作者：上海交通大学图像通信与信息处理研究所 芮 雨 余松煜

    1 引言

    多媒体通信技术的发展为信息的获取和传输提供了丰富的手段，视频数据是其中不可缺少的重要组成部分，而视频数据的获取离不开视频采集系统。目前，视频采集系统的应用极为广泛，许多产品和设施，例如远程监控、可视电话、会议电视等等，都需要采集视频信息。而且，随着pc机的普及，人们可以直接利用pc机进行视频采集，采集到的视频数据经过处理后保存在本地或者发送到远方。由于视频的采集、处理和传输都在一台pc机上完成，因此可以大大降低系统的复杂度和价格。

    我们设计的视频采集系统是基于intel x86平台和实时操作系统vxworks，由视频采集卡和驱动程序两部分组成，如图1所示。视频采集卡完成视频数据采集和格式转换，驱动程序在系统启动时对硬件进行初始化，在系统启动之后实现硬件和应用软件之间的数据交互。考虑到视频的数据量极大，视频采集卡通过pci高速总线与计算机相连。

    2 视频采集卡的设计

    为了将由摄像头输入的模拟视频转换为计算机能够接受和处理的数字视频，需要经过模数转换、同步提取、亮色分离等多个步骤。而为了将数字视频传送到pc机的内存中，还需要一定数量的fifo、总线接口和相应的控制逻辑。这原本是一个比较复杂的过程，但是随着半导体技术的发展，各半导体生产厂家通过不断创新和改进，目前已经能够在单个芯片上实现所有这些功能。conexant公司的bt848就是这样的一种芯片，图2给出了其功能框图。

    对于在pci总线上进行ntsc/pal/secam视频捕获的应用来说，bt848是一种完整的低价格解决方案。作为一种总线主控设备，bt848不需要任何本地缓存来存储视频像素数据，这样就极大地降低了硬件价格。bt848能够充分利用基于pci总线的系统的高带宽和固有的多媒体功能，并且能够与其他多媒体设备实现互操作，这样就能够以模块的方式在系统中添加视频采集和叠加功能，而花费甚少。bt848的使用与pci系统总线的拓扑结构无关，可以用于各种系统总线的组织结构，既可以直接集成在主板上，也可以作成插卡插在pci总线插槽内。

    bt848的主要特点是：与pci 2.1规范全兼容，拥有辅助的gpio数据端口和视频数据端口，支持的图像分辨率高达768×576，支持复杂的裁剪功能，零等待状态的pci突发写操作，支持场/帧屏蔽以减少带宽，在输出方面支持多种ycbcr和rgb像素格式，支持ntsc/secam/pal模拟输入，可以使用垂直/水平方面的插值滤波将图像尺寸缩小到图标大小，具有多个复合和s视频输入，支持奇偶场不同的目的地址，支持奇偶场不同的颜色空 间/缩放因子，支持225个颜色调色板的视频映射，具有用于图文电视的vbi视频捕获功能。这些特点使bt848适用于pc电视、桌面可视电话、运动视频捕获、静止图像采集和vbi数据服务等应用领域。

    bt848高度集成的结构使其外围电路极其简单，也便于在同一块插卡上增加更多的功能，例如视频数据加密。视频采集卡的结构如图3所示。一块bt848最多支持4路模拟视频输入，其中3路是复合视频信号，1路是s视频信号。4路视频输入在bt848内部完成复用。bt848通过内部的pci接口直接与pci总线相连。单片机通过fifo与bt848的gpio端口相连，单片机软件与主机上的软件一起实现视频采集系统的加密。控制逻辑控制bt848和fifo的时序，同步pci总线、bt848与单片机的操作。

    3 驱动程序的编写

    应用程序必须通过驱动程序才能与硬件进行数据通信，而驱动程序的编写又是与操作系统密切相关的。本系统所使用的操作系统是实时操作系统vxworks。

    vxworks是由wrs（wind river systems）公司开发的一套具有微内核高性能可伸缩的实时操作系统，支持广泛的网络通信协议，并能够根据用