引 言

　　短短幾年的發(fā)展,，數(shù)字硬盤錄像機(DVR)依托其強大的數(shù)字化,、網(wǎng)絡化功能，已逐步取代了傳統(tǒng)模擬錄像設備的主導地位,，成為監(jiān)控市場的主流,。其應用已經(jīng)從最初的金融領域發(fā)展到交通、樓宇,、公安,、監(jiān)獄、廣場,、小區(qū),、機房、環(huán)境,、考場等各種應用場所,，只要是想對圖像和聲音進行監(jiān)控的場所就會應用到DVR系統(tǒng)?！　?/p>

　　目前,，數(shù)字硬盤錄像機的產(chǎn)品技術趨勢主要有兩種：

　　一種是基于PC機Windows平臺的插卡式數(shù)字硬盤錄像機；另一種是基于嵌入式系統(tǒng)技術的數(shù)字硬盤錄像機,。嵌入式DVR因其高可靠性,、穩(wěn)定性、防病毒侵擾等諸多特點,，越來越受到市場的青睞,，是目前發(fā)展的主要趨勢?！　?/p>

　　嵌入式DVR產(chǎn)品主要有兩種設計方案：一是DSP方案(如Philips音視頻處理IC加上Trimedia DSFP),；一種是ASIC方案(如基于Vweb2010 MPEG-IV IC或INTTIME IC等圖像處理IC芯片進行開發(fā))。ASIC方案的編碼質量和處理性能依賴IC開發(fā)商,，目前市場上的IC不支持4CIF(704×576)的MPEG4編碼,。　　

　　DSP方案設計的主流市場主要采用Philip

s的Trime-dia DSP，但其處理能力比較弱,，無法實現(xiàn)MPEG-4的4CIF高清晰編碼,。本系統(tǒng)采用EQUATOR BSP-15 DSP方案，設計具有高清晰度的高端嵌入式數(shù)字硬盤錄像機,。

　　1 系統(tǒng)設計

　　數(shù)字硬盤錄像機的主要任務是：將模擬的音視頻信號通過A/D轉換成沒有被壓縮的圖像數(shù)字信號,，再通過DSP或具有圖像處理功能的ASIC芯片進行圖像數(shù)據(jù)的壓縮編碼，將壓縮編碼的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存儲在硬盤等大容量存儲設備中,，或通過網(wǎng)絡實時監(jiān)控遠程圖像,。使用者可簡單、便捷地通過網(wǎng)絡或遙控器OSD菜單方式,，對存儲的錄像數(shù)據(jù)進行檢索,、回放和備份等。

　　1.1 硬件總體設計

　　1.1.1 MPC08250簡介　　

　　嵌入式系統(tǒng)選擇處理器時主要需要考慮以下幾個方面：處理器的性能,；處理器所支持的開發(fā)工具和所支持的操作系統(tǒng),；過去開發(fā)的經(jīng)驗以及處理器的成本；代碼兼容性和算法復雜性等,。在該系統(tǒng)中,，選擇了摩托羅拉的MPC8250做為系統(tǒng)的主控處理器。

　　MPC8250是Motorla公司在嵌入式MPC860基礎之上推出的MPC82XX系列微處理器中的一種,。MPC8250基于PowerQUICC結構,，主要由PowerPC內核、系統(tǒng)接口單元SIU和通信處理單元CPM構成,。它支持60x總線,，其數(shù)據(jù)線為64位，地址線為32位,；支持PCI/LOCAL總線,，其數(shù)據(jù)線為32位,，地址線為32位,。內核工作時鐘最高為300 MHz，CPU工作時鐘最高為200 MHz,。MPC8250內部結構圖如圖1所示,。

　　1.1.2 BSP-15簡介

　　Equator Technologies推出的MAP-BSP-15是面向音視頻媒體應用的高性能DSP芯片。最新的MAP-BSP-15 400 MHz處理能力可達40GOPS(針對視頻編碼),。該系列芯片的系統(tǒng)結構特別適用于音視頻編解碼等應用,，同時其豐富的音視頻信號接口可方便用戶進行系統(tǒng)設計?！　?/p>

