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本世紀以來(lái)，隨著(zhù)以TI公司的TMS320C6000系列、Philips公司的Trimedia、Equator公司的BSP-15等為代表的高性能DSP的出現，由嵌入式處理器來(lái)實(shí)時(shí)高速完成大數據量的數字視頻／音頻編解碼處理成為可能，結合網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，集可編程圖像／聲音編解碼、網(wǎng)絡(luò )傳輸、和自動(dòng)化技術(shù)為一體的嵌入式數字視頻監控系統應運而生。以DSP為核心的嵌入式數字視頻監控系統，配合嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，可以根據應用對功能、可靠性、穩定性、成本、體積等的綜合要求，對軟／硬件進(jìn)行裁剪，以滿(mǎn)足視頻監控發(fā)展的數字化和網(wǎng)絡(luò )化的兩大需要。 本文以TMS320C6000系列DSP中的一款TMS320DM642多媒體芯片為例，來(lái)具體說(shuō)明如何設計嵌入式DSP數字視頻監控系統的硬件電路。 視頻監控系統必需的硬件配置 1．一體化模擬前端 視頻監控系統的模擬前端是來(lái)自攝像機和麥克風(fēng)的模擬視頻和模擬音頻信號，為了降低整個(gè)系統的成本，一般會(huì )有多路視頻和音頻信號輸入。而攝像機一般安裝在平臺上，攝像機和平臺的控制命令一般通過(guò)異步串口提供。另外，對于一個(gè)完整的視頻監控系統來(lái)說(shuō)，還需要對環(huán)境進(jìn)行監控，如門(mén)禁控制、報警、停車(chē)管理等，這些功能一般用數字I/O實(shí)現。 由此可見(jiàn)，視頻監控系統一體化模擬前端，除了需要提供多路的模擬視頻／音頻的輸入端口外，還需要為平臺控制提供標準的RS232/RS422/RS485異步串行接口，及環(huán)境監控的數字I/O。 2． 數字化 為了用微處理器實(shí)時(shí)地對輸入的視頻／音頻信號進(jìn)行數字化的編／解碼處理，必須將輸入的模擬視頻／音頻信號進(jìn)行數字化，這部分工作由視頻解碼器和音頻解碼器完成。每個(gè)模擬視頻輸入對應一路視頻解碼器，每個(gè)模擬音頻輸入同樣對應一路音頻解碼器。 實(shí)時(shí)處理數字視頻／音頻數據 模擬視頻／音頻信號數字化后，為了能夠對高速、實(shí)時(shí)產(chǎn)生的大量數據進(jìn)行傳輸、存儲、回放、和分析等功能，首要的工作必須實(shí)時(shí)地完成大數據量、大計算量的數字視頻／音頻的壓縮編碼處理。數字視頻壓縮編碼算法有：MPGE 2、MPEG 4、H.263、H.264等，數字音頻壓縮算法有：G.711、G.722、G.723、G.728、G.729等。 實(shí)時(shí)完成這樣的算法需要高速的處理器來(lái)實(shí)現，高性能DSP的出現正好滿(mǎn)足了這一需求。另外還需要高速、大容量的存儲器作緩存。DSP與高速、大容量存儲器構成數字視頻監控系統的核心。 數據的存儲和傳輸 不同的視頻監控應用，對壓縮后的數字視頻／音頻數據的處理各不相同。對于記錄型應用，需要對壓縮后的數據進(jìn)行長(cháng)時(shí)間存儲，以便回溯。而對于遠程監視型應用，則需要將壓縮后的數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸。在數字視頻監控系統對視頻／音頻信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監視、記錄、回溯處理的同時(shí)，還需要記錄相關(guān)的時(shí)間信息，所以需要提供硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘。另外，為了保護數字視頻監控系統軟／硬件開(kāi)發(fā)者，尤其是軟件開(kāi)發(fā)者的知識產(chǎn)權，還必須提供安全、可靠的硬件加密措施。 TMS320DM642視頻監控系統的電路設計 TMS320DM642是TI公司在其最高性能的TMS320C64x系列DSP基礎上專(zhuān)門(mén)為多媒體應用而設計／開(kāi)發(fā)的DSP。TMS320DM642采用TI第2代超長(cháng)指令集結構（VelociTI.2）的TMS320C64x DSP內核： ·2級Cache（2×16K字節1級程序和數據Cache，256K字節2級Cache） ·支持8個(gè)8位和4個(gè)16位并行MAC運算，有利于圖像處理 ·64通道EDMA，方便高效數據傳輸 ·主頻600MHz，4800MIPS峰值處理能力，可實(shí)時(shí)處理4路CIF或1路D1 ·64位、133MHz外部存儲器接口（EMIF） 圖1 TMS320D642視頻監控模板的構成 1． TMS320DM642基本系統 TMS320DM642基本系統由TMS320DM642 + 外擴的存儲器和外設組成，而外擴的存儲器和外設均通過(guò)TMS320DM642的外部存儲器接口（EMIF）進(jìn)行擴展。