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数字媒体DSP在视频监控领域的应用

 

    本文以TMS320C6000系列DSP中的一款TMS320DM642多媒体芯片为例,来具体说明如何设计嵌入式DSP数字视频监控系统的硬件电路。
    视频监控系统必需的硬件配置
    1.一体化模拟前端
    视频监控系统的模拟前端是来自摄像机和麦克风的模拟视频和模拟音频信号,为了降低整个系统的成本,一般会有多路视频和音频信号输入。而摄像机一般安装在平台上,摄像机和平台的控制命令一般通过异步串口提供。另外,对于一个完整的视频监控系统来说,还需要对环境进行监控,如门禁控制、报警、停车管理等,这些功能一般用数字I/O实现。
    由此可见,视频监控系统一体化模拟前端,除了需要提供多路的模拟视频/音频的输入端口外,还需要为平台控制提供标准的RS232/RS422/RS485异步串行接口,及环境监控的数字I/O。
    2.数字化
    为了用微处理器实时地对输入的视频/音频信号进行数字化的编/解码处理,电路板克隆必须将输入的模拟视频/音频信号进行数字化,这部分工作由视频解码器和音频解码器完成。每个模拟视频输入对应一路视频解码器,每个模拟音频输入同样对应一路音频解码器。
    实时处理数字视频/音频数据
    模拟视频/音频信号数字化后,为了能够对高速、实时产生的大量数据进行传输、存储、回放、和分析等功能,首要的工作必须实时地完成大数据量、大计算量的数字视频/音频的压缩编码处理。数字视频压缩编码算法有:MPGE 2、MPEG 4、H.263、H.264等,数字音频压缩算法有:G.711、G.722、G.723、G.728、G.729等。
    实时完成这样的算法需要高速的处理器来实现,高性能DSP的出现正好满足了这一需求。另外还需要高速、大容量的存储器作缓存。DSP与高速、大容量存储器构成数字视频监控系统的核心。
    数据的存储和传输
    不同的视频监控应用,对压缩后的数字视频/音频数据的处理各不相同。pcb抄板对于记录型应用,需要对压缩后的数据进行长时间存储,以便回溯。而对于远程监视型应用,则需要将压缩后的数据通过网络进行传输。在数字视频监控系统对视频/音频信息进行实时监视、记录、回溯处理的同时,还需要记录相关的时间信息,所以需要提供硬件实时时钟。另外,为了保护数字视频监控系统软/硬件开发者,尤其是软件开发者的知识产权,还必须提供安全、可靠的硬件加密措施。
    TMS320DM642视频监控系统的电路设计
    TMS320DM642是TI公司在其最高性能的TMS320C64x系列DSP基础上专门为多媒体应用而设计/开发的DSP。TMS320DM642采用TI第2代超长指令集结构(VelociTI.2)的TMS320C64x DSP内核:
    ·2级Cache(2×16K字节1级程序和数据Cache,256K字节2级Cache)
    ·支持8个8位和4个16位并行MAC运算,有利于图像处理
    ·64通道EDMA,方便高效数据传输
    ·主频600MHz,4800MIPS峰值处理能力,可实时处理4路CIF或1路D1
    ·64位、133MHz外部存储器接口(EMIF)
    图1 TMS320D642视频监控模板的构成
    1.TMS320DM642基本系统
    TMS320DM642基本系统由TMS320DM642 + 外扩的存储器和外设组成,而外扩的存储器和外设均通过TMS320DM642的外部存储器接口(EMIF)进行扩展。其次,TMS320DM642基本系统所必须的外扩资源:
    SDRAM:4M×64位,存放程序和缓存数字视频/音频数据
    Flash:4M×8位,存放固化程序,以便进行ROM 引导
    UART:2×8×8位,扩展2个异步串口(RS232/RS422/RS485)
    板上寄存器:n×8位,若干个8位状态/控制寄存器
    ATA硬盘接口:2×8×16位,本地大容量存储接口
    2.视频接口
    视频接口涉及标准模拟视频输入/输出、模拟视频信号数字化(解码器)、数字视频信号转换为模拟视频信号(编码器)、以及视频编码器/解码器如何与TMS320DM642的接口。