模擬視頻監控采集電路設計—電路圖天天讀（300）

　　該系統可以完成圖像的采集、處理和顯示，從而實(shí)現目標識別與跟蹤的智能信號處理。該系統是對攝像機數字，模擬兩路視頻數據進(jìn)行采集，處理后通過(guò)PCI總線(xiàn)在PC機上顯示出來(lái)。

　　視頻信號采集模塊

　　攝像機提供兩路視頻信號：一路模擬視頻，一路數字視頻。

　　模擬視頻信號經(jīng)過(guò)鉗位校正、放大后，將信號送入到A/D轉換器，再經(jīng)FPGA鎖存后將視頻信號發(fā)送給DSP1；經(jīng)視頻同步分離電路，由LM1881分離出模擬視頻的行、場(chǎng)同步信號，用于控制視頻數據采集到DSP1，以便進(jìn)行圖像處理。鉗位校正、視頻同步電路如圖1所示。模擬視頻經(jīng)運放輸入，將中心電平調到3.3V，加到 A/D輸入端。A/D轉換后的數據進(jìn)入FPGA鎖存。運放均采用ADI公司的AD8047AR，A/D轉換器采用ADI公司的AD9050。AD9050 為10位A／D轉換器，取其高8位進(jìn)入FPGA。采樣時(shí)鐘12MHz，與數字視頻信號相同。由FPGA對48MHz時(shí)鐘四分頻產(chǎn)生。

　　圖1 模擬視頻輸入轉換電路

　　攝像機的數字視頻信號為14對差分信號，經(jīng)FPGA將差分信號轉換為單端信號，并鎖存數據。每個(gè)象素14位，每幀320×240。

　　FPGA采用ALTERA公司的CYCLONE系列EP1C3T144C-6，配置芯片采用EPC2LC20。EP1C3T144C-6具有將差分信號轉單端信號的專(zhuān)用I/O口。鎖存在FPGA的數字，模擬兩路視頻信號根據工作模式選擇輸出到DSP1數據總線(xiàn)上，由DSP1讀入處理，數據速率與模擬視頻的采樣速率，數字視頻的數據速率相同。工作模式選擇，開(kāi)關(guān)控制通過(guò)PIC9054引入到FPGA。

　　DSP處理器模塊

　　DSP處理器陣列模塊主要由4片高速高性能的DSP處理芯片ADSP-TS201S組成多DSP處理器系統，ADSP-TS201S性能如下：

　　基本性能指標如下：

　　● 600MHz運行速度時(shí)，內核指令周期1.67ns

　　● 24M bits片上DRAM，分為6個(gè)4M bits塊（128K words X 32 bits）

　　● 片內雙運算模塊，每個(gè)都包含一個(gè)ALU、一個(gè)乘法器、一個(gè)移位器和一個(gè)寄存器組

　　● 雙整數ALU提供數據尋址和指針操作功能

　　● 片內提供14通道DMA、外部口、4個(gè)鏈路口、SDRAM控制器、可編程標志引腳、2個(gè)定時(shí)器

　　● 片上仲裁系統可實(shí)現8個(gè)TigerSHARC DSP的無(wú)縫連接

　　● 內部3條互相獨立的128位總線(xiàn)

　　● 外部數據總線(xiàn)64位，地址總線(xiàn)32位

　　● 每秒48億次40位寬的MAC運算或每秒12億次80位寬的MAC運算；1024點(diǎn)復數FFT（基2）時(shí)間15.7us

　　● 外部端口 1G字節每秒；鏈路口（每個(gè)）1G字節每秒

　　DSP處理器陣列模塊中DSP1是用來(lái)整理所收集到的視頻信號，并進(jìn)行相應的預處理后，將數據分發(fā)送到后面的DSP，進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

　　DSP1并行口應接FPGA輸出的視頻數據，還要接FLASH，完成DSP加載。DSP1的IRQ0，IRQ1分別作視頻輸入的幀中斷和行中斷，接到FPGA。其連接電路如下圖3所示。

　　圖2DSP1與FPGA，FLASH 連接圖

　　矩陣切換器電路

　　下面介紹的是容量為32路音視頻的監控，為簡(jiǎn)化設計，及調試、安裝、升級等的方便，32路音視頻不在一塊PCB板上處理，而是分成4塊子板，每塊子板處N8路音視頻，實(shí)現8路音視頻通道的8選1輸出功能，即4塊子板組成一個(gè)矩陣切換器，在同一時(shí)間實(shí)現32選4輸出功能。每塊子板的電路圖如圖3所示。

圖3 矩陣切換器電路

　　在圖中，J1…J8為繼電器線(xiàn)圈，用雙刀雙擲繼電器J4078實(shí)現音視頻的同時(shí)切換。J11、J12為跳線(xiàn)插座，該跳線(xiàn)為子板設置地址，當設置的子板地址與主控制器的子板選擇地址（A0、A1、A2）相同時(shí)，該子板塊的4099處于工作狀態(tài)，這時(shí)，再通過(guò)主控制器的通道選擇指令（cmd0、 cmd1、cmd2）使J1…J8中任一繼電器完成切換動(dòng)作，實(shí)現某一路音視頻的同時(shí)選通。

　　語(yǔ)音信號采集與處理電路

　　因為要采集教室各個(gè)位置（一般在20～50m2范圍內）的語(yǔ)音信號，使用普通的話(huà)筒放大電路顯然達不到要求。本系統采用對數放大電路進(jìn)行語(yǔ)音放大，比較清晰地采集到了50m2范圍內各個(gè)位置的語(yǔ)音信號。設計的對數放大電路如圖所示。IC2為運算放大器，系統選用LM358實(shí)現二級運算放大。

　　
圖4 語(yǔ)音信號采集與處理電路

　　利用傳感技術(shù)和電子技術(shù)系統設計思路簡(jiǎn)單、成本低廉、方便實(shí)用。對提高學(xué)生自主學(xué)習的自覺(jué)性，監控自主學(xué)習設備和軟件平臺運行情況，防止人為破壞造成的不必要損失，提高設備運行的穩定性和可靠性等起到了非常重要的作用。

　　編輯點(diǎn)評：本文簡(jiǎn)單介紹了模擬視頻監控采集電路的設計，模擬視頻信號經(jīng)過(guò)鉗位校正、放大后，將信號送入到A/D轉換器，再經(jīng)FPGA鎖存后將視頻信號發(fā)送給DSP1。能夠完成圖像的高速處理，實(shí)現圖像的實(shí)時(shí)顯示，目標跟蹤。在實(shí)際應用中該系統工作穩定，達到預想效果。
電子發(fā)燒友《安防技術(shù)特刊》，更多優(yōu)質(zhì)內容，馬上下載閱覽