拟视频信号传回中心系统或在该摄像相机附近配置一台PC机把视频压缩后通过网络传回中心，采用这种方法使得成本增加、对运行环境要求较高，也不便于维护。因此基于x86 CPU PC机的图像采集、传输平台由于本身体积、功耗、工作环境条件以及成本等方面的限制，不适合室外尤其是要求小型、便携与恶劣环境下使用。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于MIPS架构的嵌入式图像采集、网络传输平台。克服基于x86 CPU PC机的图像采集、传输平台由于本身体积、功耗、工作环境条件以及成本等方面的限制，解决模拟摄像机与网络传输平台之间和数字摄像机与网络传输平台之间存在的接口兼容问题。

实现本发明目的的技术解决方案是这样的：

一种基于MIPS架构的嵌入式图像采集、网络传输平台，由视频采集卡1或视频压缩解压卡1.1与控制传输平台2构成；其特征是视频采集卡1或压缩解压卡1.1与控制传输平台2之间通过微型PCI接口10相连接而且是可以任意装载或拆卸的，其中视频压缩解压卡1.1由数字视频输入接口1.2、视频压缩电路3、视频解码器4、视频编码器5、音频模数转换器6、音频数模转换器7、数据存储器8.1和8.2构成；控制传输平台2由网关控制器9、微型PCI接口10、网络接口11、程序存储器12、数据存储器8.3、串行控制接口13、告警输出接口14构成并且视频压缩电路3通过I²C总线与与视频解码器4连接、通过656格式数据线与数字视频输入接口[1.2]、视频编码器5连接、通过I²S数据线与音频模数转换器6和音频数模转换器7连接、数据存储器8.1和8.2与视频压缩电路3相连；网关控制器9通过局域总线与程序存储器12、数据存储器8.3、网络接口11、串行控制接口13、告警输出接口14相连，网关控制器9通过微型PCI接口10与视频压缩电路3连接。本发明技术解决方案还具有以下特征：

一种基于MIPS架构的嵌入式图像采集、网络传输平台，其特征是视频压缩电路3是由视频压缩芯片VW2010构成，并通过微型PCI接口10实现与控制传输平台的数据、命令的传递包括传送压缩数据流。

其特征是控制传输平台[2]的网关控制器由AMD5120芯片构成，通过PCI桥的功能管理PCI设备，接受传送的数据，通过网络接口11发送、接收音视频数据和控制命令。

其特征是视频解码器4由SAA7115芯片构成，可将模拟视频信号解码转换为数字视频信号。

其特征还是视频编码器5是由CH7205芯片构成，可将网络上收到的压缩音视频流解压再编码成PAL或NTSC制以模拟方式输出，

其特征还是视频输入接口是模拟、数字双输入设计，对于模拟视频输入利用SAA7115芯片作为解码器转换为标准的BT.656格式的数字视频信号，对于数字视频输入接口1.2、输入的数字视频信号也可以用EMP240TC100芯片转换为BT.656格式的数字信号。

其特征还是音频模数转换器6、音频数模转换器7分别由AK5253芯片与AK4380芯片构成。

其特征还在于所说的视频采集卡1由CX23881芯片构成。

本发明所说的视频输入接口是模拟、数字双输入设计，这一点非常重要，解决了目前仍然存在大量使用的模拟摄像机与网络传输平台之间和数字摄像机与网络传输平台之间存在的接口兼容问题。

当压缩解压卡1.1用作解压卡时，从网络上接收的压缩音视频数据从传输平台2通过微型PCI接口10传送到VW2010芯片，音视频数据由VW2010芯片解码，解码后的数字视频数据通过ITU-BT.656图像输出接口送到视频编码器CH7205进行编码，输出模拟视频；数字音频数据通过I²S数字音频输出接口送到数模转换器AK4380进行数模转换，输出模拟音频。

