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谈小波压缩芯片在视频监控系统中的应用
2007/9/25/08:41  来源:现代电子技术  作者:郑绍春 倪观泉
 

  随着计算机技术的发展,以“信息采集、监控、处理”为核心的视频监控系统被广泛用于各行各业,而视频图像的采集和压缩是视频监控系统的关键,模拟视频信号转化为数字信号后,数据量十分巨大,无论是存储还是在带宽有限的网络上传输都是不现实的。小波变换作为信号分析方法,具有多尺度、多分辨率分析和时域局部化等优点,能有效应用于视频信号的编码与解码。众所周知,大的压缩比是以损失信息为代价的。因此,为了使视频图像获得较好的主观效果,视频信号压缩方案的选择尤为重要。美国AD公司新推出的基于小波理论实时压缩解压缩芯片ADV611能较好地实行视频信号压缩,用该芯片实现的图像压缩具有压缩可调范围大,压缩质量高等优点。

    本文用ADV611实现了多路实时监控、实时存储,有选择性地回放某一路、某一段时间图像的数字视频监控系统,而且每路都能满足25帧/s的视觉要求,同时用高分辨率的显示墙作为实时监控视频显示部分(分辨率大于700 dpi),从而在图像质量、压缩比、回放速度、监控等方面具有一定的先进性。

    1  ADV611结构特性及工作原理

    1.1  ADV611特性简介
   
    ADV611是一种低价、单片、低功耗、全数字的CMOS超大规模集成电路。工作温度范围是10~70 ℃。该芯片不仅集成了视频编码/解码算法,还提供了数据压缩效果的实时调节手段,数据输出速率可以灵活控制。ADV611能实时地对包括PAL制式(720×288@50场/s)和NTSC制式(720×243@60场/s)在内的视频信号实时进行压缩和解压缩。压缩倍数从视觉无失真感的4∶1到7500∶1, 主要用于闭路电视。

    1.2  ADV611内部结构及功能
   
    ADV611引出了120个引脚,采用LQFP封装。图1是其内部功能方框图。整个芯片由3个接口模块和5个数字信号处理模块组成,它们依次是:
   
    (1)数字视频I/O接口(Digital Video I/O Port),主要用于提供实时非压缩视频接口以支持不同的视频信号格式。
   
    (2)主机I/O接口(Host I/O Port),包括32位数据总线(D0~D31),两位地址线(ADR1,ADR2),片选信号(CS),读信号(RD),写信号(WR),响应信号(ACK)和中断信号(INT)。
   
    (3)外部DRAM控制器(External DRAM Manager),控制外部DRAM的读写与刷新。
   
    (4)小波变换核(Wavelet Kernel),对图像进行小波变换时使用的内部缓冲器。提供小波变换所需要的缓冲区,提供足够大的空间以存储小波变换后的数据。
   
    (5)片内变换缓冲器(On-Chip Transform Buffer),为小波变换核提供一个内部SRAM。
   
    (6)可编程量化器(Programmable Quantizer),用来量化小波系数,量化所需二进制系数可由计算机或外部DSP进行控制。当主机控制量化系数时,主机通过对前一帧图像子带编码数据的统计计算下一帧的量化步长,在下一帧压缩之前,将其写入量化步长寄存器,通过量化步长控制,主机可获得稳定的压缩码流输出。当利用外部DSP计算每一个频带的量化参数“Bin Width”时,这也是一个自适应的实时优化压缩比特率的过程,ADV611的这种自适应量化特性,即使量化导致比特率突变,也可以获得几乎恒定的压缩比特率。
   
    (7)游程编码器(Run Length Coder),用来进行游程编码,查找长字串的零,同时用短的码子代替。
   
    (8)Huffman编码器(Huffman Coder),用来进行Huffman编码,Huffman编码器用3种固定的Huffman编码字表烧制于ADV611的ROM中。

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