自適應實(shí)時(shí)視頻采集處理系統的設計與實(shí)現
引言
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/21007.htm在信息技術(shù)和計算機互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的大背景下,數字視頻的需求與日俱增。視頻監控、視頻會(huì )議及各類(lèi)便攜式、手持式pda等都需要實(shí)時(shí)的視頻采集和處理,與此同時(shí),也伴隨著(zhù)海量數據的產(chǎn)生,這就對視頻采集系統的處理能力、并行速度提出了更高的要求。而dsp以其高精度、快速度、小功耗、高并行性、易于集成等優(yōu)點(diǎn)很好的滿(mǎn)足了這一要求,同時(shí)也越來(lái)越廣泛地應用于各類(lèi)實(shí)時(shí)視頻和嵌入式系統。
本文給出了一個(gè)基于ti高端dsp芯片tms320c6211的自適應實(shí)時(shí)視頻采集處理系統的設計及實(shí)現方法,利用該方法可自適應接收ntsc或pal視頻,并自動(dòng)進(jìn)行50/60hz場(chǎng)頻的檢測,以將其解碼為數字視頻,然后通過(guò)軟件設置所需的輸出格式與分辨率,來(lái)完成實(shí)時(shí)的視頻采集與處理。
系統概述
本視頻采集處理系統的總體結構如圖1所示。該系統主要由攝像頭、專(zhuān)用視頻a/d轉換器saa7114h、視頻緩存單元、核心處理器tms320c6211單元和輸出接口構成。其中攝像頭采集的ntsc/pal模擬視頻信號通過(guò)saa7114h視頻專(zhuān)用解碼芯片來(lái)實(shí)時(shí)接收且完成a/d和格式轉換,并送入同步fifo芯片sn74v215進(jìn)行緩沖存儲。fifo半滿(mǎn)時(shí),可向tms320c6211申請中斷以請求讀入數據。tms320c6211啟動(dòng)edma以完成數字視頻的轉存,dsp外圍sdram和flash用來(lái)存儲對數字視頻所做的后期處理的(例如mpeg-4、h.264壓縮)數據與程序。cpld
isplsi1032e用來(lái)產(chǎn)生系統中所需的邏輯控制信號、讀寫(xiě)控制信號、同步信號和dsp中斷請求信號,輸出接口依據應用場(chǎng)合可以選擇10
mb/l00mb自適應以太網(wǎng)接口或pci接口來(lái)完成處理后數字視頻信號的輸出。

系統電路設計及工作原理
◇電路設計
視頻采集處理系統以tms320c6211 dsp和視頻解碼芯片saa7114h為核心。tms320c6211是ti定點(diǎn)dsp家族的高端產(chǎn)品,采用最先進(jìn)的vliw硬件結構,在167
mhz在時(shí)鐘下,可達133mips,本文采用的tms320c6211的外部輸入時(shí)鐘頻率為25 mhz,倍頻后處理器主頻為150
mhz。視頻解碼芯片saa7114h是philips公司的主流視頻處理芯片,具有6個(gè)模擬信號輸入端,2個(gè)模擬信號處理通道和2個(gè)模擬反混疊濾波器,可采樣支持4:2:2、4:2:0、4:1:1和4:1:0格式,a/d采樣轉換精度可達到9bit。該芯片的控制接口是i2c接口。saa7114h與同步fifo及tms320c6211的連接電路見(jiàn)圖2所示(cpld及其它部分略去)。

saa7114h的工作主頻為24.576mhz,dsp可通過(guò)i2c總線(xiàn)與其接口,視頻圖像經(jīng)saa7114h第20管腳ai11輸人采樣后,可從i port和h port以16位寬度的數字圖像格式輸出,同時(shí)輸出同步信號igpv、igph、idq、fid,iclk以分別表示行、場(chǎng)同步、有效標志、輸出幀同步和像素同步信號,其時(shí)序見(jiàn)圖3所示。這些同步信號接入cpld后,結合dsp便可完成對視頻采集和同步的控制。

◇系統工作原理
dsp配置mcbsp1接口的4個(gè)管腳clkr1、clkx1、fsr1、fsx1均為通用i\o信號,可分別用來(lái)模擬i2c總線(xiàn)以完成對sa7114h的配置,同時(shí)完成對fifo的控制。數字視頻數據的傳輸是通過(guò)edma完成的。此視頻系統包括視頻同步采集和差錯控制兩個(gè)過(guò)程,其采集過(guò)程如下:
