20世紀90年代以來數字多媒體技術取得了飛速的發展和廣泛的應用，超大規模集成電路及專用視頻壓縮處理芯片隨之迅速發展，同時隨著半導體存儲技術的發展，半導體存儲器的容量也越來越大，這為研制數字化的音視頻記錄系統提供了有力的技術基礎。同時數字化的記錄方法將視頻數據經過壓縮記錄在大容量的半導體存儲器上，能有效消除噪聲、加快拷貝和復制速度，快速回放和查找，同時還可以通過計算機網絡進行傳送，與傳統的磁帶式記錄系統相比有著巨大的優勢。基于此，作者設計實現了一種基于嵌入式控制模塊DIMM-PC/520IU和專用視頻處理芯片SZ1510硬件平臺的MPEG-1編碼標準的數字視頻記錄系統，該系統集成度高、功耗低、體積小、成本低，適合大量的各類視頻監控和記錄應用。

1 系統框架及原理說明

本系統選用的主要模塊是主控單元DIMM-PC/520IU[1]和視頻壓縮芯片SZ1510，周圍外部設備有視頻解碼芯片SAA7113H，音頻分頻器MK2703，音頻解碼芯片AK4550， RAM芯片，ROM芯片，IDE硬盤和電源模塊。系統總體框圖如圖1所示。系統加電后[2]，主控單元DIMM-PC調用程序，對視頻壓縮芯片SZ1510和視頻解碼芯片SAA7113H、音頻解碼芯片AK4550進行初始化配置；模擬視頻信號傳送給視頻解碼芯片SAA7113H進行解碼，生成CCIR視頻信號，AK4550采集輸入的模擬音頻信號,生成PCM數字音頻流,分別送入壓縮編碼芯片SZ1510,壓縮成MPEG－1格式的視頻流，主控單元DINMM-PC將其以文件形式存儲到IDE硬盤。為解決音視頻同步問題，音視頻同步采用視頻源的同步信號鎖定音頻編碼系統時鐘的方式。芯片SAA7713的LLC管腳輸出27MHz時鐘，經分頻器驅動，一路未分頻信號校準SZ1510的系統時鐘，另一路經過分頻器MK2703作為音頻編碼輸出系統時鐘。該27MHz信號在SZ1510內部倍頻至54MHz對輸入的音視頻數據進行同步。

2 MPEG-1壓縮算法的基本原理

MPEG-1視頻壓縮技術是針對運動圖像的數據壓縮技術[3]。為了提高壓縮比，幀內圖像數據壓縮和幀間數據壓縮技術必須同時使用。幀內算法與JPEG壓縮算法大致相同，采用基于DCT的變換編碼技術，用于減少空域冗余信息。幀間壓縮算法，采用預測法和插補法，預測法有因果預測器(純的預測編碼)，和非因果預測即插補編碼。預測誤差可再通過DCT變換編碼處理，進一步壓縮。幀間編碼技術可減少時間軸方向的冗余信息。從而在上述幾個方面達到了對圖像冗余信息的高效壓縮。MPEG-1視頻壓縮的基本原理如圖2所示。

圖2 MPEG-1壓縮的基本原理框圖

3 硬件設計

3.1 控制模塊設計

系統控制模塊我們選擇了Kontron公司DIMM-PC/520IU，采用AM5x86TM CPU,具有16KB 片內一級緩存,芯片組是ElanTM SC520集成,運行頻率133MHz，工作電壓為5V電壓，支持DOS、Linux、WinCE、Vxworks等多種操作系統，存儲溫度為－40℃～80℃，工作溫度0℃～60℃。DIMM-PC的所有模板使用了一種通用的DIMM-144內存插座作為連接件,采用144線的金手指連接方式,其CPU模板和擴展模板的插座略有區別,以防插錯,幾個擴展模板間沒有區別，可以隨便接插就象ISA插槽一樣。CPU模板144接線分為幾類ISA總線信號SD[0:15]、SA[0:19]數據地址信號；IOW、IOR、SMEMR等各種讀寫控制信號，OSC、SYSCLK、DRQ、DACK等特別功能信號,包含了標準ISA總線上的所有數據信號。

3.2 視頻音頻編解碼模塊設計

視頻解碼器采用Philips公司的SAA7113H,是一種從模擬到數字轉換的9位視頻輸入處理器(VIP)[4]，它是能與MPEG－1編碼芯片SZ1510實現無縫接口的視頻解碼器之一。它由兩通道的模擬預處理電路組成，包括源選擇、自動鉗位電路與ADC、自動增益控制、時鐘產生電路、數字多標準解碼器、亮度、對比度、飽和度控制電路和一個色度空間矩陣。解碼器是基于行鎖定時鐘解碼原理，能解碼PAL和NTSC的色度信號為CCIR-601的顏色分量值。SAA7113H對輸入的視頻進行采樣，解碼后生成8 bit/像素的CCIR-601數字視頻流，其電路由I2C總線控制[5]。音頻解碼器采用AK4550,它對模擬音頻進行高信噪比16bit數字采樣,生成PCM數字音頻流。