1 引言

針對消費類和工業h.264編碼器要求，即使在有限存儲容量或有限寬帶的情況，必須提供最佳的視頻質量。因此，這里給出一種支持h.264高清編碼器的片上系統mg3500應用設計，非常通用于高清視頻編解碼器的相關應用。

2 mg3500 soc簡介

mg3500 soc(system-on-chip)是mobilygen公司推出的h.264高清編解碼器片上系統，其內部集成有嵌入式arm9處理器、nand／nor閃存、sd／sdio／mmc／ce-ata接口、10／100／千兆以太網的mac和usb2.0 otg端口，以及基于可靠的互聯網的aes／sha加密算法、uart、jtag、串行控制和通用i／o。240 mhz arm9處理器包含dsp擴展和各16 kb的指令高速緩存、數據緩存和暫存存儲器。

mg3500 soc支持h.264的基本檔次、主要檔次和高達4.1級的高畫質。在主要檔次和高畫質中的宏模塊自適應場／幀(mbaff)編碼允許隔行素材每比特最高質量。它還支持集成電路設備(ide)和緊湊式閃存(compact flash)。

2．1 mg3500 soc主要特性

(1)高清h.264編解碼器 雙碼流高清／標清h.264編解碼器，支持h.264的基本檔次、主要檔次和高畫質，h.264編解碼分辨率高達1 920×1 080 i，可編程的分辨率和幀頻，多碼流標清編解碼，視頻比特率范圍：64 kb／s～62.5 mb／s，宏模塊自適應場／幀(mbaff)。
(2)mpeg-2解碼器 高清／標清解碼器實時將高清mpeg-2碼流轉換為h.264格式，多碼流標清mpeg-2解碼。
(3)jpeg／mjpeg編解碼器jpeg編解碼器，高清／標清mjpeg，支持可交換圖像文件格式(exif)。
(4)音頻編解碼器 高保真雙通道aac-lc編解碼器，mp2格式編解碼器，mp1和mp3格式解碼器，杜比數碼(dolbv digital)5.1聲道解碼，g.711編解碼器，可調的比特率和采樣頻率，支持編解碼器的擴展，1路sony／philips家用數字音頻輸出接口(s／pdif)或2路i2s音頻i／o端口。
(5)視頻輸入處理器(vip) 可調的視頻直接輸入，2個itu-r bt.1120并行接口，4個itu．r bt.656并行接口，2個先進的視頻輸入處理器，支持數字圖像穩定功能，支持平滑數碼變焦。
(6)視頻輸出處理器(vop)可以支持itu-r bt.1120或itu-r bt.656的高清／標清輸出，多碼流解碼支持畫中畫和多路混合視頻輸出，18位或8位rgb格式lcd接口，高質量的視頻壓縮輸出，2個帶α混合和游標的覆蓋圖層，生成可選擇的外部同步信號。
(7)內置有arm926-ej處理器 240 mhz通用處理器，16 kb數據高速緩沖存儲器，16 kb的指令高速緩沖存儲器，16 kb暫存存儲器。
(8)系統連通性 1個10／100／千兆以太網的mac，1個usb2.0 otg端口，高速比特流i／o端口，aes／sha加密。
(9)外圍設備接口 支持sd／sdio／mmc／ce-ata接口，支持ide和compact flash
(10)通用接口 2個spi或兩總線串行通信接口，3個uart接口，3個脈沖寬度調節器，8路專用gpio。可擴展到72路gpio。
(11)系統 內核電壓為1.0 v±10％，sdram的電壓為1.8 v±10％，i/o端口電壓為1.8 v，2.5 v，3.3 v±10％，單晶驅動音／視頻鎖相環。
(12)功耗(mg3500+sdram) h.264高清30fps+aac編碼750 mw。

2．2 mg3500 soc的接口

圖1所示為mg3500 soc的功能結構框圖。mg3500 soc內2個視頻輸入處理器(vip)、1個視頻輸出處理器(vop)、1個視頻多媒體引擎(mme)和1個音頻多媒體引擎。兩個相同的vip都可進行高品質視頻縮放、色度和伽瑪調整、濾波以及提取視頻分析的操作，都可處理兩路獨立的視頻輸入，分辨率最大可達1 920×1 080 i；vop支持高品質的視頻壓縮輸出，2個圖形內存區，1個硬件游標，支持色度和伽瑪調整并能輸出全電視信號，每一個圖形內存區為1～32位：視頻mme是一個專有精簡指令集計算機(risc)，用于單周期上下文切換和低功耗的優化，控制vip、vop和視頻內核。

2．2．1 視頻接口

兩路8位視頻輸入接口支持獨立的itu-r bt.656輸入，每路視頻輸入支持獨立的時鐘和同步信號。支持標清輸入，將時鐘頻率設置100 mhz以上也可支持包括來自高清傳感器的8位視頻信號在內的非標準視頻信號。兩路8位的視頻輸入接口還可組合成一路16位的itu-r bt 1120高清輸入接口。mg3500 soc支持的工作模式，如表1所列。

2．2．2 音頻接口

mg3500 soc的音頻多媒體引擎能使所有的音頻編解碼器有效。音頻接口包括2個i2s輸入和3個i2s輸出。其中一個i2s輸入和音頻時鐘相連，另一個i2s輸入及3個i2s輸出與另一個時鐘相連。其中一個音頻輸出口還可用于產生s／pdif兼容音頻。

