专利名称：一种结构紧凑的带ip网络接口的编码设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种结构紧凑，带有IP(互连网)网络接口的MPEG-2(运动图像专家组2)编码设备。
技术背景运动图像压缩技术与网络技术的结合促成了今天众多基于网络传输的视频应用，如IPTV(网络电视)、会议电视、远程监控等。在上述应用中所采用的运动图像压缩技术标准有多种，其中以采用MPEG-2标准的图像质量最为清晰，因此受到大部分对图像质量有较高要求用户的青睐。
随着Internet技术的普及与推广，TCP/IP协议逐渐成为网间互连的标准协议。由于Ethernet(以太网)网技术的在局域网中的广泛应用，使得其技术成熟度及成本均有巨大优势，因此越来越多的网络传输设备如SDH(同步数字系列)、ATM(异步传送模式)等均支持Ethernet接口。
因此，如何将高质量的MPEG-2图像编码技术与成熟的网络通信技术相结合，利用UDP/IP协议传输MPEG-2视音频数据流，并采用Ethernet接口作为网络接口；实现将模拟的视音频信号实时的传送到网络上，完成基于网络的音视频传输应用；并且根据室外设备使用的特点，对该设备的外形、工作温度范围及抗干扰能力进行优化设计，是本申请人致力研究的技术内容之一。
实用新型内容本实用新型旨在提供一种适于室外恶劣环境使用的结构紧凑的带IP网络接口的编码设备，一方面可以通过接收模拟视音频信号，经MPEG-2编码方式压缩后利用UDP/IP协议对编码数据流进行封装与传输，另一方面还可通过Ethernet接口与传输设备连接，从而实现基于网络的视频传输应用。
本实用新型所提供的一种结构紧凑的带IP网络接口的编码设备，其特征在于包括MPEG-2编码板和与之相连的通信控制板，两块板以背靠背的方式通过40芯的双列直插连接件连接；其中MPEG-2编码板，用于将一路模拟复合视频信号经处理后接入，将另一路模拟音频信号经处理后也接入，通过将视、音频数据压缩和复用后以传输流的形式输出；通信控制板，用于完成了RS232/RS485接口与10/100M以太网接口间的协议转换，实现RS232到UDP/IP转换。
在上述的编码设备中，MPEG-2编码板包括MPEG-2编码模块、板间通信控制器模块、模拟复合视频模/数转换输入模块和双声道音频输入模块，以及连接在所述MPEG-2编码模块和板间通信控制器模块之间的板间连接件，其中所述的MPEG-2编码模块分别与所述的板间通信控制器模块、模拟复合视频模/数转换输入模块和双声道音频输入模块相连。
在上述的编码设备中，通信控制板包括依次连接的以太网接口模块、通信控制器模块和现场可编程门阵列模块；分别与通信控制器模块和现场可编程门阵列模块相连的RS232/RS485模块；连接在现场可编程门阵列模块和通信控制器模块之间的编码板连接件；以及，供电的电源模块。
在上述的编码设备中，通信控制模块是由基于ARM7内核的32位CPU组成的。
在上述的编码设备中，所有的外部输入信号均通过瞬态电压抑制器件与内部电路连接。
在上述的编码设备中，MPEG-2编码板和通信控制板两块板的发热元器件均焊接在电路板朝向设备外壳的一侧。
本实用新型将高质量的MPEG-2图像编码技术与成熟的网络通信技术相结合，利用UDP/IP协议传输MPEG-2视音频数据流，并采用Ethernet接口作为网络接口。该实用新型设备能够将模拟的视音频信号实时的传送到网络上，实现基于网络的音视频传输应用。并且根据室外设备使用的特点，对该设备的外形、工作温度范围及抗干扰能力进行了优化设计，使该实用新型设备能够在较为恶劣环境中使用。本实用新型结构紧凑，便于室外安装。
图1(a)～(b)分别是本实用新型的MPEG-2编码板和通信控制板的功能框图。
