专利名称：一种模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置的制作方法
一种模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置技术领域-本发明涉及一种模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置，属高速数据处理装置技 术领域。
背景技术：
随着单芯片音视频解码技术的日渐成熟，以及采用CPU+DSP多核结构的通用媒体处 理器的问世，嵌入式音视频编解码技术开始在广播电视、安全监控、网络媒体、个人娱 乐、广告发布领域获得广泛的应用，业界陆续推出了高清编解码设备、多路编码装置、 数字监控系统、DVB/IP机顶盒、KTV机顶盒、多媒体信息发布终端及手机电视新产品。面对巨大、各异的应用需求，产品的快速定制成为迅速占据市场的关键。目前，现 有产品采用的硬件设计方法主要是依赖主芯片厂商提供的参考设计，通过局部改动或裁 减完成目标板设计。由于厂商提供的参考设计往往针对的是评估板或开发板系统，并非 具有产品指向性的模块化设计，导致依此所设计的硬件全是"All in one"结构，即所 有器件全部集中在一块板上。这种"All in one"设计，尽管更接近评估板，改动小， 有利于提高首板的成功率，有效縮短第一个产品的上市周期，但也由此带来了诸多问题 一是硬件复用问题，即一个设计只能满足一个需求，对应一个产品，难以快速适应不同 的目标产品需求。由于媒体处理器的主频都较高，在高速电路板上进行改动，会导致原 有电磁、热传递环境发生变化。若需求发生变动，例如增减某个接口，就需要推倒重来， 整板设计，难以复用。二是快速定制问题， 一旦硬件上不能复用，为提高可靠性，就要 再次经历整机样板、整机测试、整机改进，以及小批量、试验、量产的整个过程，从而 导致新产品的研发周期过长。三是升级扩展问题，若要对现用产品新增一个接口、更换 一个电路，或对媒体处理器、内存进行升级扩展，现有的"All in one"设计将无法实 现，只能更换整机，难以进行全面的升级换代。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种通过定义嵌入式音视频编解码总 线接口，将整个系统合理划分为核心系统、总线接口和外围系统，使关键的核心系统从各种外围系统中独立出来，以此提高系统的硬件复用率和扩展灵活性，通过系统模块的 增减，快速、灵活组成不同的目标产品的模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置。该 装置应用于数字监控、IP机顶盒、KTV机顶盒、多媒体信息发布终端，利用相同硬件模 块的复用性，能够快速定制出新产品。本发明的技术方案为通过对现有媒体处理器的数据与控制信号的分析，引入总线接口模块2，将整个系 统划分为核心系统模块l、总线接口模块2和外围系统模块。其中核心系统模块(1)由媒体处理器(15)、系统时钟及配置电路(16)、主总线接 口 (17) 、 NAND FLASH存储器(18) 、 NOR FLASH存储器(19)及DDR2存储器(20) 电路组成；其中具有音视频软、硬件编解码能力、能运行Linux/Windows CE的媒体 处理器(15)采用CPU+DSP或CPU+RISC多核结构。作为连接核心系统模块(1)与外围系统模块桥梁的总线接口模块(2)由从总线接 口 (21) 、 GPI0扩展(22) 、 DC/DC电源(23)、逻辑与电平转换(25)和多类接口插 座(24)五个部分组成。通过总线接口模块(2)与核心系统模块(1)连接的外围系统模块由视频输入模块 (3)、音频输入输出模块(4)、串行通信模块(5) 、 USB2.0通信模块(6)、通用输 入输出模块(7)、以太网通信模块(8)、红外遥控/RTC模块(9)、模拟视频输出模 块(10)、数字视频输出模块(11) 、 5合1存储卡模块(12)、硬盘/CF卡存储模块 (13)及JTAG接口模块(14)组成。总线接口模块2中的DC/DC电源电路为核心系统及外围系统提供供电，从总线接口 通过插座连接核心系统模块的总线信号，通过GPIO扩展电路实现端口扩展，通过逻辑 电平转换电路实现电平转换及组合/时序控制逻辑变换，最终形成满足各类接口要求的 总线信号，通过插座按类分别连接到外围系统模块上。本发明的模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置应用于数字监控系统、DVB/IP 机顶盒、KTV机顶盒、多媒体信息发布终端，利用相同硬件模块的复用性，能够快速定 制新产品。本发明与现有的装置相比，有如下有益效果1、硬件模块可以复用。