一種節能型視頻監控終端的設計

　　視頻監控系統越來(lái)越多地走進(jìn)人們的生活， 系統節能也是電子系統必須考慮的一個(gè)重要參數。對一個(gè)少有人出入的場(chǎng)合， 采用不間斷的實(shí)時(shí)監控不僅沒(méi)有必要，也會(huì )浪費很多的電能。針對這種情況， 本文設計了一個(gè)無(wú)人值守的智能監控終端。在沒(méi)有人進(jìn)入監控區域時(shí)，監控終端處于低能耗的休眠狀態(tài)； 當紅外傳感器檢測到有人進(jìn)入監控區域時(shí)， 終端被喚醒并開(kāi)始攝像， 同時(shí)將處理后的視頻信號經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸到監控中心， 為中心值班人員提供判斷依據。對于出入人員較少的場(chǎng)合， 利用該監控終端可以有效減少系統能耗， 減少傳輸、保存的數據量， 而且不會(huì )錯過(guò)監控對象。

1 終端工作原理及總體框圖

　　終端的總體框圖如圖1 所示， 在沒(méi)有人員進(jìn)入監控區時(shí)， 系統處于休眠、節能狀態(tài)， 當紅外傳感器檢測到有人員進(jìn)入監控區域時(shí)， 產(chǎn)生外部中斷， 中央處理器TMS320DM642 在接收到外部中斷時(shí)立即啟動(dòng)各模塊進(jìn)行圖像的采集、處理、傳輸等。

圖1 終端原理框圖

2 終端系統設計

　　2.1 中央處理器的選擇

　　由于終端要處理的數據量大， 實(shí)時(shí)性強， 所以采用多媒體處理芯片TMS320DM642( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)為DM642) 。該芯片是TI 公司C6000 系列DSP 中較新的32 位定點(diǎn)DSP ， 工作頻率由內部倍頻器設置， 可以達500 MHz 、600 MHz 或720 MHz ， 每秒可執行指令數4 000 、4 800 、5 760 MIPS 。DM642 采用TI 公司第2 代增強型超長(cháng)指令集， 它的EMIFA 接口數據總線(xiàn)寬度為64 位， 最高存取頻率133 MHz ， 可直接與大容量、低成本的SDRAM 芯片無(wú)縫連接。DM642 帶有3 個(gè)雙通道(A，B 兩通道)數字視頻口， 可同時(shí)處理多路數字視頻流。DM642 擁有I²C 接口， 可以與外部I²C 設備通信， 用來(lái)配置外部I²C 設備的寄存器，DM642 的網(wǎng)口(EMAC 接口) 、PCI 口和HPI 口共享引腳。因其處理性能強， 外圍接口多而靈活， 在機器視覺(jué)、醫學(xué)成像、網(wǎng)絡(luò )視頻監控、數字廣播等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

　　2.2 紅外傳感信號處理模塊的設計

　　為了節約電能， 本終端采用紅外傳感器來(lái)檢測監控區域有無(wú)人員進(jìn)入， 只在有人員進(jìn)入監控區域時(shí)， 終端才進(jìn)入圖像采集、處理、傳輸狀態(tài)。本設計采用BISS0001芯片為熱釋電紅外傳感信號處理核心元件， 其應用電路如圖2 所示。

圖2 紅外信號處理電路

　　圖2 中，7805 為三端穩壓集成電路， 為信號處理電路提供電源。BISS0001 芯片的第9 引腳為觸發(fā)控制信號Vc的輸入腳， 工作中應當保證輸入電壓Vc>VR ( 通常：

