机载数字视频记录系统的软、硬件设计

    关键词：SZ1510；视频记录；PC104；新型飞机

机载视频记录系统在飞行员的日常训练中发挥着十分重要的作用。该系统可以实时记录飞行器的飞行及训练过程中的各种信息，能够直观、真实的反映飞行员在空中的飞行和操作情况。通过地面回放设备的回放，飞行员可以准确地把握自身的不足并及时改进，从而提高训练水平。但由于视频信号数据量大，技术要求高，国产飞机大多没有信息监视和记录系统。为了提高我军战机的作战性能?研制一种信息监视和记录系统迫在眉睫。

随着大规模集成电路的发展，采用数字图像压缩技术实现高压缩比、高质量的图像数字压缩记录系统已成为可能。数字化的记录方法可以将视频数据经过压缩记录在大容量的存储器上，并能有效消除噪声、增加记录时间、加快拷贝和复制速度，快速回放和查找，同时还可以快速地通过计算机网络进行传送。基于以上原因，笔者为某新型飞机研制了高性能的适于航空机载环境的数字式彩色视频记录系统。本记录系统的核心芯片选用以色列Ｚｅｐａｘ公司的ＳＺ１５１０ ＭＰＥＧ－１编码芯片。

１ 工作原理

图１所示是本记录系统的结构组成示意图。整个系统由三大部分组成，即压缩控制部分、存储部分和电源部分三大模块。其中压缩部分由一路ＭＰＥＧ－１音视频压缩电路和控制单元ＰＣ－１０４组成，主要功能是实现对输入音视频信号的数字压缩。存储部分由大容量硬盘组成，用于完成对压缩数据的长时间记录。电源部分负责对各模块电路提供电源。
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    在系统启动时，主控计算机首先对压缩卡进行初始化，当设置好ＭＰＥＧ－１压缩格式及数据速率后，压缩卡开始工作，并在主控计算机的控制下将压缩后的图像数据写入硬盘。在工作过程中，主控计算机还将不断监视相关信号，并在图像中加入相应的标志，直到接收到关机信号，系统自动结束压缩卡的工作，并关闭主机。

２ 系统硬件设计

整个系统的核心是以色列Ｚｅｐａｘ公司的ＳＺ１５１０ ＭＰＥＧ－１编码芯片，它由ＰＣ１０４控制，另外，该系统还包括ＰＣＩ桥芯片ＰＬＸ９０３０以及视频解码芯片ＳＡＡ７１１３等。

２．１ ＳＺ１５１０芯片简介

Ｚｅｐａｘ公司的ＳＺ１５１０ＩＣ内部采用可编程的专业硬件体系结构，它可以高效使用存储器，并能合理进行资源分配。内核采用ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ高性能ＤＳＰ来完成ＭＰＥＧ１音频编码、解码以及ＣＤ格式的音／视频流的组合，同时进行一般的系统控制。

该芯片具有功能多、功耗小、温度范围宽等特点，其组成电路如图２所示。它主要由运动估计与补偿单元、ＤＣＴ与反ＤＣＴ变换单元、可变长编码单元、控制单元、ＳＤＲＡＭ接口单元、通用总线接口单元组成。内部的压缩处理完全采用流水线结构，开机后只需简单的初始化即可独立工作，同时自动送出压缩好的数据。外部电路的时钟为２７ＭＨｚ，工作电压为３．３Ｖ。

系统中的视频压缩有三种比特率可供选择，其中恒定比特率需要填充冗余，最大比特率不需要填充冗余，而可变比特率的压缩质量比较恒定，但比特率可变。音频压缩部分支持３２４４．１及４８ｋＨｚ取样率以及音频ＰＣＭ、实时ＭＰＥＧ１２层音频编码等。

２．２ ＰＣ１０４计算机简介

考虑到控制单元的体积、可靠性和控制能力，可选用嵌入式计算机ＰＣ１０４作为主控单元。根据视频压缩的特点，推荐选择安普公司的ＡｍｐｒｏＰ５Ｅ／２６６产品，该产品温度特性好、功能强大、可靠性高、软硬件移植方便且易于调试。

３ 软件设计

ＳＺ１５１０共有１２８个寄存器，每个寄存器都有一个索引号。外界对这些寄存器的访问都是通过ＩＯＡＲ?Ｉ／Ｏ Ａｄｒｅｓｓ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ?和ＩＯＤＲ（Ｉ／Ｏ Ｄａｔａ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）来完成的。访问时首先将这个寄存器的索引号写入ＩＯＡＲ?然后将要写的数据写入ＩＯＤ