基于FIC8120的网络视频服务器方案

jackylau

数字化和网络化时代的到来使得越来越多的设备必须进行新一代的革命。在监控领域，集中了多媒体技术、数字图像处理及远程网络传输等最新技术的网络化监控系统正在逐步取代传统的模拟监控，并广泛应用于工业、商业及其他部门。本文首先介绍了IP Camera监控系统及其构成，并以智原科技MPEG4编解码SoC平台-FIC8120为例重点介绍了基于FIC8120的IP Camera方案。网络化监控系统代表了监控系统的发展潮流，经济效益和社会效益巨大。其中有代表性的就是DVR(Digital Video Recorder)系统和具有部分网络功能的NVR(Network DVR)系统向网络化视频监控系统的转变，又称为IP Camera监控系统转变。IP Camera监控系统最早出现于2001年，网络化视频监控系统从一开始就是针对在网络环境下使用而设计的，因此它克服了DVR/NVR无法通过网络获取视频信息的缺点，用户可以通过网络中的任何一台电脑来观看、录制和管理实时的视频信息。IP Camera监控系统组成： IP Camera监控系统由CCD/CMOS摄像头、MPEG4编码、网络协议处理设备、以太网网络系统、存储或者缓冲服务器以及用户管理等部分构成。随着集成电路技术的发展，出现了包括MPEG4压缩和网络处理功能的单芯片，可以把CCD Camera、MPEG4编码和网络处理设备集成到一个模块中，一般把这样的模块称为IP Camera。IP Camera主要由4个模块构成：CCD/CMOS摄像头、图像获取编码模块、网络处理模块和控制监控终端。作为视频来源的CCD/CMOS摄像头，其分辨率可以根据需要选择，通常为320×240或者640×480，为了方便，图像获取模块接口已经降低成本考虑，可直接输出数字视频。图像获取模块通常完成图像的接收、格式转换、MPEG4压缩等功能。网络处理模块根据适当的协议把MPEG4码流实时地传送到网络上。控制监控终端则接受和处理来自与网络服务器的控制指令，设置IP Camera的参数，用户管理和认证。IP Camera硬件结构：下面着重介绍以智原科技FIC8120为例的IP Camera方案，FIC8120是目前高集成度的硬件MPEG4编解码SoC。其核心是MPEG4/JPEG视频编解码硬件引擎和功能强大的FA526 RISC 32bit CPU（ARM922），它有8K I-cache和8K D-cache。这个编解码引擎支持MPEG4实时编码/解码,可以达到30fps且压缩分辨率为720×480的码流。以FIC8120为基础的IP Camera方案的硬件结构主要有系统存储、网络接口、视频接口、音频接口和外部存储接口等构成。◆ 系统存储FIC8120包括了MPEG4编解码和FA526，两者使用共同的系统存储器件，省去了目前流行的双芯片方案（MPEG4+主控CPU）中，MPEG4需要的独立的NOR FLASH和SDRAM。不仅降低BOM，而且也显著减少系统复杂性。系统的存储器件有NOR FLASH使用两片TE28F256J3C125（16Mx16），系统SDRAM由两片W982516CH-7 (32Mx16) 的SDRAM构成，存储器件的容量大小可由使用者自行扩充。◆ 网络接口由于FIC8120内置了802.3以太网MAC控制器，外部只需要802.3物理接口芯片即可完成以太网的功能，开发板上的802.3物理接口芯片采用DM9161A。◆ 视频接口FIC8120留有数字视频输入接口，对于输出CCIR656/601的CCD/CMOS照相模块，可以直接与FIC8120连接，无需其他处理；对于输出复合视频或者S-Video的CCD/CMOS照相模块，需要一个外部的视频解码芯片，本方案使用了Philips的SAA7113芯片。◆ 音频接口FIC8120含有I2S接口，可以方便的接目前主流的音频解码器，本系统使用wolfson（欧胜）公司的WM8731芯片。◆ 外部存储接口由于FIC8120整合了高速USB OTG控制器与PHY的IP，很容易接上大容量的NAND FLASH或者带有USB接口的硬盘作为外部存储设备。FIC8120数据流流向可分为不同方向：若提供内容的来源是CMOS传感器，FIC8120内捕捉模块的DMA直接将视频流向SDRAM控制器送。若提供内容的来源是电视、数字录像机、DVD或CCD摄像头，FIC8120内捕捉模块的DMA可通过SAA7113芯片将视频流向SDRAM控制器送。在此，我们设计了一个硬件预览路径将视频流直接传送到显示模块，用户可以在LCD显示屏上见到所录制的录像。视频流在SDRAM存到一定的量再送到MPEG4编码器进行编码，因为我们将捕捉模块的视频直接送到SDRAM控制器，而非通过AHB总线，因此即使录制720×480的影像，带宽依然能够得到保证。压缩过的录像回存到SDRAM存储器，在送达任何存储设备，如SD卡、Micro Drive或是硬盘。IP Camera软件构成：IP Camera的软件主要有外设驱动程序、TCP/UDP/IP协议栈、LINUX、RTP/RTCP、音频/视频编解码库和应用软件等构成，◆ 外设驱动程序外设驱动程序包括802.3以太网MAC控制器、通用I/O、I2S/AC97、SD/MMC卡、LCD显示控制器、视频捕获设备、硬盘控制器和高速USB OTG控制器等的驱动程序。◆ TCP/UDP/IP协议栈该协议栈是符合工业标准且经过充分的验证的TCP/UDP/IP协议栈。◆ Linux Kernel基于Linux2.4.19内核，会升级到Linux 2.6，针对FIC8120设计板极启动代码(Boot Startup Program)，并根据IP Camera应用的需要做优化和裁减。◆ 音频/视频编解码库基于FA526的媒体库，包括MP3/WMA/AAC/MPEG4/MJPEG解码器、音频视频同步机制和FFMPEG应用软件来帮助客户进入多媒体应用市场。◆ 应用软件应用软件