CN104219505A

CN104219505A - 一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***

Info

Publication number: CN104219505A
Application number: CN201410512167.6A
Authority: CN
Inventors: 李俊峰; 祖耀; 张�杰; 冯彬
Original assignee: JOVISION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JOVISION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2014-12-17

Abstract

一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***，它包括：用以对音视频数据进行格式转换的音视频预处理模块，用以进行时序配合和同步数据传输的FIFO模块，用以对FIFO模块进行读写操作控制同时启动DMA方式使其读数和写数的过程中符合PCI协议的PCI主模式模块，用以对PCI-E桥接芯片寄存器进行读写操作的PCI从模式模块，用以将音视频数据以DMA传输方式发送给计算机并将数据直接写入内存的DMA数据传输模块，用以进行分通道双向传输数据的PCI-E模块。本发明将高清模拟音频视频信号转换成计算机能识别的数字音视频文件，充分利用了PCI协议带宽，不仅能够传输实时传输高清视频数据，而且具有良好的硬件兼容性。

Description

一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***

技术领域

本发明涉及一种音视频采集***，具体地说是一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***。

背景技术

目前国内安防行业已经具有支持音频或音视频的媒体桥产品，但大部分是4路D1画质的芯片产品，极大地限制了芯片的应用，并且集成度高的音视频多路媒体桥产品国内尚无单位研发成功；国外方面，同类产品正处于不断地研发完善阶段，类似产品为Pericom公司的PI7C9x9204芯片、科胜讯公司的cx25854芯片。其中Pericom半导体公司是一家从事集成电路设计、开发及测试生产的美商独资企业，并于全球多处设有研发、销售和技术支持分支机构，对产品研发投资力度大，技术创新能力强，是强有力的竞争对手；科胜讯***公司是全世界最大的通信电子半导体独立研发厂商，可以为各类电子应用提供集成***和半导体产品，生产能力强，同样对本产品存在潜在竞争。

现有方案采用PCI架构进行传输，PCI协议上是可以支持到66M时钟的，但是，大多数计算机主板不支持66M的PCI时钟，这就将数据传输速率降低了一半。因此，为了充分利用PCI传输带宽，同时兼顾兼容性，迫切需要一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***，能够充分利用PCI传输带宽，实现将音视频采集芯片采集到的数据上传到计算机的桥接功能。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***，用以将音视频采集设备输入的高清模拟音频视频信号转换成计算机能识别的数字音视频文件，其特征是，包括音视频预处理模块、FIFO模块、PCI主模式模块、PCI从模式模块、DMA数据传输模块和PCI-E模块；

所述音视频预处理模块包括音频AD转换模块和视频AD转换模块，所述音频AD转换模块用以将采集到的音频按照I2S标准转化为PCM制式的音频数据格式，所述视频AD转换模块将采集到的视频转化为720P、D1或CIF制式的YUV422格式的视频数据；

所述FIFO模块用以进行时序配合和同步数据传输；

所述PCI主模式模块用以对FIFO模块进行读写操作控制，同时启动DMA方式，使其读数和写数的过程中符合PCI协议；

所述PCI从模式模块用以对PCI-E桥接芯片的寄存器进行读写操作，使其符合PCI协议；

所述DMA数据传输模块用以将音视频数据以DMA传输方式发送给计算机并将数据直接写入内存，以此来提高数据传输的速度；

所述PCI-E模块用以进行分通道双向传输数据。

优选地，所述***还包括I²C接口配置模块，用以采用I/O接口模拟I²C总线与I²C总线器件进行通信。

优选地，所述音视频采集设备包括拾音器和摄像机。

优选地，所述FIFO模块采用异步FIFO模块。

优选地，所述PCI-E模块包括PCI-E X1总线、PCI-E X2总线、PCI-E X4总线、PCI-E X8总线、PCI-E X12总线、PCI-E X16总线和PCI-E X32总线。

