基于達芬奇技術(shù)的數字視頻系統設計與實(shí)現

摘要：達芬奇技術(shù)是業(yè)界第一款集成了DSP 處理器、軟件、工具以及技術(shù)支持的綜合型解決方案系列，非常適用于開(kāi)發(fā)各種優(yōu)化的數字視頻終端設備。本文介紹了一種基于達芬奇技術(shù)的數字視頻系統設計方案。詳細闡述了該系統的總體架構、視頻部分功能、電源設計和軟件實(shí)現。

引 言

在數字視頻創(chuàng )新已經(jīng)成為數字信息產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)的今天，數字視頻系統的設計方法不斷提高，數字視頻系統的復雜度已經(jīng)遠遠超過(guò)以往任何時(shí)候。達芬奇技術(shù)成功實(shí)現數字視頻需要四大要素的最新進(jìn)步，即：處理器、開(kāi)發(fā)工具、軟件以及系統專(zhuān)業(yè)技術(shù)。由于能夠在集成這四種要素的平臺中實(shí)現數字視頻、音頻、語(yǔ)音與話(huà)音技術(shù)，因此達芬奇技術(shù)可以為數字視頻的當前變革打下基礎。

本設計是在一塊60*60mm 的PCB板上來(lái)完成視頻的采集、處理與顯示。由攝像頭采集的視頻圖像經(jīng)由解碼器轉換成達芬奇處理器能夠處理的格式，在Codec Engine 中實(shí)現H.264 、MPEG-4編解碼，在LCD液晶屏上最高能達到1280*720 分辨率下30fps(幀/每秒)流暢顯示。這樣的數字視頻系統能達到尺寸小，功能強，設計靈活，實(shí)用性廣的優(yōu)點(diǎn)。

1. 1．系統的總體架構及工作原理

2. 1.1 TMS320DM6446 器件總攬 達芬奇處理器TMS320DM6446 是基于業(yè)界最高性能的DSP平臺―TI TMS320C6000 由ARM926EJ-S 內核、TMS320C64x+ DSP 內核、系統控制、視頻處理子系統(VPSS)、電源管理、外部存儲器接口、外圍控制模塊等功能模塊組成。

TMS320DM6446 中的ARM926EJ-S 內核具有16KB 指令和8KB 數據Cache 及16KB ROM 和16KB RAM 。TMS320C64x+ DSP 內核具有32KB L1 程序R A M / C a c h e 、8 0 K B L1 數據R A M /Cache 及64KB L2 RAM/Cache 。具有DDR2 內存控制器；64 通道增強型DMA 控制器；串行端口(3 個(gè)UART、I2C、SPI、音頻串口);3 個(gè)64 位通用定時(shí)器；10/100M 以太網(wǎng)；USB2.0 端口；3 個(gè)PWM 端口；多達71 個(gè)通用I/O 口；支持MMC/SD/CF 卡等。系統控制模塊提供了看門(mén)狗、中斷控制器、電源管理控制器、復位控制器及2 個(gè)片上振蕩器。視頻處理子系統(VPSS) 有用于視頻輸入的視頻前端輸入(VPFF) 接口由CCD 控制器(CCDC)， 預處理器、柱狀模塊、自動(dòng)曝光/白平衡/聚焦模塊(H3A)和寄存器組成；和用于視頻輸出的視頻后端輸出(VPBE)接口由屏幕菜單式調節器(OSD)、視頻編碼器(VENC)和四路10bit DACs 組成。

1.2 系統的硬件組成及工作原理

整個(gè)數字視頻系統采用的是由達芬奇處理器（TMS320DM6446）、DDR2 SDRAM 、NAND FLASH、視頻解碼器TVP5146 、電源管理芯片TPS65023，LTC3412 加上外圍接口芯片的方案。視頻解碼器把CCD攝像頭傳過(guò)來(lái)的模擬視頻信號進(jìn)行模/數轉換，變成符合ITU-BT.656 標準的數字視頻信號，然后將數字視頻信號傳到達芬奇處理器的視頻處理子系統的前端進(jìn)行預處理經(jīng)過(guò)Codec Engine 編解碼后送到視頻處理子系統的后端，直接輸出數字視頻信號到顯示終端上或是通過(guò)四路54MHz 的DACs來(lái)提供NTSC/PAL制式的模擬視頻輸出。DM6446 上的ARM端主要做為控制器來(lái)控制視頻解碼芯片和外圍接口芯片，DSP端主要負責視頻編解碼工作。系統硬件框圖如圖1所示

圖1 系統硬件框圖

1. 2．視頻部分的硬件結構及其分析

2. 2.1 視頻采集與解碼

本設計選用TI公司的視頻解碼芯片TVP5146 完成從模擬到數字視頻的轉換。TVP5146 允許10路模擬視頻輸入,具有4路10bit A/D 轉換器;場(chǎng)同步信號VS,行同步信號HS,奇偶場(chǎng)信號FID,時(shí)鐘輸出信號DATACLK 等都由引腳直接引出,省去同步時(shí)鐘電路的設計。

TVP5146 上的Y[9：2]為輸出的亮度視頻信號，DATACLK 為行鎖定系統的輸出時(shí)鐘，像素時(shí)鐘頻率為27MHz， 用來(lái)同步數據采集，HS為行同步信號，VS為場(chǎng)同步信號分別與達芬奇處理器DM6446 視頻端口對應的信號相連接。HS的高電平表示一行有效采樣點(diǎn)個(gè)數，VS 的高電平表示一場(chǎng)有效信號，對于NTSC 制信號，單場(chǎng)為243 行， 奇偶場(chǎng)信號FID為1 時(shí)，表示當前為奇數場(chǎng)，為0 表示偶數場(chǎng)。視頻解碼芯片與DM6446 的接口電路如圖2所示。

圖2 視頻前端模塊接口