当压缩解压卡1.1用作压缩卡时，模拟视频经视频解码器SAA7115数字化后，通过ITU-BT.656图像输入接口传送到VW2010芯片进行压缩；模拟音频信号由模数转换器AK5253转换为数字音频信号通过I²S总线传送到VW2010芯片进行压缩。

根据需要如果所说的控制传输平台2上的压缩解压卡1.1更换成视频采集卡1，它就能完成将模拟视频转换为数字视频，然后通过微型PCI接口10传送到MIPS架构的控制传输平台2传输，可以应用在某些需要抓拍图像的地方。

本发明的优点体现在于：

1、完成以往只有结合PC机的图像采集功能，并能通过网络传输图像。

以往在使用摄像机获取图像应用中，例如在智能交通抓拍违章车量时，一般在工控机上安装视频解码卡，将模拟摄像机输出的模拟视频数字化后送入计算机进行识别。由于模拟视频的传输问题，使得计算机只能安装到路口，由于气候条件影响如在高温、高粉尘环境下，系统可靠性大大降低。本平台采用了基于CX23881芯片的采集卡，具有克服上述问题这样的功能，大大减小了体积，只有PC机体积的几十分之一，减少了功耗。提高了可靠性。

2、完成图像的压缩功能。

以往使用的图像压缩、传输平台也是基于PC的。硬件压缩卡通过PCI接口与PC机连接。模拟图像输入到压缩卡后经数字化、压缩、再通过PC机经网络传输。本平台采用基于VW2010芯片的硬件压缩卡，同样实现图像压缩、传输功能。

3、具有模拟、数字图像接口。

一般图像采集、压缩设备仅针对模拟接口，本平台采用了双接口方式既支持模拟视频输入，又支持数字视频接口。

4、采用基于MIPS架构的平台。

一般视频系统要么采用X86平台，要么采用DSP，本发明采用MIPS架构，实现图像采集、压缩并支持模拟、数字双接口。

目前商用数字摄像机一般采用Camera Link输出数字图像，而且需要用专门的采集卡，相机与采集卡可靠传输距离不超过10米，不能脱离PC机，使得在室外使用时受到限制。采用本发明所说的一种基于MIPS架构的嵌入式图像采集、网络传输平台尺寸规格只有一张名片大小，能输入数字与模拟视频，特别适合在一些要求小体积、低功耗的场合运用，能提供D1分辨率的实时图像；例如可以放在带数字图像输出的摄像机上，就是一台智能摄像机，也可配合普通摄像机将其升级为网络摄像机。在720×576分辨率下能达到25帧/秒(PAL制)，码流从22.5Kb/s到15Mb/s恒定或可调。真正实现了采集、传输全数字化，在智能交通、特殊监控场合等需要高清图像领域中有着广泛的用途。