总线接口模块2的引入，使得核心系统与外围系统相分离， 若要改动接口，仅涉及外围系统模块的重新设计，核心系统模块能继续延用。在嵌入式音视频编解码装置中，媒体处理器与ddr内存的设计约束最多(包括ddr器件的选择、 媒体处理器与ddr信号线长度、信号线等长、ddr芯片的位置)，由于核心系统模块1 具有复用性，就能有效简化新的设计。2、 有效縮短研发周期。局部改动仅涉及相应的模块，因此可以减少新样板的器件 数，从而有效縮短样板、测试、改进，以及小批量、试验、量产的整个过程周期。3、 有利产品升级换代。通过更换核心系统模块2，对媒体处理器进行升级，或对 DDR内存进行扩充，从而实现对现用产品的升级换代。4、 有利故障隔离诊断。在对系统进行测试或产品维护过程中，通过模块的更换， 能对故障模块进行隔离，加快系统故障诊断。
图1是本发明的整体原理结构图。表明本装置的整体构成以及相互之间的连接。 图2是本发明的核心系统模块1原理结构图。 图3是本发明的总线接口模块2原理结构图。图4是本发明的典型实施方式"嵌入式音视频编码装置"的原理结构图。 图5是本发明的典型实施方式"嵌入式音视频解码装置"的原理结构图。
具体实施方式
-如图1所示，本发明所述的装置由核心系统模块l、总线接口模块2、视频输入模块3、 音频输入输出模块4、串行通信模块5、 USB2.0通信模块6、通用输入输出模块7、以太网 通信模块8、红外遥控/RTC模块9、模拟视频输出模块IO、数字视频输出模块ll、 5合1存 储卡模块12、硬盘/CF卡存储模块13及JTAG接口模块14组成。其中，核心系统模块l是本 装置的中心控制模块，为本装置提供音视频数据的编码、解码运算及其它模块的数据与 控制信号；总线接口模块2的作用是为整个装置提供所需的1.2V、 1.8V、 3.3V及5V的电 力供应，并将核心系统模块l提供的总线接口信号进行分离，形成其他模块所需的各组 独立接口信号，是核心系统模块l连接外围系统模块(3-14)的桥梁，是实现本发明设 计的关键；外围系统模块(3-14)通过总线接口模块2分别为本装置提供音视频输入输 出、外部存储、控制、通信和调试诊断的功能。如图2所示，核心系统模块1由媒体处理器15、系统时钟及配置电路16、主总线接口 17、 NAND FLASH存储器18、 NOR FLASH存储器19、 DDR2存储器20组成。其中，媒体处理器15采用基于ARM-CPU+DSP双内核架构的TMS320DM6446芯片；存储器20 (64M-256M)与 媒体处理器15的DDR2控制器相连接，作为本装置的主存储器，用于音视频编解码数据的 缓存；NOR FLASH存储器19和NAND FLASH存储器20根据定制应用目标的不同进行配置 (16M~64M)，用于存储系统的引导程序和应用程序，也用于存储系统配置信息和其他 用户数据；系统时钟及配置电路16为媒体处理器15提供27MHz和24MHz两种基本的工作时 钟，经媒体处理器15内部PLL倍频后，得到594MHz的DSP工作时钟和297M的ARM-CPU工作 时钟，再经过不同分频，得到DDR2、 USB、 VPFE、 VPBE各系统部件所需的多种工作时钟， 此外系统时钟及配置电路16还为媒体处理器15提供针对不同启动和运行条件的配置选 择；主总线接口17将媒体处理器15的接口总线通过4个共230线的公头插头分类引出，用 于连接总线接口模块2，提供整个核心系统模块的外部接口连接。
如图3所示，总线接口模块2由从总线接口 21、 GPI0扩展22、 DC/DC电源23、逻 辑与电平转换25和多类接口插座24五个部分组成。其中，外部5V或12V电压经DC/DC 电源23变换为1.2V、 1.8V、 3.3V及5V的4组电压，满足核心系统模块1及外设各模 块的供电要求；来至核心系统模块1主总线接口 17的总线信号经4个共计230线的母 头插座接入从总线接口 21，再通过GPI0扩展22进行GPI0端口的扩展，通过逻辑与电 平转换25进行多组信号从1. 8V至3. 3V的电平转换及组合/时序控制逻辑变换，形成满 足各类接口要求的总线信号，分别连接到接口插座24上，分离出VPFE、 VPBEA、 VPBED、 ASP、 UART、 USB、 GPIO、 ATA、 SD/應C、 JTAG、 I2C、 EMAC共12类接口信号。
