引 言

　　短短幾年的發展，數字硬盤錄像機(DVR)依托其強大的數字化、網絡化功能，已逐步取代了傳統模擬錄像設備的主導地位，成為監控市場的主流。其應用已經從最初的金融領域發展到交通、樓宇、公安、監獄、廣場、小區、機房、環境、考場等各種應用場所，只要是想對圖像和聲音進行監控的場所就會應用到DVR系統。　　

　　目前，數字硬盤錄像機的產品技術趨勢主要有兩種：

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

　　嵌入式DVR產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)。ASIC方案的編碼質量和處理性能依賴IC開發商，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MPEG-4的4CIF高清晰編碼。本系統采用EQUATOR BSP-15 DSP方案，設計具有高清晰度的高端嵌入式數字硬盤錄像機。

　　1 系統設計

　　數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芯片進行圖像數據的壓縮編碼，將壓縮編碼的數字圖像數據存儲在硬盤等大容量存儲設備中，或通過網絡實時監控遠程圖像。使用者可簡單、便捷地通過網絡或遙控器OSD菜單方式，對存儲的錄像數據進行檢索、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工具和所支持的操作系統；過去開發的經驗以及處理器的成本；代碼兼容性和算法復雜性等。在該系統中，選擇了摩托羅拉的MPC8250做為系統的主控處理器。

　　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、系統接口單元SIU和通信處理單元CPM構成。它支持60x總線，其數據線為64位，地址線為32位；支持PCI/LOCAL總線，其數據線為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設計。　　

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

　　1.1.3 硬件總體設計思想　　

　　系統需要實現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通信交換數據。因此，整個系統電路設計非常復雜。根據機箱結構設計要求，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的主要功能是實現多路視音頻數據的獨立壓縮編碼，將編碼的數字圖像數據存儲在硬盤，存儲的圖像數據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的通信方式，快捷、方便的檢索、備份、回放硬盤數據。同時，它還具有動態偵測、定時報警等條件錄像功能，并且當硬盤使用完時，具有將最老的數據循環覆蓋的功能。 　　
        經過系統功能需求和數據流的分析后，將系統分解為系統管理子系統、通信子系統、PCI通信管理子系統、錄像數據存儲、檢索子系統和0SD菜單子系統，每個子系統由一個或多個任務進行管理。　　

　　系統管理子系統主要實現系統的錄像啟動、停止等控制以及調度算法的實現；系統總體資源的分配與調度；與其他子系統之間的控制與數據交換的同步。　　

　　通信子系統包括的內容比較多，有基于TCP/IP的以太網通信，基于串口的RS232或：RS485通信。該子系統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、網絡客戶端通信模塊和UDP組播或單播通信模塊。　　

　　PCI通信管理子系統主要負責與BSP一15的PCI通信，其內容包括數據的交換和信令的交換與控制。

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

　　主要完成以下功能：　　

　　◆圖像數據的IDE存儲；
　　◆錄像記錄文件列表的檢索；
　　◆錄像數據文件的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。　　

　　該子系統包括以下幾個處理模塊：寫圖像數據處理模塊、讀圖像數據處理模塊和數據檢索處理模塊。

　　(1)寫圖像數據處理　　

　　將BSP一15送來的圖像編碼數據按照定義的格式與規范寫入硬盤，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。在圖像數據的寫處理中，為了錄像數據快速定位和快速檢索，系統中需要建立必須的數據塊索引映射關系。硬盤的切換控制，在沒有數據的回放或備份情況下，一般只有一個硬盤處于IDLE工作狀態，而其他盤處于STANDBY的待命狀態。在STANDBY狀態下，硬盤的電機是停轉的，而從 STANDBY狀態到IDLE狀態的切換時間一般需要7～8 s。 為了避免圖像編碼數據因等待硬盤啟動時間過長而造成的數據溢出，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狀態切換到IDLE狀態，而IDE 硬盤寫滿后，由IDLE狀態切換到STANDBY狀態，這樣既降低系統運行的功耗，又提高了IDE的使用壽命。

　　(2)讀圖像數據處理　　

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

　　(3)數據檢索處理　　

　　檢索處理模塊相當于本子系統的對外聯絡的窗口，負責接收來自其他子系統的請求，將來自網絡或本地OSD 菜單的錄像數據檢索請求預處理后，根據系統內的數據檢索處理算法，快速計算是否滿足數據請求的要求。若有符合要求的數據索引，快速定位數據在哪個硬盤的哪個位置上，并且將結果分發給相應的讀處理模塊進行進一步的數據讀處理，實現錄像數據備份或回放。同時，該處理模塊還負責IDE中的圖像數據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，并總結出一些開發過程中的經驗和教訓，為產品的系列化打下了堅實的技術基礎。經過測試試驗，該系統穩定、可靠；在性能方面，能同時支持8路的圖像監控、4路的網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品的型試檢驗，產品已經成功推出上市。