1)系統復位后,mcbsp1接口fen和rs均保持低電平,即fifo處于復位態(tài),不允許寫(xiě)入。
2)采集開(kāi)始時(shí),dsp將rs置1,fifo脫離復位態(tài),然后置fen為1,并通過(guò)cpld從saa7114h輸出的視頻幀同步信號fid來(lái)鎖存fen,同時(shí)開(kāi)始視頻采集。
3)fifo采集1行視頻數據后,控制邏輯將產(chǎn)生信號ext_int4以通知dsp,dsp通過(guò)edma響應ext_int4中斷,同時(shí)將fifo中的1行視頻數據讀入片內sram中。edma傳輸完1行數據后,再次提出中斷請求,dsp響應此中斷后,啟動(dòng)2個(gè)edma傳輸,并分離視頻數據中的y、ch、cr分量。此后,dsp讀出整行數據后清除ext_int4中斷。
如將數字圖像以y-cr-cb表示,y表示圖像亮度分量,cr,cb分別為色差分量。那么,本系統中的設計數字視頻輸出或存貯格式如下:
1)視頻解碼器saa7114h輸出的視頻格式為:(cb0 y0)、(cr0 y1)、(cb2 y3)……
2)同步fifo中存儲的視頻格式為:(cbo yo cro y1)、(cb2 y2 cr2 y3)……
3)片內sram中的存儲格式為:(cb0 y0 cr0 y1)、(cb2 y2 cr2 y3)……
4)片外sdram中的存儲格式為:y0 y1 y2 y3…、cbo cb2……、cr0 cr2……
saa7114視頻數據采用隔行方式輸出,最終的sdram視頻數據則以逐行方式存儲,以便于直接對視頻序列進(jìn)行mpeg、h.264壓縮或進(jìn)行其它處理。系統差錯控制通過(guò)檢測fifo滿(mǎn)標志位來(lái)實(shí)現。每當采集完1行數字視頻數據后,dsp便自動(dòng)取走此行數據,當視頻掃描到下1行時(shí),硬件邏輯將繼續向fifo寫(xiě)入數據,若dsp讀fifo的速率小于硬件邏輯寫(xiě)速率,則fifo將出現寫(xiě)溢出,從而導致數字視頻行數據丟失,此時(shí)cpld將啟動(dòng)ext_int5中斷,以表示fifo溢出錯誤。而此時(shí)dsp將復位fifo,只有frs信號置1后才能撤銷(xiāo)ext_int5,以重新開(kāi)始視頻圖像的采集。
系統軟件設計
◇軟件流程
自適應實(shí)時(shí)視頻采集處理系統軟件主要包括dsp系統配置、saa7114h配置和edma視頻處理程序,本文主要介紹saa7114h配置及視頻數據的讀取處理程序,其系統軟件流程見(jiàn)圖4所示。
◇核心控制軟件設計
圖4中,系統的初始化包括以下操作:

2)初試化中斷,包括中斷向量重定位、開(kāi)全局中斷、使能nmi(非屏蔽中斷)、中斷事件映射、使能可屏蔽中斷等。
irq_resetall();
edma_resetall();
init_interrupts();
3)初始化mcbsp1,nit_mcbsp1();
4)初始化saa7114h,并通過(guò)主函數調用子函數saa7114_init()。
saa7114h的配置是通過(guò)dsp模擬i2c總線(xiàn)來(lái)配置芯片內部各寄存器的,主要配置代碼如下:
for(i=0;saa7114_defregs[i].nsubaddr?。?xff;i++)
err|=iic_writereg(slaveaddr,saa7114_defregs[i].nsubaddr,
saa7114_defregs[i].nvalue);/*向saa7114h所用寄存器寫(xiě)入配置信息*/
saa7114h的配置包括對輸入輸出視頻分辨率、飽和度、色度、輸出視頻格式等相關(guān)信息的設置,其重要寄存器的設置代碼如下:
{ahorzinputstart, oxoo},
{ahorzinputstartmsb, 0xoo},
/*0xoooo=輸入水平起始于0象素*/
{ahorzinputlength, oxdo},
{ahorzinputlengthmsb,ox02},
/*0x02d0=輸入水平長(cháng)度720象素*/
{avertinputstart,0x15},
/*0x0015=輸入垂直起始于23行(pal制)*/