其次， TMS320DM642基本系統所必須的外擴資源： SDRAM：4M×64位，存放程序和緩存數字視頻／音頻數據 Flash：4M×8位，存放固化程序，以便進(jìn)行ROM 引導 UART：2×8×8位，擴展2個(gè)異步串口（RS232/RS422/RS485） 板上寄存器： n×8位，若干個(gè)8位狀態(tài)／控制寄存器 ATA硬盤(pán)接口： 2×8×16位，本地大容量存儲接口 2． 視頻接口 視頻接口涉及標準模擬視頻輸入／輸出、模擬視頻信號數字化（解碼器）、數字視頻信號轉換為模擬視頻信號（編碼器）、以及視頻編碼器／解碼器如何與TMS320DM642的接口。 視頻接口的總體設計要求： 模擬視頻輸入： 4路標準PAL/NTSC復合視頻CVBS或分量視頻Y/C模擬視頻輸入。 模擬視頻輸出：1路標準PAL/NTSC復合視頻CVBS或分量視頻Y/C模擬視頻輸出，用于本地預覽或特性測試。 據此，選擇視頻解碼器和編碼器： 視頻解碼器：選用TI公司的TVP5150A，其輸入為標準的PAL/NTSC復合視頻CVBS或分量視頻Y/C模擬視頻，輸出為標準的8位BT.656數字視頻數據流。 視頻編碼器：選用Philips公司的SAA7121，其輸入為標準的8位BT.656數字視頻數據流輸入，輸出為標準的PAL/NTSC復合視頻CVBS或分量視頻Y/C模擬視頻。 TVP5150A和SAA7121均有2個(gè)外部接口，數據口：用于輸入／輸出數字視頻數據流，其中包含8/10位數據線(xiàn)，時(shí)鐘SCLK行／場(chǎng)同步控制信號HSYNC/VSYNC、FID等接口信號�？刂瓶冢河糜谠O置視頻編／解碼器工作參數和反饋狀態(tài)信息，用I2C總線(xiàn)實(shí)現。 TMS320DM642的每個(gè)視頻口可配置為上（B）、下（A）2個(gè)通道，但2個(gè)通道必須同時(shí)為視頻輸入口或輸出口。VP0的A通道與McBSP0復用，VP1的A通道與McBSP1復用，VP0和VP1的B通道與McASP復用。 TMS320DM642視頻口與視頻編、解碼器的接口如圖2所示。 作為視頻輸出口時(shí)，視頻口必須要為視頻編碼器SAA7121提供視頻時(shí)鐘和行／場(chǎng)同步信號。視頻編、解碼器的參數配置則通過(guò)I2C總線(xiàn)進(jìn)行，由于TVP5150A的I2C從地址只有2種選擇，所以DM642的一個(gè)I2C總線(xiàn)接口4片TVP5150A時(shí)，需要通過(guò)2選1開(kāi)關(guān)SN74CBT3257來(lái)切換控制。 3． 音頻接口 TMS320DM642音頻接口涉及標準模擬音頻的輸入／輸出、音頻編解碼器Codec的連接問(wèn)題。 音頻接口的總體設計要求： 模擬音頻輸入：4路標準麥克風(fēng)輸入或立體聲模擬音頻輸入（2V有效值）。 模擬音頻輸出：1路標準立體聲模擬音頻輸出（2V有效值）。 采樣同步：音頻采樣必須與視頻采樣同步。 據此，音頻編解碼器，選用TI公司的TLV320AIC23 B，麥克風(fēng)／立體聲模擬輸入／輸出，數字音頻數據流輸出／輸入。 TLV320AIC23B有2個(gè)外部接口，數據口：用于輸入／輸出數字音頻數據流，其中包含DIN、DOUT數字音頻數據流，BCLK串行位-時(shí)鐘，LRCIN、LRCOUT左右通道時(shí)鐘�？刂瓶冢河糜谠O置音頻編解碼器工作參數和反饋狀態(tài)信息，用I2C總線(xiàn)實(shí)現。 還有TMS320DM642的多通道音頻接口（McASP）具有8個(gè)串行收／發(fā)引腳AXR[7:0]，所有接收引腳公用接收幀同步AFSR和時(shí)鐘ACLKR、AHCLKR信號，所有發(fā)送引腳公用發(fā)送幀同步AFSX和時(shí)鐘ACLKX、AHCLKX信號。 McASP接口與音頻Codec的連接如圖3所示。 4． 外部接口： 經(jīng)TMS320DM642壓縮處理的數字視頻數據，需通過(guò)一定的外部接口進(jìn)行傳輸。DM642提供3種外部接口，但它們復用引腳，每次只能配置為一種外部接口。DM642通過(guò)復位時(shí)某些特殊引腳電平的配置，可分別提供下列3種接口： * 32-位PCI接口 * 32-位HPI接口 * HPI16 + 以太網(wǎng)接口 為了簡(jiǎn)化設計，HPI-32和HPI-16均借用PCI連接器與外部主機接口，并用PCI總線(xiàn)上的B3（GND）和B10（保留）作為3種接口的自動(dòng)檢測和自動(dòng)接口配置。另外，以太網(wǎng)接口信號與PCI或HPI-32信號在板上并存，所以這些信號需要用2選1開(kāi)關(guān)SN74CBT3257來(lái)切換。還需要注意的是，DM642的PCI接口只支持+3.3V環(huán)境，為了適應+5V PCI總線(xiàn)環(huán)境，PCI總線(xiàn)與DM642之間用SN74CBTD16210和SN74CBT3245A進(jìn)行電平轉換。 總結 TMS320DM642作為一款高性能／價(jià)格比、專(zhuān)用于多媒體應用的DSP，已被國內、外視頻應用從業(yè)者廣泛接受和采用。目前國內已有多家單位在'DM642上成功地開(kāi)發(fā)了MPEG4、H.264等視頻編碼算法，單片'DM642可同時(shí)完成4路CIF格式的MPEG4或H.264，可以相信還會(huì )不斷涌現更多的算法和應用。 |
