基于FH8735和高清多媒体芯片的高清DVR方案

1.前言

嵌入式DVR从2006年开始快速发展，目前高端DVR的回放达到D1格式已经实现，但是在预览输出方面，大部分还只能支持到标清或者通过VGA接口实现720P的显示。随着高清显示器价格的下降和普及，监控系统已经开始进入显示的高清时代，预览和回放的显示效果成为下一代DVR的一个关键指标。为了提升安防产品的显示效果，达到专业级视频播放器的显示水平，高清解码器逐步被应用到一些高端DVR方案中，通过使用其专业级的解码，后处理功能和显示能力，使得DVR的显示效果达到了专业级高清播放器的效果。

富瀚为适应DVR的高清化趋势，在2009年推出了FH8735多通道H.264编码芯片；同时在新一代的DVR产品方案中，引进和使用Sigmadesign公司的最新专业级高清播放器芯片SMP8655，SMP8655是SigmaDesign公司最新的高清解码芯片，具有强大的视频解码，显示处理功能，并具有丰富的接口。此方案很好地满足了DVR发展趋势。

2.FH8735的介绍

FH8735是一款高性能的音视频编码芯片，支持H.264Mainprofile和Baselineprofile视频压缩格式，可以进行八路标清或者2路720p高清的实时编码和多路音频编码。在编码的同时，完成音视频同步，输出ES/PES/PS/TS。除了高性能的视频编码能力，FH8735提供了丰富的视频预处理功能，如de/interlace,de/noise,OSD叠加，缩放，移动侦测等。FH8735的视频输入接口可以同时接收8路标准BT.656。也可以根据需要把视频输入接口配置为一路高清视频输入接口。FH8735可以接收来自CMOS/CCDModule,视频解码器，LVDS接收器以及HDMI接收器等输出的数字视频。除此之外，FH8735可以直接接收TW2815/TW2816输出的timemultiplexerQuad/CIF视频。FH8735可以同时接收八路立体声音频输入。亦可以根据应用的需要配置为16路单声道的音频输入。

为了配置外接的视频和音频接收芯片，FH8735提供两路完全独立的标准I2C接口，以应对可能出现的外部设备I2C地址的冲突。FH8735的典型应用包括视频会议系统，安防监控等需要高分辨率或者多路视频编码的领域。

FH8735的主要技术特点如下：

多通道视音频编码：支持H.264MainProfile和BaselineProfile，支持帧编码和场编码；支持I,P,B帧；支持CAVLC和CABAC编码能力支持到D1@240fps或720p@60fps编码，并支持双码流编码；支持CBR，VBR和ABR等码率控制方式。

视频输入接口：FH8735具有8个BT.656数据输入通道，每个通道均支持54MHz的增强模式，最多可以输入16路BT.656视频数据。也可以根据需要把视频输入接口配置为2通道HD视频输入接口（最高2048×1024）

视频处理器和OSD：FH8735的视频前处理功能包括去隔行处理，去噪，移动侦测，遮挡侦测，区域屏蔽，水印叠加，编码和预览视频具有独立的scaler，文本和图像OSD

音频输入接口（I2S）：支持8路立体声音频输入或16路单声道输入

主机接口：32-bitPCI，兼容PCI2.2规范，33MHz

外部储存器接口：支持2组DDRSDRAM,32-bit@400MHz

其他接口：I2C，UART，SPI，GPIO等

3.SMP8655介绍

SMP8655是一个高度集成的媒体处理器，通过大幅提升CPU速度，内存带宽和架构效率，SMP8655的性能比同类型芯片提升到一个更高的层次。SMP8655是一个多核多媒体芯片，具有500MHzMIPS24k主处理器，该主处理器可以实现简明的用户交互和大量基于应用的功能，这些功能使得SMP8655可以满足面向未来的各种应用。SMP8655还有另外称为IPU的MIPS处理器，该处理器管理中断操作和分担难以承担的系统任务，例如网络协议栈的拆分，来进一步优化主处理器的利用率。SMP8655的第三个MPIS管理所有系统安全功能，包括解密和密钥生成。该SMP8655还具有一个新的DDR/2内存控制器，支持双倍数据速率高达666Mbps的存储器，而专门改进的仲裁引擎，也最大限度地提高了存储器的访问效率。

SMP8655主要功能特点如下：

多格式视频解码。支持MPEG-4.10（H.264）BP@L3,MP@L4.0andHP@L4.0；SMPTE421M（VC-1）MP@HLandAP@L3；WMV9MP@HL；MPEG-2MP@HL；MPEG-4.2ASP@L5和AVSJizhunprofile@L2.0,4.0and6.0的解码；先进的视频处理功能。支持：32-bitOSD，2D图形加速，运动自适应的去隔行，Deblocking和deringing滤波，同时高清和标清输出，颜色色温和Gamma控制；视频输出接口。包括HDMI，YPbPr分量和RGB模拟输出。对于模拟输出，内置的12-bit视频DAC可以产生高质量的视频信号。输出分辨率支持到1920x1080i30或1920x1080p60。丰富的外设接口。支持两个SATA接口，两个USB2.0接口，SDIO接口和两个100M以太网接口；

