JPEG编解码芯片ZR36060在远程视频监视系统中的应用

    摘要：简要地叙述了ＪＰＥＧ编解码芯片ＺＲ３６０６０的主要特点、内部结构和工作模式，并给出发一个应用实例——基于ＪＰＥＧ的远程视频监视系统。

    关键词：ＪＰＥＧ编解码器  压缩  解压缩

    随着改革开放的进一步深入，各界对于安全防范和现场记录报警系统的需求越来越大，要求也越来越高。数字化的图像监视系统已经逐步淘汰了传统的闭路电视监视系统。对于需要以图像画面作为证据的远程视频监视系统而言，Ｈ．２６１和Ｈ．２６３图像的质量已无法胜任，这时需要传输高质量的ＪＰＥＧ图像。Ｚｏｒａｎ公司的ＪＰＥＧ编解码芯片ＺＲ３６０６０正是这样一种适合于基于ＪＰＥＧ的监视系统和数字图像采集、编辑的芯片。本文对ＺＲ３６０６０芯片的主要特点、内部结构和工作模式进行描述，最后给出它在远程视频监视系统中的应用。

１ ＺＲ３６０６０的主要特点

    ＺＲ３６０６０芯片具有以下主要特点：

    (１)视频压缩和扩展功能。对ｓｑｕａｒｅ ｐｉｘｅｌ 和ＣＣＩＲ ＰＡＬ视频信号可实现高达２５帧／秒的压缩；对ｓｑｕａｒｅ ｐｉｘｅｌ 和ＣＣＩＲ ＮＴＳＣ视频信号可实现高达３０帧／秒的压缩。

    (２) 灵活的数据接口。ＺＲ３６０６０支持三种ＹＵＶ视频接口模式，即８ｂｉｔ主模式，支持高达２９．５Ｍｂｙｔｅ／ｓ的压缩数据码率；１６ｂｉｔ从模式，支持高达１６．８Ｍｂｙｔｅ／ｓ的压缩数据码率；８ｂｉｔ从模式，支持高达９．８ Ｍｂｙｔｅ／ｓ的压缩数据码率。

    (３) 两种视频同步方式：同步主模式和同步从模式。同步主模式指芯片内部产生所有的定时信号；同步从模式则是芯片自己同步于一个外部的视频源。

    (４) 三种不同的比特率控制模式，用于不同的压缩场合。Ａｕｔｏ Ｔｗｏ Ｐａｓｓ用于静止图像压缩，产生严格控制的压缩代码量；Ｓｉｎｇｌｅ Ｐａｓｓ用于运动视频压缩，保持压缩文件大小的大致固定；Ｎｏ Ｂｉｔ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ使用固定的量化表。

    (５)可以和多种常用视频解码器（Ｄｅｃｏｄｅｒ）实现无缝连接，例如：Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｂｒｏｏｋｔｒｅｅ、Ｓａｍｓｕｎｇ、 ＩＴＴ、Ｈａｒｒｉｓ 等公司的视频解码器。

    (６) 可以和多种主控制器（ｈｏｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）连接。

    (７) 可编程工作模式。通过对ＺＲ３６０６０内部的１Ｋ字节的内部寄存器的操作，可以灵活控制芯片的工作模式和各项工作指标。

    (８) 同一芯片既能进行压缩，也能进行解压缩。

２ ＺＲ３６０６０的内部结构

    ＺＲ３６０６０的结构框图如图１所示。

    视频接口部分是ＺＲ３６０６０和视频编解码器（Ｅｎｃｏｄｅｒ或Ｄｅｃｏｄｅｒ）的接口，通过这个接口，ＺＲ３６０６０输出（同步主模式）或输入（同步从模式）视频同步信号：行同步信号ＨＳＹＮＣ、场同步信号ＶＳＹＮＣ和奇偶场指示信号ＦＩ等等。视频接口还输出或输入ＹＵＶ ４：２：２的数字视频信号。压缩时，Ｙ[７：０]和ＵＶ[７：０]为数字视频信号输入口;解压缩时Ｙ[７：０]和ＵＶ[７：０]为数字视频信号输出口（工作于１６ｂｉｔ视频模式时，Ｙ[７：０]为亮度信号，ＵＶ[７：０]为色度信号；工作于８ｂｉｔ视频模式时，Ｙ[７：０]为亮度／色度复用信号，ＵＶ[７：０]不用）。

    代码接口和主控器接口是ＺＲ３６０６０与外部存储器和主控制器的接口。代码接口是ＺＲ３６０６０输出（压缩时）和输入（解压缩时）ＪＰＥＧ码流的接口。工作于代码主模式时，ＺＲ３６０６０通过片选信号ＣＣＳ、读写信号ＣＯＥ和ＣＷＥ以及代码总线ＣＯＤＥ[７：０]对外部存储器读写压缩数据；工作于代码从模式时，不需要外部存储器，主控制器通过主控接口对ＺＲ３６０６０的内部ＦＩＦＯ直接读写ＪＰＥＧ码流。