本发明研究多通道音视频数据通过PCI Express总线协议,进行DMA传输的方法，突破了所需多功能模块集成、DMA效率优化、多通道仲裁级联以及低功耗异步FIFO等关键技术，构建一种功能高度集成的多通道合一的高效体系架构。其中主要包含了Video & Audio预处理模块，异步FIFO模块，PCI模块和PCI-PCIe模块四大部分以实现视频采集功能。

视频数据按照BT656格式，音频数据按照I2S格式送入，首先对音视频数据按照配置要求的工作方式进行预处理，视频预处理模块可以转化视频的制式（Format转化功能）为YUV422/YUV411格式，并支持尺寸缩放功能（Scaling），并可以调整采集的视频格式为D1或CIF制式进行传输；音频将拾音器采集到的音频文件按照I2S标准转化为PCM制式的音频数据格式，并可以调整单双声道。

对于传统的图像采集端的时钟应该是基于27Mhz，而本发明的PCI数据总线基于66Mhz，应用在这样的视频采集卡上的多媒体桥芯片采用异步 FIFO完成跨时钟域的任务。异步 FIFO是一种先进先出电路，用来存储、缓冲、同步2个异步时钟之间的数据传输。整个***分为2个完全独立的时钟域：读时钟域和写时间域。

本发明的音视频制式数据按照用户指定的格式传输相应的音视频数据通过PCI 和PCI-PCIe模块以DMA猝发传输的方式发送到主机。我们所使用32位66MHz下工作Burst传输速率高达256MB/s；***占用率低，具有较好的兼容性；有完备的即插即用( Plug and play，PnP)管理体制，可同时支持多组***设备。

本发明的有益效果是：本发明充分利用PCI传输带宽，实现了将音视频采集芯片采集到的数据上传到计算机的桥接功能，将音视频解码芯片输出的BT656以及I2S信号通过PCIe信号送给计算机。本发明充分利用了PCI协议带宽，不仅能够传输实时传输高清视频数据，而且具有良好的硬件兼容性。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明的一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***，用以将音视频采集设备输入的高清模拟音频视频信号转换成计算机能识别的数字音视频文件，它包括音视频预处理模块、FIFO模块、PCI主模式模块、PCI从模式模块、DMA数据传输模块、PCI-E模块和I²C接口配置模块；所述音视频预处理模块包括音频AD转换模块和视频AD转换模块，所述音频AD转换模块用以将采集到的音频按照I2S标准转化为PCM制式的音频数据格式，所述视频AD转换模块将采集到的视频转化为720P、D1或CIF制式的YUV422格式的视频数据；所述FIFO模块用以进行时序配合和同步数据传输；所述PCI主模式模块用以对FIFO模块进行读写操作控制，同时启动DMA方式，使其读数和写数的过程中符合PCI协议；所述PCI从模式模块用以对PCI-E桥接芯片的寄存器进行读写操作，使其符合PCI协议；所述DMA数据传输模块用以将音视频数据以DMA传输方式发送给计算机并将数据直接写入内存，以此来提高数据传输的速度；所述PCI-E模块用以进行分通道双向传输数据；所述I2C接口配置模块用以采用I/O接口模拟I²C总线与I²C总线器件进行通信。

作为优选地方案，所述音视频采集设备包括拾音器和摄像机，所述FIFO模块采用异步FIFO模块，所述PCI-E模块包括PCI-E X1总线、PCI-E X2总线、PCI-E X4总线、PCI-E X8总线、PCI-E X12总线、PCI-E X16总线和PCI-E X32总线。

为了解决通用的音视频采集方案存在芯片繁多、PCB布局复杂、电磁干扰大导致故障率高和DMA传输效率低等问题，本发明采用将多通道音视频数据通过PCIe总线协议进行DMA传输的方法，突破了传统音视频采集方案需要多个功能模块集成的局限，采用了DMA效率优化、多通道仲裁级联以及低功耗异步FIFO等关键技术，构建一种功能高度集成的多通道合一的高效芯片体系架构，并以此来实现音视频媒体桥功能。

该基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***主要包含了音视频预处理模块，异步FIFO模块，PCI模块以及PCI-PCIe四大部分以实现音视频的采集功能。