SMP8655系统框图如下：

4.方案功能介绍

该方案实现的主要功能包括：

视频和音频输入：16路视频和音频输入

编码：16D1H.264实时编码

解码和回放：同时支持8D1H.264解码回放；支持多格式的高清解码（H.264，MPEG4，AVS，AVI等）

视频前处理：支持De/interlace，De/noise，OSD，移动侦测，遮挡检测，区域屏蔽

视频后处理：2Dgraphicsaccelerator，OSD，De/interlace，mixing，arbitrayscaling

视频输出：1080P60视频输出（HDMI,YPbPr,RGB）

外设：USB2.0,Ethernet,SDIO,SATA，PCI

该方案相比目前市场上的16路DVR方案，主要特点有：

1.功能丰富。

FH8735集成了编码和视频监控所需要的视频处理功能，SMP8655实现了多路回放，显示和丰富的外设接口。

2.方案开发难度低。

该方案架构实现简单。主芯片包括两片FH8735做H.264编码和一片SMP8655完成系统应用程序和解码。

5.系统架构

该系统主要由FH8735和SMP8655构成，FH8735和SMP8655之间通过PCI总线进行数据，状态和命令的交互。在功能分工方面，FH8735完成视频的输入，针对安防应用的前处理（运动检测，区域屏蔽等），H.264编码和预览显示数据的输出。

SMP8655作为主控CPU，主要完成8路标清视频的解码，视音频的预览，视频输出，音频输出等媒体流处理功能；SMP8655的MIPS32内核作为通用处理器主要完成系统的引导，图形化的用户接口、用户操作管理、文件系统、文件存储管理、视音频参数设置、系统参数设置、用户权限管理、日志管理、云镜控制、报警输入输出控制、网络协议栈、网络管理等应用层功能。FH8735和SMP8655之间通过共享内存，以及硬件信号量进行通讯。

SMP8655内置两个SATA接口，更多的SATA接口可以通过33MHz的PCI总线进行扩展。

方案系统示意图如下：

6.软件架构

FH8735软件架构

Firmware：运行于FH8735内部的CPU之上，完成FH8735硬件模块的配置和控制，主机命令的接收和处理；当前状态的报告；码流和预览数据的传输等。

PCI驱动：提供SMP8655和FH8735之间的数据，命令和控制的传输通道。

SDK：SDK提供了FH35视频编码芯片的所有控制接口，应用程序（APP）可通过调用此SDK来实现多路视音频信号的实时编码和录像、水印、中文OSD叠加、时间戳叠加、Logo叠加、Mosaic遮蔽、单帧捕获、强制关键帧输出、动态改变压缩帧率参数、动态调节视频参数、动态改变帧结构、动态检测、双码流等功能

SMP8655软件架构

SMP8655运行在Linux平台，实现嵌入DVR上各种外设的设备驱动，利用FrameBuffer作为显示控制，然后在此基础上实现嵌入DVR的应用程序。

Linux驱动：Linux的设备驱动程序在Linux系统中以内核模块的形式出现，在系统需要时加载和调用；直接控制硬件平台，向内核提供标准的接口函数，为应用程序提供统一的硬件抽象层。

应用程序：主要由显示控制、系统管理、存储管理、输入输出控制、网络控制等五个子系统组成。显示控制负责视频信息的输出，包括：菜单显示、预览显示、回放显示等模块。显示控制是系统的主要功能模块，富瀚提供API实现这些功能。包括：预览功能。完成通过PCI通道获取YUV预览数据，预览数据的显示和多画面合成拼接。

多路解码和显示；GUI实现。实现标准Framebuffer的驱动。统管理负责整个系统的管理控制，包括：录像控制、参数设置、视频遮盖、报警设置、移动侦测、用户管理、网络设置等模块。富瀚提供PCI驱动程序和API，实现对FH8735的参数配置。预览参数设置，编码参数设置，码流获取；录像控制、参数设置、视频遮盖、报警设置、移动侦测；

存储管理模块实现各种数据的存储、查询功能，包括：磁盘管理、文件存储、日志管理、参数存储、检索备份等模块。输入输出控制负责响应外部输入设备（按键、485键盘、遥控器、鼠标、报警输入）的控制命令，同时控制外部输出设备（报警输出、云台），包括：按键面板、遥控器、485键盘、云台控制、鼠标接口等模块。网络控制为客户端和集中监控软件提供接口，使得可以通过网络对DVR主机进行远程操作。

7.结束语

FH8735是一个高性能的H.264编码芯片，并且集成了丰富的视频处理功能；而SMP8655是一个集成度很高的高清媒体处理器，硬件上提供高性能的处理器内核和解码内核，软件基于嵌入Linux操作系统，富瀚基于SMP865和FH8735的平台完成了针对嵌入式DVR应用的SDK。强大的处理能力加针对DVR应用的SDK，使得在此平台上可以快速地开发出DVR和NVR产品。同时，由于集成度高，外围芯片少，系统稳定性将大大增强。方案的推出必将推动全D1嵌入式DVR的进一步普及。