　　MAP-BSP-15主要包含一個超長指令字處理器內核(The VLIW core),、一個可編程位流協(xié)處理器(TheVLx)、視頻濾波協(xié)處理器,、顯示刷新控制器和豐富的數(shù)字I/O接口等,。MAP～CA支持各種用軟件實現(xiàn)的視頻,、圖像以及信號的壓縮和解壓縮，這種軟件實現(xiàn)的算法相對硬件實現(xiàn)有很大的優(yōu)越性,，升級非常方便,。

　　1.1.3 硬件總體設計思想　　

　　系統(tǒng)需要實現(xiàn)8路的音視頻同步錄像，BSP-15具有同時處理2路音視頻信號的性能,，因而需要4片BSP一15做音視頻編碼,，同時，需要1片BSP-15做音視頻解碼器,，BSP一15與MPC8250之間采用PCI通信交換數(shù)據(jù),。因此，整個系統(tǒng)電路設計非常復雜,。根據(jù)機箱結構設計要求,，既可以滿足2U設備的機架式安裝，又可以臺式安裝,，因此,，將系統(tǒng)分成兩層板的兩板設計，CPU主控板和編解碼板,。CPU主控板與編解碼板之間采用歐式插座連接器連接,。　　

　　CPU主控板主要包括MPC8250及其外圍電路,，包括SDRAM,、BOOT ROM、Flash,、網(wǎng)絡 處理接口電路和硬盤接口電路等,，其基本原理圖如圖2所示。

　　編解碼板主要包括5片BSP一15及其外圍電路,，如SDRAM,、音視頻A/D轉換電路、D/A 轉換電路以及畫面分割電路等,，其基本原理圖如圖3所示,。

　　1.2 軟件總體設計　　

　　DVR的主要功能是實現(xiàn)多路視音頻數(shù)據(jù)的獨立壓縮編碼，將編碼的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存儲在硬盤,，存儲的圖像數(shù)據(jù)在任何時候可以采用遙控器,、面板等命令方式或通過以太網(wǎng)的通信方式，快捷,、方便的檢索,、備份、回放硬盤數(shù)據(jù)。同時,，它還具有動態(tài)偵測,、定時報警等條件錄像功能，并且當硬盤使用完時,，具有將最老的數(shù)據(jù)循環(huán)覆蓋的功能,。 　　
        經(jīng)過系統(tǒng)功能需求和數(shù)據(jù)流的分析后，將系統(tǒng)分解為系統(tǒng)管理子系統(tǒng),、通信子系統(tǒng),、PCI通信管理子系統(tǒng)、錄像數(shù)據(jù)存儲,、檢索子系統(tǒng)和0SD菜單子系統(tǒng),，每個子系統(tǒng)由一個或多個任務進行管理?！　?/p>

　　系統(tǒng)管理子系統(tǒng)主要實現(xiàn)系統(tǒng)的錄像啟動,、停止等控制以及調度算法的實現(xiàn)；系統(tǒng)總體資源的分配與調度,；與其他子系統(tǒng)之間的控制與數(shù)據(jù)交換的同步,。　　

　　通信子系統(tǒng)包括的內容比較多,，有基于TCP/IP的以太網(wǎng)通信,，基于串口的RS232或：RS485通信。該子系統(tǒng)主要包括以下幾個模塊：RS232的面板通信模塊,、RS485 的云鏡等控制模塊,、網(wǎng)絡客戶端通信模塊和UDP組播或單播通信模塊?！　?/p>

　　PCI通信管理子系統(tǒng)主要負責與BSP一15的PCI通信,，其內容包括數(shù)據(jù)的交換和信令的交換與控制。

　　錄像數(shù)據(jù)的存儲,、檢索子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中樞,，在此詳細介紹其基本設計思想。該子系統(tǒng)負責將來自 BSP-15編碼圖像數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)定義的數(shù)據(jù)存儲算法進行存儲,，并處理遠程PC客戶端,、本地遙控器或面板操作請求的數(shù)據(jù)檢索、備份,、回放命令，將檢索到的錄像記錄文件列表,、錄像數(shù)據(jù)文件給其他處理子系統(tǒng),。　　

