基于USB总线的JPEG编码视频压缩模块设计毕业设计（论文）.doc

基于USB总线的JPEG编码视频压缩模块设计 周瑛1 辛勤2 (1410011 长沙市电子研究所) (2410073 国防科学技术大学) [摘 要] 本文介绍了一种基于USB总线的高分辨率JPEG编码视频压缩模块硬件设计方案和软件工作流程。该模块具有分辨率高、压缩比大、接口简单等特点，可以方便地和USB2.0主控设备结合在一起组成动态或静态视频监控系统。 [关键词] JPEG压缩 视频采集 远程监控 USB总线 在远程视频监控系统中，视频采集及压缩传送是不可或缺的重要组成部分。本文介绍了一种基于USB总线的JPEG编码视频压缩模块设计方案，它具有图像分辨率高(130万像素)、压缩率大、接口简单等特点，可以方便地和USB2.0主控设备结合在一起，由上位机通过软件指令控制拍摄、视频压缩和上传压缩图像数据，从而组成动态或静态视频监控系统。该模块已经得到实现并在防窃电远程监控系统中得到应用，也可适用于银行、移动基站等需要高分辨率视频监控的系统应用。 硬件结构主要由三部分组成：模块、JPEG编码解码器以及USB总线控制器。USB总线控制器Cypress Semiconductor公司的CY7C68013(又称EZ－USB FX2)它是世界上第一款集成USB2.0的微处理器，集成了USB2.0收发器、串行接口引擎、增强的8051微控制器和可编程的外围接口。FX2这种独创性结构可使数据传输率达到USB2.0允许的最大带宽56Mbytes/s。在FX2中，智能SIE可以硬件处理许多USB1.1和USB2.0协议，从而减少了开发时间和确保了USB的兼容性。GPIF)和主/从端点FIFO（8位或16位数据总线）为ATA、UTOPIA、EPP、PCMCIA和DSP等提供了简单和无缝连接接口。JPEG编码解码器EPSON公司开发的图象S1D13718，它支持YUV4:2:2格式视频输入具有图像裁减、JPEG编码解码、图像增强、LCD显示等多种功能。S1D13718异步并行端口、LCD显示接口、I2C接口和标准的视频接口。模块C602模块，它内部包含CMOS摄像头和图像处理芯片OV9650，输出图像最大可为130万像素，输出图像格式包括SXGA、VGA、QVGA、CIF、QCIF等。C602模块具有标准的视频接口和OmniVision公司自定义的SCCB配置总线(包括SIO_C和SIO_D信号)，分别用于输出图像数据和参数配置。 模块作为一个USB设备，主要完成、JPEG编码、压缩图像数据上传等任务。其硬件结构如图所示 CY7C68013利用外接的一片EEPROM芯片来存放USB设备配置信息和8051应用程序。该应用程序在上电后加载到8051内核，主要完成两个任务：实现USB协议，包括USB设备配置及USB数据传输；实现对S1D13718和C602的初始化，以及对拍摄、编码和数据传输过程的控制。 图1 硬件结构框图 S1D13718的host接口采用“影子”寄存器方式进行访问，即接口没有地址总线，外部主控器首先将要访问的寄存器或RAM地址按先低后高顺序分两次写入“影子”寄存器，然后再将数据由“影子”寄存器写入或读出。由RS信号来区分是写“地址”周期还是“数据”周期，为低表示“地址”周期，为高表示“数据”周期。由于CY7C68013并无其它外部存储器，为了简化译码，令S1D13718内部寄存器及RAM占据了CY7C68013所有外部地址空间，即只要8051访问外部地址就必定指向S1D13718。此外将地址管脚A0直接与RS信号相连，利用奇偶地址来区分“地址”或是“数据”周期。即访问外部偶地址空间时A0为低，表明是“地址”周期，访问外部奇地址空间时A0为高，表明是“地址”周期。 KC602内部的配置寄存器是通过该模块的“串行Camera控制总线”(SCCB)来进行的。SCCB总线是OmniVision公司自定义的一套规范，包含一根数据线和一根时钟线。SCCB总线与I2C总线极其类似，写操作与I2C总线完全一致。因而将S1D13718的I2C总线直接与KC602的SCCB总线直接相连，通过I2C寄存器来对KC602进行配置。 二、软件设计方案 CY7C68013固件程序存放于外部EEPROM芯片该程序在上电后加载到8051内核，主要完成两：USB设备配置及USB数据传输；实现对S1D13718和C602的初始化，以及对拍摄、编码和数据传输过程的控制。；； 图2 固件程序流程 2.视频采集与JPEG编码控制 视频采集与JPEG编码过程是本系统要完成的主要任务，它通过对S1D13718内部寄存器按一定顺序合理设置来完成，主要包括以下步骤： 初始化数字Camera接口 使能JPEG模块； 初始化JPEG模块中的各寄存器，包括选择JPEG