具体实施方式
如图1(a)～(b)所示，本实用新型，即一种结构紧凑的带IP网络接口的编码设备，包括MPEG-2编码板2和与之相连的通信控制板1，两块板以背靠背的方式通过40芯的双列直插连接件连接，连接的信号包括电源(5V、3.3V、1.8V)；复位信号；TS流信号(8TS流数据信号，TS流时钟信号，TS流数据有效信号)；SPI总线信号(串行数据输入信号，串行数据输出信号，串行时钟信号)。其中TS流信号与通信控制板的FPGA模块连接；SPI总线信号与通信控制板上的通信控制器连接；复位信号与通信控制板上的通信控制器的GPIO连接；5V电源直接由设备的外部供电提供，3.3V和1.8V电源由通信控制板上的电源芯片从5V电源产生。
本设备的外形尺寸如下长187mm，宽118mm，高41mm。
本设备的外部接口包括1个模拟复合视频接口(BNC插座)，2个模拟音频接口(左、右声道，BNC插座)，Ethernet接口(RJ45插座)，RS232/RS485接口(RJ45插座)，Console(控制)接口(DB9-M插座)。所有的外部输入信号均通过瞬态电压抑制器件与内部电路连接，以避免雷电等干扰对设备造成损坏。
考虑到散热的需要，两块板的发热元器件均焊接在电路板朝向设备外壳的一侧。
在图像传输方式上，本设备除支持单路点播和组播外还支持多达10路同时点播输出能力。10路同时输出时，总输出码率可达40Mbps。
一、MPEG-2编码板2，包括MPEG-2编码模块21、板间通信控制器模块22、模拟复合视频模/数转换输入模块23和音频输入模块24，以及连接在所述MPEG-2编码模块21和板间通信控制器模块22之间的板间连接件25，用于将一路模拟复合视频信号经过模拟复合视频模/数转换输入模块23处理后接入MPEG-2编码模块21，一路模拟音频信号经过双声道音频输入模块24处理后接入MPEG-2编码模块21，MPEG-2编码模块21将视、音频数据压缩和复用后以TS(传输流)流的形式输出。
输入的模拟复合视频信号与模拟复合视频A/D(模拟/数字)输入模块23连接。模拟复合视频A/D(模拟/数字)输入模块23由Philips(飞利浦)公司的SAA7114芯片构成。该芯片将模拟复合视频信号经视频解码后进行A/D变换，最后按照CCIR656格式输出视频数据。该芯片通过I2C总线与板间通信控制模块连接，由控制模块的CPU对该芯片的寄存器进行访问。CCIR656格式的视频数据与MPEG-2编码模块连接。
输入的模拟音频信号与双声道音频输入模块24连接。双声道音频输入模块24包括音频输入缓冲器、音频采样芯片和音频采样频率发生器组成。其中音频输入缓冲器由LM358双运放组成有源滤波器，对音频采样频率处的噪声进行滤波。音频采样芯片采用CIRRUS LOGIC公司的CS5340。该芯片的主工作时钟AMCLK由音频采样频率发生器MK2745-21提供，该时钟同时提供给MEPG-2编码模块。MEPG-2编码模块与音频采样芯片通过I2S串型总线连接，由编码芯片提供串型总线时钟ACLK和左右声道时钟ALRCK。音频采样数据通过串型数据线ADATA送入MEPG-2编码模块。音频采样频率由主工作时钟AMCLK决定。通过设置MK2745-21外部引脚的电平可以设置不同的主工作时钟。MK2745-21决定AMCLK时钟频率的引脚与板间通信控制模块连接，可以通过软件选择AMCLK的时钟频率。MEPG-2编码模块支持32k，44.1k和48k三种音频采样频率，对应的主工作时钟频率分别为8.912M，11.2896M和12.288MHz。
