主頁（http://www.130131.com）：基于DM642嵌入式無線視頻監(jiān)控硬件設計

    摘要:選用TMS320DM642作為系統(tǒng)CPU,并采用最新視頻編碼標準H.264壓縮算法,實現(xiàn)基于CDMA網(wǎng)絡傳輸?shù)臒o線視頻監(jiān)控和視頻數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。文中詳細地描述了系統(tǒng)組成、結構和功能,對系統(tǒng)各個組成模塊進行了詳細分析和設計,主要包括視音頻輸入、CDMA傳輸串口、DE及USB通信等模塊,并針對DM642高速CPU,分析了系統(tǒng)設計中應注意的問題。

    無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是公安、交通、水利等行業(yè)的重要裝備,目前無線視頻傳輸設備主要采用微波方式,其致命弱點是傳輸距離短,有障礙物時傳輸距離大為減少,多年來一直沒有得到很好的解決。隨著運營商在國內大部分地區(qū)推出GRPS和CDMA1x公共無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡,通過公共無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸視頻已成為當今研究和應用的熱點,它能徹底解決微波方式的短距離問題。由于公共無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的帶寬比較窄且不穩(wěn)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,無法滿足大多數(shù)監(jiān)控場合的要求。H.264是JVT制定的最新視頻壓縮標準,比H.263和MPEG-4在同質量時碼流可低50%,同時支持無線網(wǎng)絡傳輸,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(tǒng)無法滿足要求。

    TMS320DM642是TI最新推出的高性能數(shù)字媒體處理器,指令最高可達4800MIPS,可以滿足實時H.264編碼算法的要求。本文設計了基于TMS320DM642的嵌入式系統(tǒng),采用H.264視頻編碼算法,成功的開發(fā)了基于CDMA傳輸?shù)臒o線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

1無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)構成
1.1無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計需求
    本系統(tǒng)要求采用嵌入式視頻發(fā)送終端,對采集視頻圖像進行實時壓縮并通過CDMA網(wǎng)絡發(fā)送,接收端采用PC機對接收視頻數(shù)據(jù)進行解碼并顯示。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(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡發(fā)送;③采用CF卡或硬盤對視頻進行本地存儲;④發(fā)送圖像和保存圖像的尺寸和幀率等參數(shù)可調;⑤可通過無線網(wǎng)絡進行遠程控制,并且要求低功耗。

1.2系統(tǒng)的總體設計
    由于CDMA無線網(wǎng)絡帶寬窄、帶寬波動大,因此系統(tǒng)中采用H.264作為視頻壓縮算法。同時本地存儲與CDMA發(fā)送視頻在圖像尺寸和幀率上不同,需要采用兩個編碼結構分別進行編碼。圖1顯示了本系統(tǒng)的總體結構框圖,系統(tǒng)主要包括DM642CPU、視頻輸入、音頻輸入/輸出、硬盤接口、串口和USB通信(USB2.0)等主要功能模塊,此外還包括實時時鐘(RTC)、顯示和I/O接口(LCD&I/O)、SDRAM、FLASH和電源(POWER)模塊。下面將詳細地對各個功能模塊進行一一分析和設計。

圖1視頻發(fā)送終端系統(tǒng)框圖

2無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計
2.1TMS320DM642簡介
    TMS320DM642是TI推出的針對多媒體處理領域應用的高性能數(shù)字媒體處理器。該處理器是專門為視頻與影像市場量身定制的,特別適用于VOIP視頻、視頻點播(VOD)、多信道數(shù)字視頻攝錄像應用以及高品質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,可以實現(xiàn)實時的H.264編解碼算法。

    DM642內部集成了外部內存接口(EMIF)控制單元,通過20根地址線和64位數(shù)據(jù)總線可直接與外部的SDRAM、FLASH進行連接。本系統(tǒng)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通過總線加以驅動后加以連接。

2.2視頻輸入模塊
    DM642具有三個視頻端口,支持多種分辨率和標準,如CCIR601、ITU-BT.656、BT.1120等,每個端口為20bit位寬,可以被靈活的配置為一個20/16bit或兩個10/8bit通道。同時,每個端口都可配置為視頻輸入或視頻輸出。本系統(tǒng)中采用VP0與SAA7113H相連進行視頻輸入采集。

    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、時鐘發(fā)生電路(CGC)、多標準數(shù)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I2C總線進行控制,只需一個24.576MHz外部晶振,采用3.3V電源、具有小于0.5W的功耗。SAA7113H與DM642接口見圖2。

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(tǒng)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(jié)。AIC23B的模數(shù)轉換(ADCs)和數(shù)模轉換(DACs)部件高度集成在芯片內部,采用了先進的Sigma-delta過采樣技術,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接口見圖3。

圖3AIC23B與DM642接口

2.4CDMA無線傳輸串口模塊
    本系統(tǒng)中采用Q2358C串行接口模塊作為CDMA接入設備,它支持語音通信、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RS-232串口進行通信。DM642沒有異步通用串行接口,需采用擴展異步通信芯片來實現(xiàn)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時鐘源時),其內部具有64byte發(fā)送/接收FIFO,接收FIFO的啟動和停止可通過軟件編程實現(xiàn),支持多種波特率、多種串行數(shù)據(jù)格式。DM642與其連接采用EMIF控制,地址線A0～A2、數(shù)據(jù)線D0～D7、讀寫控制信號IOR/IOW與經過驅動的總線相連,而選通信號CSA/CSB由GAL產生。TL16C752B與Q2358C模塊之間通過MAX3243進行電平轉換連接。圖4給出一路串行接口連接方式。
(中國集群通信網(wǎng) | 責任編輯：陳曉亮)