基于DSP芯片TMS320DM642的嵌入式無(wú)線(xiàn)視頻監控系統

選用TMS320DM642作為系統CPU,并采用最新視頻編碼標準H.264壓縮算法,實(shí)現基于CDMA網(wǎng)絡(luò )傳輸的無(wú)線(xiàn)視頻監控和視頻數據存儲系統。

隨著(zhù)運營(yíng)商在國內大部分地區推出GRPS和CDMA1x公共無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò ),通過(guò)公共無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )傳輸視頻已成為當今研究和應用的熱點(diǎn),它能徹底解決微波方式的短距離問(wèn)題。由于公共無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )的帶寬比較窄且不穩定,采用編碼效率不高的視頻壓縮算法(如H.263、MPEG-4等),傳輸效果不理想,無(wú)法滿(mǎn)足大多數監控場(chǎng)合的要求。

H.264是JVT制定的最新視頻壓縮標準,比H.263和MPEG-4在同質(zhì)量時(shí)碼流可低50%,同時(shí)支持無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸,但其運算復雜度也是 H.263和MPEG-4的3-5倍,因此一般的CPU系統無(wú)法滿(mǎn)足要求。TMS320DM642是TI最新推出的高性能數字媒體處理器,指令最高可達 4800MIPS,可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)H.264編碼算法的要求。

本文設計了基于TMS320DM642的嵌入式系統,采用H.264視頻編碼算法,成功的開(kāi)發(fā)了基于CDMA傳輸的無(wú)線(xiàn)視頻監控系統。

1 無(wú)線(xiàn)視頻監控系統構成

1.1 無(wú)線(xiàn)視頻監控系統設計需求

本系統要求采用嵌入式視頻發(fā)送終端,對采集視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮并通過(guò)CDMA網(wǎng)絡(luò )發(fā)送,接收端采用PC機對接收視頻數據進(jìn)行解碼并顯示。對于嵌入式視頻發(fā)送終端有如下需求:

①一路PAL/NTSC標準模擬視頻輸入,一路模擬音頻輸入;

②采用CDMA接入方式將視頻數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送;

③采用CF卡或硬盤(pán)對視頻進(jìn)行本地存儲;

④發(fā)送圖像和保存圖像的尺寸和幀率等參數可調;

⑤可通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行遠程控制,并且要求低功耗。

1.2 系統的總體設計

由于CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )帶寬窄、帶寬波動(dòng)大,因此系統中采用H.264作為視頻壓縮算法。同時(shí)本地存儲與CDMA發(fā)送視頻在圖像尺寸和幀率上不同,需要采用兩個(gè)編碼結構分別進(jìn)行編碼。

圖1顯示了本系統的總體結構框圖,系統主要包括DM642CPU、視頻輸入、音頻輸入/輸出、硬盤(pán)接口、串口和USB通信(USB2.0)等主要功能模塊,此外還包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)、顯示和I/O接口(LCDI/O)、SDRAM、FLASH和電源(POWER)模塊。下面將詳細地對各個(gè)功能模塊進(jìn)行一一分析和設計。

圖1 視頻發(fā)送終端系統框圖

2 無(wú)線(xiàn)視頻監控系統硬件設計

2.1 TMS320DM642簡(jiǎn)介

TMS320DM642是TI推出的針對多媒體處理領(lǐng)域應用的高性能數字媒體處理器。該處理器是專(zhuān)門(mén)為視頻與影像市場(chǎng)量身定制的,特別適用于VOIP視頻、視頻點(diǎn)播(VOD)、多信道數字視頻攝錄像應用以及高品質(zhì)視頻編碼與解碼解決方案。

DM642處理器內部集成了TMS320C64X的DSP內核,在600MHz運行速度下,指令可達4800MIPS,由于其強大的運算能力,可以實(shí)現實(shí)時(shí)的H.264編解碼算法。