如图4所示，是本发明编码应用的典型实施方式。装置部分由核心系统模块l、总 线接口模块2、视频输入模块3、音频输入输出模块4、以太网通信模块8、红外遥控/RTC 模块9、模拟视频输出模块IO、及硬盘/CF卡存储模块13组成。其工作过程是来自摄 像头及云台28的视频信号和音频信号分别经视频输入模块3和音频输入输出模块4从 模拟信号转换成数字信号，并经总线接口模块2传输到核心系统模块1中，此时，通过 模拟视频输出模块10以直通方式在监视器/电视机26进行显示监控，同时，通过运行 于核心系统模块l中的编码算法对音视频数据进行编码压縮，编码后的音视频数据通过 硬盘/CF卡存储模块13存储于与之连接的硬盘或CF卡中，也能通过以太网通信模块8 连接至局域网/广域网LAN/WAN 27，实现音视频的网络播发；通过串行通信模块5，能 对云台进行控制；通过红外遥控/RTC模块9，对整个装置进行红外遥控管理，并通过RTC 时钟实现整个装置的定时开关机以及音视频内容的定时录制控制与管理。
如图5所示，是本发明解码应用的典型实施方式。装置部分由核心系统模块l、总线接口模块3、音频输入输出模块4、以太网通信模块8、红外遥控/RTC模块9、模拟视 频输出模块10、数字视频输出模块11、及硬盘/CF卡存储模块13组成。其工作过程是: 来自局域网/广域网LAN/WAN 27或存储在本地硬盘/CF卡上的音视频节目数据分别通过 以太网通信模块8和硬盘/CF卡存储模块13，经总线接口模块2传输到核心系统模块1 中，并通过运行于核心系统模块l中的解码算法对音视频数据进行解码，解码后的音视 频数据通过模拟视频输出模块10和音频输入输出模块4还原成模拟视频和音频信号， 在监视器/电视机26上进行显示播放；还通过数字视频输出接口 ll将解码后的视频数 据通过VGA或DVI/HDMI接口输出至具有VGA/DVI/HDMI接口的显示器或电视机上，实现 更高分辨率的图像显示；通过红外遥控/RTC模块9，对整个装置进行红外遥控管理，并 通过RTC时钟实现整个装置的定时开关机以及音视频内容的定时播放控制与管理。
权利要求
1、一种模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置，其特征在于嵌入式音视频编解码装置由总线接口模块(2)、通过线路接口与总线接口模块(2)相互连接的核心系统模块(1)及外围系统模块组成。
2、 权利要求1所述的模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置，其特征在于核心 系统模块(1)由媒体处理器(15)、系统时钟及配置电路(16)、主总线接口 (17)、 NAND FLASH存储器(18) 、 NOR FLASH存储器(19)及DDR2存储器(20)电路组成； 其中具有音视频软、硬件编解码能力、能运行Linux/Windows CE的媒体处理器(15) 采用CPU+DSP或CPU+RISC多核结构。
3、 权利要求1所述的模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置，其特征在于作为 连接核心系统模块(1)与外围系统模块桥梁的总线接口模块(2)由从总线接口 (21)、 GPI0扩展(22) 、 DC/DC电源(23)、逻辑与电平转换(25)和多类接口插座(24)五 个部分组成。
4、 权利要求1所述的模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置，其特征在于通过 总线接口模块(2)与核心系统模块(1)连接的外围系统模块由视频输入模块(3)、 音频输入输出模块(4)、串行通信模块(5) 、 USB2.0通信模块(6)、通用输入输出 模块(7)、以太网通信模块(8)、红外遥控/RTC模块(9)、模拟视频输出模块(10)、 数字视频输出模块(11) 、 5合1存储卡模块(12)、硬盘/CF卡存储模块(13)及JTAG 接口模块(14)组成。
全文摘要
本发明涉及一种模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置，属高速数据处理装置技术领域。本发明的模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置由总线接口模块(2)、通过线路接口分别与总线接口模块(2)相互连接的核心系统模块(1)及外围系统模块组成。本发明与现有的装置相比，具有硬件模块可以复用、有效缩短研发周期、有利产品升级换代及有利故障隔离诊断的优点。本发明的模块化多功能的嵌入式音视频编解码装置能广泛应用于数字监控系统、DVB/IP机顶盒、KTV机顶盒及多媒体信息发布终端，利用相同硬件模块的复用性，能够快速定制新产品。
文档编号H04N5/00GK101404718SQ200810233548
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月10日 优先权日2008年11月10日
发明者代红兵, 周永录, 姚寒冰, 王丽清, 王耀希 申请人:云南大学