(1)音视频预处理模块

视频数据按照BT.656/BT.1120格式，音频按照I2S格式送入芯片，本发明对音视频数据按照配置要求的工作方式进行预处理，视频预处理模块可以转化视频的制式（Format转化功能）为YUV422/YUV411格式，并支持尺寸缩放功能（Scaling），并可以调整采集的视频格式为720P、D1或CIF制式进行传输；音频将拾音器采集到的音频经ADC后按照I2S标准转化为PCM制式的音频数据格式，并可以调整单双声道。这些音视频制式的调整只需要对本发明所述***的配置寄存器进行配置，芯片即可按照用户指定的式传输相应的音视频数据通过PCI-E总线以DMA猝发传输的方式发送到主机。

(2) PCI-E模块

PCI Express总线支持双向传输模式和数据分通道传输模式。其中数据分通道传输模式即PCI Express总线的x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32多通道连接，x1单向传输带宽即可达到250MB/s，双向传输带宽更能够达到500MB/s，能够满足视频大数据量传输的要求；PCI-E对***资源占用低，兼容性好，有完备的即插即用管理机制，可同时支持多组***设备。针对视频数据的特点，重点优化PCI的Burst DMA传输机制，在多路视频对传输通道竞争上，通过适当增加缓存和优化的调度，实现平衡、可靠的传输。

(3) 异步FIFO模块

本发明对于跨时钟域（Audio & Video to PCI）的问题，其核心在于如何避免亚稳态的产生，稳定传输数据。异步FIFO的原理是将异步数据存储稳定后再读取使用，即前一级时钟域先把数据存储到RAM，稳定后再读取到后一级时钟域，从而实现异步数据的可靠传输。异步FIFO是一种先进先出电路，用来存储、缓冲、同步2个异步时钟之间的数据传输。整个***分为2个完全独立的时钟域：读时钟域和写时间域。其中重点与难点在于如何正确地判断空满状态逻辑，以及格雷码地址的转换来避免亚稳态的产生。FIFO用双端口RAM 实现，可同时进行读写操作，写操作通过写地址逻辑产生写控制信号和写地址实现；读操作通过读地址逻辑产生读控制信号和读地址实现；空/满标志产生逻辑通过读写地址比较来产生空/满标志。在异步FIFO结构中，双端口存储器可有效隔离2个独立时钟域的异步接口，通过提高空/满标志产生逻辑的可靠性能很好地抑制亚稳态。异步FIFO同步器对2个时钟域(写时钟域、读时钟域)没有限制，很适用于多数据传输的异步接口设计。该异步FIFO采用格雷码方式对读写逻辑进行编码，从而有效避免了亚稳态的产生。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***，用以将音视频采集设备输入的高清模拟音频视频信号转换成计算机能识别的数字音视频文件，其特征是，包括音视频预处理模块、FIFO模块、PCI主模式模块、PCI从模式模块、DMA数据传输模块和PCI-E模块；

所述音视频预处理模块包括音频AD转换模块和视频AD转换模块，所述音频AD转换模块用以将采集到的音频按照I²S标准转化为PCM制式的音频数据格式，所述视频AD转换模块将采集到的视频转化为720P、D1或CIF制式的YUV422格式的视频数据；

所述FIFO模块用以进行时序配合和同步数据传输；

所述DMA数据传输模块用以将音视频数据以DMA传输方式发送给计算机并将数据直接写入内存；

所述PCI-E模块用以进行分通道双向传输数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***，其特征是，还包括I²C接口配置模块，所述I²C接口配置模块用以采用I/O接口模拟I²C总线与I²C总线器件进行通信。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***，其特征是，所述音视频采集设备包括拾音器和摄像机。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***，其特征是，所述FIFO模块采用异步FIFO模块。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于PCIe的多路高清模拟音视频采集***，其特征是，所述PCI-E模块包括PCI-E X1总线、PCI-E X2总线、PCI-E X4总线、PCI-E X8总线、PCI-E X12总线、PCI-E X16总线和PCI-E X32总线。