　　VR=0.2VCC)， 可以通過(guò)調節電阻R3來(lái)達到目的。當有行人進(jìn)入監控區域時(shí)， 熱釋電紅外傳感器PIR 將檢測到的人體發(fā)出的紅外線(xiàn)轉化為電信號， 并將其送到BISS0001內部， 信號經(jīng)BISS0001 處理后由2 腳輸出， 輸出Vo為低電平到高電平的跳變。如果BISS0001 工作在有效狀態(tài)不可重復觸發(fā)的情況下(即圖2 中S1 接低電平)， 高電平的持續時(shí)間為T(mén)s (Ts=49 152 R1C1)， 在Ts時(shí)間段結束時(shí)，輸出Vo即刻由高電平進(jìn)入低電平并被封鎖Ti (Ti =24R2C2 ) 時(shí)長(cháng)； 對于有效狀態(tài)可重復觸發(fā)的情況來(lái)講( 即圖2 中S1 接高電平)， 如果在前一Ts時(shí)間段內， 輸入的變化使得輸出有效狀態(tài)再次觸發(fā)， 則Vo高電平信號將從此刻算起再持續一個(gè)Tx時(shí)長(cháng)， 之后才轉換為低電平并進(jìn)入封鎖時(shí)間Ti。在封鎖時(shí)間內， 即使由于負載的切換而引入的干擾也不會(huì )改變輸出Vo的狀態(tài)。本設計中讓S1 接高電平， 紅外傳感信號處理電路的輸出信號Vo作為DM642 的外部中斷信號， 將Vo與DM642 的GP[5:4]

　　連接， 同時(shí)也作為T(mén)VP5150 芯片的節電模式輸入控制信號， 如圖2 所示。

　　2.3 圖像采集模塊的設計

　　對于圖像采集模塊， 本設計采用TI 公司的TVP5150作為解碼芯片。TVP5150 是一款超低功耗的解碼芯片，正常操作時(shí)的功耗只有113 mW， 節電模式下功耗為1 mW， 并支持PAL/NTSC/SECAM 等格式， 它能將攝像頭所采集到的模擬圖像信號轉換為YUV4:2:2 格式的ITU-R BT.656 數字信號， 它可以接收2 路復合視頻信號(CVBS) 或1 路S -Video 信號， 通過(guò)I²C 總線(xiàn)設置內部寄存器， 可以選擇輸出8 位4:2:2 的ITU-R BT.656 數字信號( 同步信號內嵌)， 以及8 位4:2:2 的ITU-R BT.601 信號(同步信號分離， 單獨引腳輸出)。TVP5150 與DM642 的硬件連接如圖3 所示。

圖3 TVP5150 與DM642 硬件連接圖

　　TVP5150 芯片的AIP1A 和AIP1B 為模擬信號的輸入端， 該引腳需接0.1～1 μF 的濾波電容，HSYNC 為行同步信號的輸出引腳。由于本設計采用了同步信號內嵌的ITU-R BT.656 格式， 所以該引腳未與DM642 相關(guān)引腳相連接。PND 引腳為省電模式的控制信號輸入端， 低電平有效， 與紅外傳感信號處理電路的輸出信號Vo連接，當監控區域無(wú)行人走動(dòng)時(shí)，Vo為低電平， 這將使TVP5150 芯片進(jìn)入省電模式。YOUT[6:0] 為BT.656/YUV數據輸出引腳，YOUT [7]/I²CSEL 是BT.656/YUV 數據的第7 位， 也是I²C 接口設備地址設置位，TVP5150 設備地址由I²CSEL 引腳所接的上拉電阻或下拉電阻確定，I²CSEL 引腳的狀態(tài)與設備地址映射關(guān)系如表1 所示，DM642 和TVP5150 應答過(guò)程中需要從片TVP5150 的地址。SCL、SDA 分別為I²C 接口的串行時(shí)鐘和數據引腳，DM642 對TVP5150 內部寄存器的訪(fǎng)問(wèn)通過(guò)I²C 總線(xiàn)實(shí)現。

　　DM642 芯片的VP0D [19:0] 為視頻口VP0 的數據總線(xiàn)引腳， 其中VP0D [8:2] 與多通道串行口McBSP0 引腳復用， 為了將VP0D [8:2] 配置為VP0 的低位數據引腳，需要把PERCFG 寄存器中的VP0EN 位置1。VP0CLK0 為外部像素時(shí)鐘輸入引腳， 與視頻解碼芯片TVP5150 的像素時(shí)鐘輸出引腳PCLK/SCLK 連接。