附图说明

图1是本发明所说的基于MIPS架构的嵌入式图像采集、网络传输平台原理框图示意图。

图2是本发明所说的视频采集卡与控制传输平台之间的原理框图示意图。

图3是本发明所说的基于MIPS架构的嵌入式图像采集、网络传输平台结构示意图。

图4是本发明所说的控制传输平台电路原理图。

图5是本发明所说的微型PCI接口电路原理图。

图6、图7、图8、图9、图10是本发明所说的视频压缩解压卡电路原理图。

图11是本发明所说的数字视频输入接口电路原理图。

具体实施方式

结合附图给出本发明的实施例。从图1图2图3图5可以看出本发明仅有名片大小，控制传输平台尺寸只有11×6×3cm³，压缩解压卡与视频采集卡的尺寸大小分别是6.5×4.6×2cm和5.5×4.5×2cm，但是却能根据实际需要选择不同组合方式而形成不同的工作模式以解决模拟摄像机与网络传输平台之间和数字摄像机与网络传输平台之间存在的接口兼容问题以及大数据量传输问题。其中重要的设计就是视频采集卡或压缩解压卡与控制传输平台之间通过微型PCI接口相连接而直是可以任意装载或拆卸的。例如当本发明所说的压缩解压卡通过微型PCI接口嵌合在控制传输平台时就形成了两种工作模式一是压缩模式二是解压模式。结合图6、图7、图8可以看出，在压缩工作模式下选用视频解码器SAA7115芯片是必需的，该电路在视频处理的模数转换中具有重要应用。只要在该电路中SAA7115的输入端输入一个视频信号，就可在输出端得到不同格式的数字信号。因此在压缩工作模式下输入的模拟视频经过视频解码器SAA7115数字化后，通过ITU-BT.656图像输入接口传送到视频压缩电路VW2010；输入的模拟音频经音频模数转换器AK5253数字化后，通过I²5数字音频输入接口输入到视频压缩电路VW2010。所说的VW2010是压缩卡的核心处理芯片，该芯片除可以完成音、视频信号的编码外，还可通过I²C总线提供对视频解码器和模数转换器的控制，因此输入的数字视频、音频数据经过视频压缩电路VW2010压缩后，通过微型PCI接口传送到MIPS架构的控制传输平台；在本实施例中该平台选用ADMtek5120BGA324芯片作为控制传输平台主控芯片，从图4中可以看出该主控芯片通过引脚分别与以太网络接口RJ45、串行控制口RS-232/485、告警输入输出接口连接，最后通过网络实现全程数字化传输。如果输入的是数字视频，则通过视频输入接口，本发明实施例选择了复杂可编程逻辑器件CPLDEMP240TC100转换为符合ITU-BT.656标准的图像后再输入到视频压缩电路VW2010。同时控制传输平台还可以检测输入的视频，例如在某些应用中如银行监控，当从视频发现有动目标时，可通过告警接口输出告警信息。从图9、图10看出在解压模式下，MIPS架构的控制传输平台又可以通过网络接收压缩的音视频数据，通过微型PCI接口传送到视频压缩电路VW2010，经VW2010接压缩后得到还原的数字视频、数字音频数据。数字视频数据通过ITU-BT.656图像输出接口送到视频编码器CH7205进行编码，输出模拟视频；数字音频数据经过I²S数字音频输出接口送到数模转换器AK4380进行数模转换，输出模拟音频，从而实现了本发明所说的目的。

根据实际情况需要，如果把本发明所说的视频压缩解压卡更换成视频采集卡通过微型PCI接口嵌合在控制传输平台时，此种组合方式仅有一种工作模式，即输入的模拟视频经视频采集卡CX23881数字化后，数字视频数据通过微型PCI接口传送到MIPS架构的控制传输平台，再通过网络传输。由于数字视频数据量巨大，如720×576分辨率的视频流(YUV＝4∶2∶2)，数据率高达165Mbps，已经超过现有100M网络的传输量。因此采集的数字视频数据在不压缩的情况下，目前理论上暂不可能完全通过网络传输。但在实际应用中仍然可以应用于需要抓拍图像的场合，例如用于需要抓拍图像的场合监控，如收费站、交通路口等。当车辆经过安装在收费站、路口的触发线圈时，触发线圈检测装置输出一个触发信号，此信号经I/O接口输入到本发明所说的MIPS架构的控制传输平台，平台据此信号就抓拍几幅图像，可以获得经过收费站、路口的车辆照片，再配合经I/O接口输入的辅助信息，如关闸信号、红灯信号，可以确认车辆闯收费站、冲红灯的照片，并可通过告警接口输出告警信息。

本发明所说控制传输平台与摄像机的连接方式有两种：对于输出模拟视频的摄像机，采用同轴电缆的方式将模拟复合视频输入到本平台；对于输出数字视频的摄像机，采用带缆的方式连接，本平台配备有专门的接口设备将数字视频转换为平台所需要的视频格式。本发明可以直接安装在摄像机防护罩中使用。