DM642內部集成了外部?jì)却娼涌?EMIF)控制單元,通過(guò)20根地址線(xiàn)和64位數據總線(xiàn)可直接與外部的SDRAM、FLASH進(jìn)行連接。本系統中由于采用100MHz的SDRAM,考慮到信號完整性,SDRAM直接與DM642連接,而FLASH通過(guò)總線(xiàn)加以驅動(dòng)后加以連接。

2.2 視頻輸入模塊

DM642具有三個(gè)視頻端口,支持多種分辨率和標準,如CCIR601、ITU-BT.656、BT.1120等,每個(gè)端口為20bit位寬,可以被靈活的配置為一個(gè)20/16bit或兩個(gè)10/8bit通道。同時(shí),每個(gè)端口都可配置為視頻輸入或視頻輸出。本系統中采用VP0與SAA7113H相連進(jìn)行視頻輸入采集。

SAA7113H為9bit視頻解碼器,其內部有由視頻源選擇、反混疊濾波器和ADC組成的兩通道模擬預處理電路、增益控制、時(shí)鐘發(fā)生電路(CGC)、多標準數字解碼器、亮度飽和度控制電路等組成。

它支持PAL、NATSC等多種視頻輸入格式,輸出支持標準的ITU.656YUV4∶2∶28bit格式,通過(guò)I2C總線(xiàn)進(jìn)行控制,只需一個(gè)24.576MHz外部晶振,采用3.3V電源、具有小于0.5W的功耗。SAA7113H與DM642接口見(jiàn)圖2。

圖2 SAA7113H與DM642接口

2.3 音頻輸入輸出(CODEC)模塊

DM642具有多通道音頻串行端口(McASP)和兩個(gè)多通道有緩存的串口(McBSPs),但它們是與視頻端口復用的,本系統中采用VP1中的McBSPs1作為與音頻Codec連接的接口。

TLV320AIC23B是TI推出的一款高性能的立體聲音頻Codec芯片,內置耳機輸出放大器,支持MIC和LINEIN兩種輸入方式(二選一),且對輸入和輸出都具有可編程增益調節。

AIC23B的模數轉換(ADCs)和數模轉換(DACs)部件高度集成在芯片內部,采用了先進(jìn)的Sigma-delta過(guò)采樣技術(shù),可以在8k到 96k的頻率范圍內提供16bit、20bit、24bit和32bit的采樣,ADC和DAC的輸出信噪比分別可以達到90dB和100dB。

AIC23B還具有很低的能耗,回放模式下功率僅為23mW。

AIC23B與DM642接口見(jiàn)圖3。

圖3 AIC23B與DM642接口

2.4 CDMA無(wú)線(xiàn)傳輸串口模塊

本系統中采用Q2358C串行接口模塊作為CDMA接入設備,它支持語(yǔ)音通信、支持中英文短信、雙音多頻功能(DTMF)等功能。波特率從300到 115,200bit/s,支持上網(wǎng)最高速率153kb/s,采用AT指令集通過(guò)RS-232串口進(jìn)行通信。DM642沒(méi)有異步通用串行接口,需采用擴展異步通信芯片來(lái)實(shí)現串行通信。

TL16C752B是UART收發(fā)器,最高波特率可以達到3Mb/s(使用48MHz時(shí)鐘源時(shí)),其內部具有64byte發(fā)送/接收FIFO,接收 FIFO的啟動(dòng)和停止可通過(guò)軟件編程實(shí)現,支持多種波特率、多種串行數據格式。DM642與其連接采用EMIF控制,地址線(xiàn)A0～A2、數據線(xiàn) D0～D7、讀寫(xiě)控制信號IOR/IOW與經(jīng)過(guò)驅動(dòng)的總線(xiàn)相連,而選通信號CSA/CSB由GAL產(chǎn)生。TL16C752B與Q2358C模塊之間通過(guò) MAX3243進(jìn)行電平轉換連接。圖4給出一路串行接口連接方式。

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