{avertinputlength,0x22},
{avertinputlengthmsb,0x01},
/*0x0122=輸入垂直長(cháng)度288+2行pal制)*/
{ahorzoutputlength,0x60},
{ahorzoutputlengthmsb,0x01},/*0x0160=輸出水平長(cháng)度352象素*/
{avertoutputlength,0x90},
/*0x0090=輸出垂直長(cháng)度144行(單場(chǎng))*/
{chromacontrol1,ox09},/*飽和度控制01h:for pal;o9h:for ntsc*/
{luminancebrightness,0x80},
/*亮度設置itu level*/
完成系統初始化和saa7114h配置后,即可打開(kāi)視頻采集通道,以開(kāi)始視頻采集,包括初始化視頻捕捉emda通道和使能視頻捕捉edma傳輸,其代碼如下:
init_edma_ext_int4(); init_edma_tcc8();
init_edma_tcc9();
edma_enable channel(hedma_ext_int4);
edma_enable chaining(hedma_tcc8);
edma_enable chaining(hedma_tcc9);
使能視頻捕捉代碼如下:
mcbsp_setpin(hmcbsp1,rs);/*rs="1"撤銷(xiāo)fifo復位信號*/
mcbsp_setpin(hmcbsp1,fen);/*fen="1"使能fifo數據采集*/
當采集到1行數據后,便可產(chǎn)生ext_int4中斷,以將fifo中的這行視頻數據讀入片內sram,同時(shí)從片內sram緩沖區的1行視頻數據中分別提取y、cb、cr分量。存入片外sdram緩沖區中的操作可采用edma設計,其首個(gè)edma操作如下:
hedma_ext_int4=edma_open(edma_cha_extint4,
edma_open_rest);/*edma通道鏈接到ext_int4事件上*/
edma_configargs
(hedma_ext_int4,edma_opt_rmk(edma_opt_pri_high,/*edma優(yōu)先權設為"高"*/
edma_opt_esize_32bit,/*32bits數據*/
edma_opt_2ds_no,/*源一維傳輸*/
edma_opt_sum_none,/*源地址保護不變*/
edma_opt_2dd_yes,/*目的二維傳輸*/
edma_opt_dum_inc,/*目的地址根據索引值修改*/
edma_opt_tcint_yes,/*使能傳輸完成中斷*/
edma_opt_tcc_of(edma_cha_extint4),/*設置傳輸結束碼*/
edma_opt_link_no,/*禁止重新裝載*/
edma_opt_fs_no,)/*每次ext_int4,edma傳輸1行視頻數據*/
edma_src_rmk(video_port),/*源地址為視頻數據端口*/
edma_cnt_rmk(edma_cnt_frmcnt_of(0xo),/*塊中數組長(cháng)度為1行視頻數據*/
edma_cnt_elecnt_of(xd.para/2)),/*數據元長(cháng)度為1行視頻象素÷ 2*/
eedma_dst_rmk(line_buff),/*目的地址為片內視頻緩沖器line_buff*/
edma_idx_rmk(edma_idx_frmidx_of(0x0),/*edma傳輸完成后目的地址不變*/eedma_rld_rmk
(edma_rld_elerld_of(xd.para/2),
0));}/*結束*/
結束語(yǔ)
本文給出了基于tms320c6211的自適應實(shí)時(shí)視頻采集處理系統的設計方法,該系統可自適應接受ntsc或pal視頻,并以標準yuv格式存貯。同時(shí),本系統還自帶flash及10m以太網(wǎng)接口,可與mpeg-4、h.264等視頻壓縮算法接口,可廣泛應用于實(shí)時(shí)視頻采集、視頻監控或其他嵌入式視頻處理系統之中。
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