MEPG-2编码模块21采用富士通公司的MB86391单芯片MPEG-2编码芯片。该芯片除能完成视频的MPEG-2压缩外还提供音频压缩及视音频同步复用。输出的TS流信号直接与通信控制板接口连接。该编码芯片的主时钟为27MHz，由一块有源晶振提供。该芯片的复位及PLL控制信号由板间通信控制模块的CPU提供，同时板间通信控制模块提供TS流的输出时钟。该时钟同时决定了编码芯片输出码流的速率。
板间通信控制模块22利用一片ATMEL公司的8位单片机ATMEGAl6实现。该芯片完成对视频采样芯片的初始化；对编码芯片的复位及PLL同步控制以及提供微码和初始化参数下载的通道。编码芯片通过ATMEGAl6的USART(通用同步异步串型总线)与其连接。同时ATMEGA16的SPI总线通过通信控制接口与本设备的通信控制板上的ARM CPU连接。编码芯片的微码及初始化设置参数均通过SPI总线由ARM CPU传送到ATEMGA16CPU，再通过USART总线传送到编码芯片。同样，通信控制板也可以将SAA7114的参数通过SPI总线传送到ATMEGA16CPU上，再通过I2C总线传送到SAA7114。因此通过SPI总线可以完成对MPEG-2编码板上两个需要参数设置与微码下载的芯片实现控制。此外通信控制板还可以通过SPI总线对ATMEGA16CPU上的应用程序进行升级。
二、通信控制板1，用于完成了RS232/RS485接口与10/100M以太网接口间的协议转换，实现RS232到UDP/IP转换。其包括以太网接口模块11、通信控制器模块13、FPGA(现场可编程门阵列)模块14、RS232/RS485模块12、编码板连接件16，以及供电的电源模块17。
RS232/RS485模块12与FPGA模块14连接，将FPGA模块14内部UART模块的串行数据输入和输出信号转变为RS232/RS485信号电平并与RJ45接口连接。
Console模块15与通信控制器上UART的串行数据输入和输出信号连接，转变为RS232电平信号后与Console接口连接。
10/100M接口模块11通过MII接口与通信控制器上MAC连接。
10/100M接口模块11由DIVICOM公司的DM9161E芯片和网络变压器组成。实现10/100Base-T的ETHERNET的PHY接口。网络变压器接RJ45插座。
FPGA模块14采用Lattice公司的LFXP3C现场可编程逻辑器件。FPGA模块内包含以下功能模块TS流数据缓存模块、UART模块、地址译码及中断产生模块。其中TS流数据缓冲模块将输入的8位TS流数据转换成32位数据并存储在深度达4K字节的FIFO中。利用FIFO填充状态的标志信号产生中断信号并反映在相应的状态寄存器中。通信控制器在接收到中断信号后，根据状态寄存器的内容决定是否进行FIFO读操作。UART模块完成通常的UART控制器功能。通信控制器通过访问UART模块的寄存器完成UART工作参数设置(如波特率、字长、起始/停止位等)及串行数据发送与接收。UART模块串行数据输入与输出信号与通信控制板的RS232/RS485模块连接。
通信控制器模块13以Winbond公司的基于ARM7的32位CPU W90N740为核心，加上SDRAM及FLASH等器件组成一个32位的CPU系统。通信控制器模块是本设备的核心模块，它与FPGA模块、10/100M以太网接口模块、Console接口模块及MPEG-2编码板的板上通信控制器连接，实现对上述模块的参数设置并控制这些模块间的数据传输。它主要完成以下功能1、TS流打包传输功能。MPEG-2编码板产生的TS流数据经FPGA模块缓存后被通信控制器读取，经UDP/IP协议打包后传送到10/100M以太网接口；2、RS232到UDP/IP转换功能。RS232/RS485模块接收到的串行数据经FPGA模块内的UART模块转换成并行数据后被通信控制器读取，经UDP/IP协议打包后传送到10/100M以太网接口；反之，从10/100M以太网接口接收到UDP/IP数据报文，若其封装的数据为串口数据，则通信控制器将该数据从UPD/IP数据报文中取出，并经过FPGA模块中的UART模块发送到RS232/RS485模块中。
