嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

煤炭作為一種特殊商品，其質(zhì)量評(píng)價(jià)必須要有能夠代表整個(gè)樣品的煤樣，煤樣的取得須有一套規(guī)范的采樣和制樣系統(tǒng)。商品煤樣的采取和制備過(guò)程需要有嚴(yán)密的操作和質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，以保證煤炭質(zhì)量評(píng)價(jià)的公正和嚴(yán)謹(jǐn)。

目前安全監(jiān)控領(lǐng)域的主流產(chǎn)品是數(shù)字硬盤錄像機(jī)，主要適用于監(jiān)控點(diǎn)集中的局域監(jiān)控用，煤炭質(zhì)量評(píng)價(jià)的作業(yè)區(qū)域跨度大。港區(qū)內(nèi)作業(yè)地點(diǎn)不可判斷性等特點(diǎn)，可應(yīng)用于數(shù)字硬盤錄像機(jī)。本系統(tǒng)采用專用圖像DSP處理器TMS320DM642，搭建了DSP-PC網(wǎng)絡(luò)互連和圖像傳輸?shù)亩嗦穼?shí)時(shí)視頻采集系統(tǒng)，使網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)以其可靠性高、組網(wǎng)便利等優(yōu)點(diǎn)在應(yīng)用中直接得到體現(xiàn)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 tms320dm642簡(jiǎn)介

tms320dm642是TI公司C6000系列DSP總最新的定點(diǎn)DSP，其核心是C6416型高性能數(shù)字信號(hào)處理器，具有極強(qiáng)的處理性能，高度的靈活性和可編程性，同時(shí)外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備及接口，特別適用于機(jī)器視覺(jué)、醫(yī)學(xué)成像、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控、數(shù)字廣播以及基于數(shù)字視頻/圖像處理的消費(fèi)類電子產(chǎn)品等高速DSP應(yīng)用領(lǐng)域。筆者針對(duì)市場(chǎng)客戶的需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款以TVP5150為視頻輸入解碼器，以PCM1801為音頻輸入采集電路，以TMS320DM642型DSP為核心處理器的多路視頻采集兼壓縮處理PCI板卡，并將其應(yīng)用于構(gòu)建高穩(wěn)定性、高魯棒性和多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 系統(tǒng)總體構(gòu)成

TMS320DM642采用第二代高性能、先進(jìn)的超長(zhǎng)指令字veloci T1.2結(jié)構(gòu)的DSP核及增強(qiáng)的并行機(jī)制，當(dāng)工作在720M赫茲的時(shí)鐘頻率下，其處理性能最高可達(dá)5760MI/s，使得該款DSP成為數(shù)字媒體解決方案的首選產(chǎn)品，它不僅擁有高速控制器的操作靈活性，而且具有陣列處理器的數(shù)字處理能力，TMS320DM642的外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信接口。

系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì)基于TMS320DM642 EVM板TMS320DM642 Ver5.1，圖像信號(hào)由擴(kuò)展的多路CCD圖像傳感器提供，模擬信號(hào)經(jīng)圖像解碼器SAA7113將其解碼成數(shù)字并行ITU-R BT.656碼流，并傳送至TMS320DM642的視頻接口。圖像數(shù)據(jù)通過(guò)EDMA方式轉(zhuǎn)移到外部存儲(chǔ)器，這時(shí)TMS320DM642處理器可根據(jù)應(yīng)用程序的需要讀取數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)算處理程序，然后通過(guò)EMAC網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。

該系統(tǒng)是以主處理器TMS320DM642為核心，由視頻，外部存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)等模塊組成。將完成視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、圖像壓縮處理及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

該系統(tǒng)是以主處理器TMS320DM642為核心，由視頻，外部存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)等模塊組成。將完成視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、圖像壓縮處理及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

1.3 視頻模塊

視頻（英文：Video，又翻譯為視訊）泛指將一系列的靜態(tài)影像以電信號(hào)方式加以捕捉，紀(jì)錄，處理，儲(chǔ)存，傳送，與重現(xiàn)的各種技術(shù)。關(guān)于大小視頻各種后綴格式，包括個(gè)人視頻上傳，電影視頻。連續(xù)的圖像變化每秒超過(guò)24幀（frame）畫面以上時(shí)，根據(jù)視覺(jué)暫留原理，人眼無(wú)法辨別單幅的靜態(tài)畫面，看上去是平滑連續(xù)的視覺(jué)效果，這樣連續(xù)的畫面叫做視頻