　　主要完成以下功能：　　

　　◆圖像數(shù)據(jù)的IDE存儲；
　　◆錄像記錄文件列表的檢索,；
　　◆錄像數(shù)據(jù)文件的IDE檢索,；
　　◆IDE硬盤的管理，包括硬盤的切換,、硬盤的啟動,、硬盤讀寫操作的控制等?！　?/p>

　　該子系統(tǒng)包括以下幾個處理模塊：寫圖像數(shù)據(jù)處理模塊,、讀圖像數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)檢索處理模塊。

　　(1)寫圖像數(shù)據(jù)處理　　

　　將BSP一15送來的圖像編碼數(shù)據(jù)按照定義的格式與規(guī)范寫入硬盤,，并且在設計中為了減少頻繁讀寫對硬盤使用壽命的影響,，盡量減少頻繁的硬盤尋道操作。在圖像數(shù)據(jù)的寫處理中,，為了錄像數(shù)據(jù)快速定位和快速檢索,，系統(tǒng)中需要建立必須的數(shù)據(jù)塊索引映射關系。硬盤的切換控制,，在沒有數(shù)據(jù)的回放或備份情況下,，一般只有一個硬盤處于IDLE工作狀態(tài)，而其他盤處于STANDBY的待命狀態(tài),。在STANDBY狀態(tài)下,，硬盤的電機是停轉的，而從 STANDBY狀態(tài)到IDLE狀態(tài)的切換時間一般需要7～8 s,。 為了避免圖像編碼數(shù)據(jù)因等待硬盤啟動時間過長而造成的數(shù)據(jù)溢出,，當IDE硬盤即將寫滿時，預先將下一個將要寫的盤啟動起來,，由STANDBY狀態(tài)切換到IDLE狀態(tài),，而IDE 硬盤寫滿后，由IDLE狀態(tài)切換到STANDBY狀態(tài),，這樣既降低系統(tǒng)運行的功耗,，又提高了IDE的使用壽命。

　　(2)讀圖像數(shù)據(jù)處理　　

　　根據(jù)0SD的面板操作或遠程網(wǎng)絡客戶端請求,，從硬盤中讀出圖像數(shù)據(jù),，根據(jù)命令的來源將檢索的結果數(shù)據(jù)送給BSP一15編解碼子系統(tǒng)以實現(xiàn)本地回放的功能，或將檢索的數(shù)據(jù)送通信子系統(tǒng)發(fā)送到網(wǎng)絡介質實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡的備份和回放,。并進行回放時的數(shù)據(jù)流量控制(如快放時硬盤需要取數(shù)據(jù)快些),，避免數(shù)據(jù)的欠載或溢出。

　　(3)數(shù)據(jù)檢索處理　　

　　檢索處理模塊相當于本子系統(tǒng)的對外聯(lián)絡的窗口,，負責接收來自其他子系統(tǒng)的請求,，將來自網(wǎng)絡或本地OSD 菜單的錄像數(shù)據(jù)檢索請求預處理后,，根據(jù)系統(tǒng)內的數(shù)據(jù)檢索處理算法，快速計算是否滿足數(shù)據(jù)請求的要求,。若有符合要求的數(shù)據(jù)索引,，快速定位數(shù)據(jù)在哪個硬盤的哪個位置上，并且將結果分發(fā)給相應的讀處理模塊進行進一步的數(shù)據(jù)讀處理,，實現(xiàn)錄像數(shù)據(jù)備份或回放,。同時，該處理模塊還負責IDE中的圖像數(shù)據(jù)與索引列表文件的一致性維護,。

　　2 小 結　　

　　MPC8250和BSP一15均是高性能的微處理器,，其處理功能非常強大。筆者通過具體實踐掌握了MPC8250和 BSP一15的各種功能和處理性能,，并總結出一些開發(fā)過程中的經(jīng)驗和教訓,，為產(chǎn)品的系列化打下了堅實的技術基礎。經(jīng)過測試試驗,，該系統(tǒng)穩(wěn)定,、可靠；在性能方面,，能同時支持8路的圖像監(jiān)控,、4路的網(wǎng)絡用戶實時回放和本地用戶的4路同時解碼回放，通過了公安部安防產(chǎn)品的型試檢驗,，產(chǎn)品已經(jīng)成功推出上市,。