    主控制器在主控接口通过两位地址ＡＤＤＲ[１：０]、片选信号ＣＳ、读写信号ＲＤ和ＷＲ以及数据总线ＤＡＴＡ[７：０]直接对４个寄存器操作。这４个寄存器的结构如表１和表２所示。０１ｂ单元的高２位（ＭＳＢ）和１０ｂ单元的低８位共１０位地址间接映射了ＺＲ３６０６０内部的１Ｋ字节的寄存器。无论在代码主模式还是在代码从模式下，读写ＺＲ３６０６０的内部寄存器都必须先写入１０ｂｉｔ的地址，然后紧跟着一个对Ｈｏｓｔ Ｄａｔａ寄存器（即１１ｂ单元）的８ｂｉｔ的读／写。主模式下，００ｂ单元不使用，ＺＲ３６０６０通过代码接口对外部存储器读写ＪＰＥＧ码流；从模式下，００ｂ单元作为内部代码ＦＩＦＯ，当工作于８ｂｉｔ从模式时，ＤＡＴＡ[７：０]总线从００ｂ单元读写压缩数据；当工作于１６ｂｉｔ从模式时，ＤＡＴＡ[７：０]和ＣＯＤＥ７：０共同从００ｂ单元读写压缩数据。ＡＣＫ是ＺＲ３６０６０和主控制器的握手信号，ＪＩＲＱ是ＺＲ３６０６０向主控制器发出的中断请求信号，ＣＢＵＳＹ用来指示Ｃｏｄｅ ＦＩＦＯ是否忙。主控制器通过主控接口对ＺＲ３６０６０的内部１Ｋ字节的寄存器的读写选定其工作模式和工作参数。

表1 代码主模式下的ZR36060的地址空间

表2 代码主模式下的ZR36060的地址空间

    控制部分用于给出ＺＲ３６０６０工作顺序的控制信号以及ＺＲ３６０６０发出的指示信号。包括：压缩／解压缩启动信号ＳＴＡＲＴ、复位信号ＲＥＳＥＴ、操作结束指示信号ＥＮＤ等等。

３ ＺＲ３６０６０的工作模式

    ＺＲ３６０６０有多种工作模式，通过主控接口设置内部寄存器可以选择合适的工作模式，因此运用十分灵活。

    就主控制器接口来说，有三种工作模式，如图２所示。

    ８ｂｉｔ代码宽度的代码主模式：在该模式下，主控接口和代码接口分开，需要一个外部的ＦＩＦＯ。主控接口通过数据总线ＤＡＴＡ[７：０]负责对ＺＲ３６０６０内部寄存器的读写，而代码接口通过代码总线ＣＯＤＥ[７：０]负责从外部存储器读写压缩数据。

    ８ｂｉｔ代码宽度的代码从模式：在该模式下，主控接口和代码接口共用，主控制器的数据总线ＤＡＴＡ[７：０]通过读写Ｈｏｓｔ Ｄａｔａ（１１ｂ单元）对ＺＲ３６０６０的内部寄存器进行设置；它还从ＣＯＤＥ ＦＩＦＯ（００ｂ单元）读写压缩数据。

    １６ｂｉｔ代码宽度的代码从模式：在该模式下，主控制器的数据总线ＤＡＴＡ[７：０]通过读写Ｈｏｓｔ Ｄａｔａ（１１ｂ单元）对ＺＲ３６０６０的内部寄存器进行设置和读取；它还和代码总线ＣＯＤＥ[７：０]一起从ＣＯＤＥ ＦＩＦＯ（００ｂ单元）读写ＪＰＥＧ数据。

    就视频接口的同步来说，ＺＲ３６０６０有２种工作模式。

    同步主模式：在该模式下，ＺＲ３６０６０内部产生所有的视频定时信号。

    同步从模式：在该模式下，ＺＲ３６０６０使自己同步于一个外部视频源，采样外加视频信号的行同步信号ＨＳＹＮＣ、场同步信号ＶＳＹＮＣ和奇偶指示信号ＦＩ。

    就视频总线宽度来说，ＺＲ３６０６０有２种工作模式。

    ８ｂｉｔ视频总线模式：在该模式下，ＵＶ[７：０]不用,视频亮度和色度信号都出现在Ｙ[７：０]上,按照ＣＣＩＲ６５６建议复用,其数据格式为(Ｕ＝Ｃｂ, Ｖ＝Ｃｒ)：

    Ｕ０,Ｙ０,Ｖ０,Ｙ１,Ｕ２,Ｙ２,Ｖ２,Ｙ３．．．

    １６ｂｉｔ视频总线模式：在该模式下，Ｙ[７：０]为亮度信号,ＵＶ[７：０]为色度信号

４ ＺＲ３６０６０在远程监视系统中的应用

    使用ＺＲ３６０６０实现的一个远程监视系统的远端（现场端）如图３所示。

    在这个远程监视系统的远端实现对输入模拟视频信号的数字化和压缩，并传送到，近端ＰＣ机接收，用软件解压缩并在显示器上恢复原图像。

    视频解码器接收摄像机输出的复合模拟视频信号，进行亮色分离和Ａ／Ｄ转换输出４：２：２的ＹＣｂＣｒ数字视频信号和时钟信号（２７ＭＨｚ）、行同步信号、场同步信号及奇偶场指示信号，这些信号都输入到ＺＲ３６０６０芯片。

    单片机通过主控接口对ＺＲ３６０６０的内部寄存器进行工作方式设置（初始化）：对ＺＲ３６０６０的工作状态设为视频同步从模式、８ｂｉｔ代码主模式，１６ｂｉｔ视频总线宽度。ＺＲ３６０６０采样视频解码器输出的同步信号并与之同步，接收来自视频解码器的ＰＣＭ数字视频信号，进行压缩，并将压缩后的ＪＰＥＧ图像写入ＳＲＡＭ中。

    由于ＺＲ３６０６０外接的是ＳＲＡＭ，而不是ＦＩＦＯ，所以需要一个计数器作为地址发生器，ＺＲ３６０６０的ＣＷＥ信号作为计数器的计数脉冲，它同时还作为ＳＲＡＭ的写信号将ＣＯＤＥ[７：０]的压缩数据写入到ＳＲＡＭ中去。

    当ＺＲ３６０６０压缩完一帧后（存于ＳＲＡＭ中），单片机顺序读出，并发送到ＵＡＲＴ中，由Ｍｏｄｅｍ传到近端。