2．2．3 以太網口、usb接口及sd／mmc接口

mg3500 soc的以太網媒體存取控制器(mac)通過一個媒體獨立接口(mii)、精簡的獨立媒體接口(rmii)或吉比特媒體獨立接口(gmii)來支持10／100／千兆以太網，mg3500soc還可以直接接到支持revmii接口的以太網交換機。usb接口支持高速usb 2.0 otg，可以做主設備或從設備。sd／mmc接口用來支持sd／sdio／mmc／ce-ata設備。這種4位的接口時鐘頻率可達50 mhz。

2．2．4 host接口

mg3500 soc可工作在主從兩種模式下。當mg3500 soc工作在主模式時，host接口的信號線用于連接nor flash，nand flash，compact flash，ide以及他外部設備。串口及其他i／o端口。mg3500 soc含有用于通信的多個異步收發傳輸器接端口(uart)，用于控制的脈沖寬度調節器(pwm)，用于外設控制的兩總線串行通信接口(twi)及串行外設端口(spi)。mg3500 soc的8個專用通用i／o口(gpio)以及復用的其他64個gpio可用于系統控制。這些復用的gpio引腳有許多不同的用途，只有當不使用該引腳的主要功能時方可使用gpio功能。

3 典型應用

mg3500的典型應用是車載dvr，由于它具有處理多個標準清晰度(sd)數據流的最高品質的高清(hd)h.264編／解碼，同時還提供在ip網絡上傳輸安全視頻數據流的廣泛網絡支持；典型情況下，一個en-vie編解碼器進行108li編碼時只要求500mw的功耗，與基于dsp的解決方案相比，這個功耗僅為后者的十分之一。圖2為車載dvr的主板模塊功能框圖，內含線性電源電路、cpu、sdram、復位電路、flash存儲模塊及fpga邏輯電路。

變換tw2864非標i2s為標準的i2s，提供1路i2s作為網絡對講，將數據流跟音頻輸入合并輸入到mg3500，音視頻輸入輸出，音視頻編碼采用tw2864，而音頻解碼采用tw2864，視頻解碼采用adv7393，串口擴展電路，外圍rs232，rs422，usb，1路ethernet，開關量信號檢測和輸出控制電路，報警量輸入輸出，工作狀態指示。sb通過usb hub擴展，設備狀態指示、報警輸入輸出、開關量檢測、can則由arm7完成。

車載dvr將4路模擬車輛音、視頻信號經專用a／d轉換器轉換為bt.656格式的數字信號，處理器將數據壓縮為h.264格式數據，存儲于硬盤，具有快速方便查詢回放模式，高速usb2.0接口，寬帶網絡接口，方便數據備份。同時結合車載行業的特殊性可拓展其他諸如影視播放、汽車黑匣子等功能。

車載dvr硬件功能方框圖由電源板模塊、音視頻編碼模塊、音視頻解碼模塊、數據存儲模塊、對外接口模塊、i／o采集模塊等組成。

電源板模塊是為系統提供可靠的、穩定的電源，提供過壓、過流保護；共模、差模干擾濾波等；輸出12 v、5 v的電壓信號。

音視頻編碼模塊是該系統設計的重點，tw2864實現4路音頻和4路視頻編碼，由于mg3500視頻捕獲口數量上的限制，從tw2864輸出的4路27 mhz的bt.656格式的視頻流經與fpga相連的ddriiram緩存后，變為2路54 mhz的視頻流輸入到mg3500的視頻捕獲口，由mg3500處理。tw2864將輸入的4路模擬音頻信號變為數字信號后，經一路i2s口輸人到mg3500處理。

音視頻解碼模塊實現圖像的實時預覽和圖像回訪功能。視頻解碼器將cpu輸出的數字信號，轉換成能夠遠傳的模擬視頻信號。

數據存儲模塊主要包含硬盤和sd卡兩部分，實現音視頻數據的本地存儲，重要的比如報警數據實現硬盤和sd卡的雙備份。同時sd卡還可用于程序更新、日志存儲、數據讀取等功能。

對外接口模塊主要包括usb2.0highspeed，ethernet，rs485，rs232等。其中usb實現數據的轉存、鼠標以及其他的usb設備等；ethernet接口實現數據的網絡備份、網絡參數設置、視頻網絡預覽等功能；rs485用于外接云臺；rs232接口外接gprs／cdma等模塊，同樣可接其他rs232設備。i／o采集控制模塊實現報警量的采集，對外報警量的輸出，車輛狀態采集，以及設備狀態指示等。

應注意的問題：usb的速度是這一部分的瓶頸，mobilygen公司不支持用戶采用擴展器件擴展usb口，因此使用usb hub，can接口器件采用帶can接口的arm7lpc2109，如2路可采用lpc2119，由于spi口被占用，同時mg3500的gpio數量不夠，將報警、車輛狀態采集、can由一片arm7完成，mg3500 ide接口只支持128 g硬盤，只能采用usb轉sata橋接器。

4 結束語

mobilygen公司推出的mg3500 soc，它能夠處理多個標準清晰度數據流的最高品質的高清h.264編解碼，同時還提供在ip網絡上傳輸安全視頻數據流的廣泛網絡支持，并且還包括一個mpeg-2解碼器和一個支持motion jpeg格式的jpeg編解碼器。與此同時，一些消費類和工業應用的h.264編解碼器。要求即使在有限存儲容量或有限帶寬的情況下，都必須提供最佳視頻質量。因此，在這些應用領域mg3500soc必將有廣泛的應用前景。