3、Console控制功能。Console接口模块与通信控制器上的UART控制器连接。通过该接口可以实现本设备系统程序的升级、参数修改等设备维护功能。
4、对MPEG-2编码板初始化和控制功能。通信控制器通过与MPEG-2编码板上的通信控制模块间的SPI总线传递MPEG-2编码芯片工作所需的微码。此外通过该传输通道，通信控制器还可以修改SAA7114、MB86391及MK2745-21工作时的参数。
5、对设备或MPEG-2编码板复位。通信控制器片内的看门狗可以在系统出现异常时对整个设备系统复位。通信控制器还可通过控制与其GPIO管脚相连的复位信号对MPEG-2编码板单独进行复位。
以上诸实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴之内，应由各权利要求限定。而纳入权利要求的范围之内。
权利要求1.一种结构紧凑的带IP网络接口的编码设备，其特征在于包括MPEG-2编码板和与之相连的通信控制板，两块板以背靠背的方式通过40芯的双列直插连接件连接；其中MPEG-2编码板，用于将一路模拟复合视频信号经处理后接入，将另一路模拟音频信号经处理后也接入，通过将视、音频数据压缩和复用后以传输流的形式输出；通信控制板，用于完成了RS232/RS485接口与10/100M以太网接口间的协议转换，实现RS232到UDP/IP转换。
2.根据权利要求1所述的编码设备，其特征在于所述的MPEG-2编码板包括MPEG-2编码模块、板间通信控制器模块、模拟复合视频模/数转换输入模块和双声道音频输入模块，以及连接在所述MPEG-2编码模块和板间通信控制器模块之间的板间连接件，其中所述的MPEG-2编码模块分别与所述的板间通信控制器模块、模拟复合视频模/数转换输入模块和双声道音频输入模块相连。
3.根据权利要求1所述的编码设备，其特征在于所述的通信控制板包括依次连接的以太网接口模块、通信控制器模块和现场可编程门阵列模块；分别与通信控制器模块和现场可编程门阵列模块相连的RS232/RS485模块；连接在现场可编程门阵列模块和通信控制器模块之间的编码板连接件；以及，供电的电源模块。
4.根据权利要求3所述的编码设备，其特征在于所述的通信控制模块是由基于ARM7内核的32位CPU组成的。
5.根据权利要求1所述的编码设备，其特征在于该编码设备的所有的外部输入信号均通过瞬态电压抑制器件与内部电路连接。
6.根据权利要求1所述的编码设备，其特征在于所述MPEG-2编码板和通信控制板两块板的发热元器件均焊接在电路板朝向设备外壳的一侧。
专利摘要一种结构紧凑的带IP网络接口的编码设备，包括MPEG－2编码板，用于将一路模拟复合视频信号经处理后接入，将另一路模拟音频信号经处理后也接入，通过将视、音频数据压缩和复用后以传输流的形式输出；通信控制板，用于。本实用新型将高质量的MPEG－2图像编码技术与成熟的网络通信技术相结合，利用UDP/IP协议传输MPEG－2视音频数据流，并采用Ethernet接口作为网络接口。该实用新型设备能够将模拟的视音频信号实时的传送到网络上，实现基于网络的音视频传输应用。并且根据室外设备使用的特点，对该设备的外形、工作温度范围及抗干扰能力进行了优化设计，使该实用新型设备能够在较为恶劣环境中使用。本实用新型结构紧凑，便于室外安装。
文档编号H04L29/00GK2867768SQ200620040230
公开日2007年2月7日 申请日期2006年3月16日 优先权日2006年3月16日
发明者王亮 申请人:上海通信技术中心