系統(tǒng)視頻模塊主要由4路CCD圖像傳感器、TMS32013M642的視頻端口、圖像采集器件等組成。TMS32019M642集成有3個(gè)視頻端口VP0、VPl和VP2，每個(gè)VP（Video Port）口分為A、B 2個(gè)通道。TMS320DM642的VPO中的VPO／A、VPO／B和VPl中的VPl／A和VPl／B配置成接收8位ITU-R BT.656碼流格式，分別掛接SAA7113H。

由于采用ITU-R BT.656碼流格式，圖像的水平同步、垂直同步、場(chǎng)同步等信號(hào)已內(nèi)嵌在視頻數(shù)據(jù)流中，由于TMS320DM642每個(gè)VP口預(yù)留的3個(gè)可以接收同步信號(hào)的VP0CTL控制引腳，只能滿足一路視頻同步信號(hào)的要求，沒(méi)有同步信號(hào)線的連接。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)圖像采集系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件開發(fā)過(guò)程是在TI公司的DSF集成開發(fā)環(huán)境CCS中進(jìn)行的。首先系統(tǒng)各個(gè)模塊線程都需進(jìn)行初始化工作：系統(tǒng)板卡硬件的初始化、信息傳輸信道的初始化、網(wǎng)絡(luò)模塊初始化等。處理線程確認(rèn)圖像采集完畢之后接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)圖像壓縮。網(wǎng)絡(luò)線程處理線程的結(jié)束后發(fā)送的信息序列并進(jìn)行確認(rèn)，接收處理后的圖像數(shù)據(jù)并重新進(jìn)行色差信號(hào)轉(zhuǎn)換，最終建立網(wǎng)絡(luò)連接將數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)。

3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

從TMS320DM642傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)由LXT971轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)物理層接收的數(shù)據(jù)，通過(guò)雙絞線連接X(jué)Fmr Module隔離變壓器和RI-45頭連接到網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機(jī)。

系統(tǒng)中DSP網(wǎng)絡(luò)通信及其通信接口的開發(fā)基于DSP／BIOS和網(wǎng)絡(luò)開發(fā)包NDK等資源。底層硬件驅(qū)動(dòng)與TCP／IP協(xié)議棧的接口包含TCP／IP協(xié)議棧與硬件驅(qū)動(dòng)層之間的應(yīng)用程序編輯接口和驅(qū)動(dòng)環(huán)境與TCP／IP協(xié)議棧之間傳遞狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息接口。其中網(wǎng)絡(luò)底層驅(qū)動(dòng)和TCP／IP協(xié)議棧之間信息的傳遞涉及的消息變量STKEVENT是網(wǎng)絡(luò)開發(fā)組件中負(fù)責(zé)傳遞相關(guān)信息的載體。它擁有若干個(gè)具有三元構(gòu)成數(shù)組的成員變量，不同的組合方式構(gòu)成的數(shù)組用來(lái)表示相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)信息。

4 功能實(shí)現(xiàn)

在對(duì)硬件加載。out可執(zhí)行文件后打開IE瀏覽器，在地址欄輸入設(shè)置好的IP。刷新即可以看到IE瀏覽器顯示出的經(jīng)TMS320DM642壓縮處理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給PC機(jī)的視頻圖像。

在傳送CIF分辨率的壓縮圖像數(shù)據(jù)（352x288，25幀／s）時(shí)，CCS中顯示TMS320DM642的CPU占用率為88％～96％，壓縮比為40時(shí)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率約為380 kb／s，圖像幀數(shù)為23幀，顯示出來(lái)基本上是實(shí)時(shí)圖像。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了針對(duì)煤炭質(zhì)量檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)一個(gè)具備網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的多路圖像監(jiān)控系統(tǒng)，以DSP處理器TMS320DM642為核心，并在CCS開發(fā)平臺(tái)應(yīng)用NDK網(wǎng)絡(luò)組件開發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸。