數字媒體DSP在視頻監控領(lǐng)域的應用

數字媒體DSP
在視頻監控領(lǐng)域的應用
Application of Digital Media DSP in Video Monitoring Area
北京合眾達電子技術(shù)有限責任公司 總工程師 錢(qián)建良
摘  要：本文通過(guò)分析視頻監控應用的發(fā)展和需求，以TI公司專(zhuān)為多媒體應用而設計的TMS320DM642芯片為例，具體說(shuō)明如何設計嵌入式DSP數字視頻監控系統的硬件電路。
關(guān)鍵詞：DSP；視頻監控；多媒體；硬件電路
作者簡(jiǎn)介：本文于2005年4月18日收到。錢(qián)建良：主要從事TI全系列DSP軟／硬件設計、開(kāi)發(fā)工作。

本世紀以來(lái)，隨著(zhù)以TI公司的TMS320C6000系列、Philips公司的Trimedia、Equator公司的BSP-15等為代表的高性能DSP的出現，由嵌入式處理器來(lái)實(shí)時(shí)高速完成大數據量的數字視頻／音頻編解碼處理成為可能，結合網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，集可編程圖像／聲音編解碼、網(wǎng)絡(luò )傳輸、和自動(dòng)化技術(shù)為一體的嵌入式數字視頻監控系統應運而生。以DSP為核心的嵌入式數字視頻監控系統，配合嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，可以根據應用對功能、可靠性、穩定性、成本、體積等的綜合要求，對軟／硬件進(jìn)行裁剪，以滿(mǎn)足視頻監控發(fā)展的數字化和網(wǎng)絡(luò )化的兩大需要。
本文以TMS320C6000系列DSP中的一款TMS320DM642多媒體芯片為例，來(lái)具體說(shuō)明如何設計嵌入式DSP數字視頻監控系統的硬件電路。
視頻監控系統必需的硬件配置
我們首先需要對構成視頻監控系統所必需的硬件配置進(jìn)行分析。
1． 一體化模擬前端
視頻監控系統的模擬前端是來(lái)自攝像機和麥克風(fēng)的模擬視頻和模擬音頻信號，為了降低整個(gè)系統的成本，一般會(huì )有多路視頻和音頻信號輸入。而攝像機一般安裝在平臺上，攝像機和平臺的控制命令一般通過(guò)異步串口提供。另外，對于一個(gè)完整的視頻監控系統來(lái)說(shuō)，還需要對環(huán)境進(jìn)行監控，如門(mén)禁控制、報警、停車(chē)管理等，這些功能一般用數字I/O實(shí)現。
由此可見(jiàn)，視頻監控系統一體化模擬前端，除了需要提供多路的模擬視頻／音頻的輸入端口外，還需要為平臺控制提供標準的RS232/RS422/RS485異步串行接口，及環(huán)境監控的數字I/O。
2． 數字化
為了用微處理器實(shí)時(shí)地對輸入的視頻／音頻信號進(jìn)行數字化的編／解碼處理，必須將輸入的模擬視頻／音頻信號進(jìn)行數字化，這部分工作由視頻解碼器和音頻解碼器完成。每個(gè)模擬視頻輸入對應一路視頻解碼器，每個(gè)模擬音頻輸入同樣對應一路音頻解碼器。
實(shí)時(shí)處理數字視頻／音頻數據
模擬視頻／音頻信號數字化后，為了能夠對高速、實(shí)時(shí)產(chǎn)生的大量數據進(jìn)行傳輸、存儲、回放、和分析等功能，首要的工作必須實(shí)時(shí)地完成大數據量、大計算量的數字視頻／音頻的壓縮編碼處理。數字視頻壓縮編碼算法有：MPGE 2、MPEG 4、H.263、H.264等，數字音頻壓縮算法有：G.711、G.722、G.723、G.728、G.729等。
實(shí)時(shí)完成這樣的算法需要高速的處理器來(lái)實(shí)現，高性能DSP的出現正好滿(mǎn)足了這一需求。另外還需要高速、大容量的存儲器作緩存。DSP與高速、大容量存儲器構成數字視頻監控系統的核心。
數據的存儲和傳輸
不同的視頻監控應用，對壓縮后的數字視頻／音頻數據的處理各不相同。對于記錄型應用，需要對壓縮后的數據進(jìn)行長(cháng)時(shí)間存儲，以便回溯。而對于遠程監視型應用，則需要將壓縮后的數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸。
3． 其他：在數字視頻監控系統對視頻／音頻信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監視、記錄、回溯處理的同時(shí)，還需要記錄相關(guān)的時(shí)間信息，所以需要提供硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘。另外，為了保護數字視頻監控系統軟／硬件開(kāi)發(fā)者，尤其是軟件開(kāi)發(fā)者的知識產(chǎn)權，還必須提供安全、可靠的硬件加密措施。
上述這些都是一個(gè)通用的嵌入式數字視頻監控系統所必需提供的硬件配置。
一． TMS320DM642視頻監控系統的電路設計
TMS320DM642是TI公司在其最高性能的TMS320C64x系列DSP基礎上專(zhuān)門(mén)為多媒體應用而設計／開(kāi)發(fā)的DSP。TMS320DM642采用TI第2代超長(cháng)指令集結構（VelociTI.2）的TMS320C64x DSP內核：