基于TMS320的數(shù)字視頻采集卡設(shè)計

傳統(tǒng)的數(shù)字視頻采集卡通常只具備視頻采集功能，而不具備視頻處理功能。介紹了一塊基于TI公司C6000系列DSP芯片的數(shù)字視頻采集卡的設(shè)計，該卡具備自主的數(shù)字視頻處理功能，通過PCI接口與主機通信。

系統(tǒng)組成

如圖1所示，本文所述數(shù)字視頻采集卡由以下5個部分組成：

圖1 采集卡系統(tǒng)組成框圖

（1）高速視頻采集單元，主要完成模擬視頻信號到數(shù)字視頻信號的變換；

（2）數(shù)據(jù)交換單元，由FPGA和雙口RAM構(gòu)成，采用包交換技術(shù)，完成數(shù)字視頻數(shù)據(jù)向DSP的傳送；

（3）DSP及其外圍接口電路，包括EMIF接口、McBSP接口、HPI接口、PLL時鐘接口、DMA接口、JTAG接口、電源監(jiān)控等；

（4）DSP與PCI總線的橋接單元，主要完成DSP與上位機的通信；

（5）雙供電模式的電源部分。

下面將對系統(tǒng)各個部分的設(shè)計分別進(jìn)行介紹。

系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

高速視頻采集單元
模擬視頻信號是一類比較復(fù)雜的模擬信號，信號中包含了像素的亮度信息，色彩同步信息和行、場同步信息。要實現(xiàn)正確的圖像采集，必須從復(fù)合的視頻信號中正確地分離出各種信號，并利用其中的同步信號控制A/D轉(zhuǎn)換過程，從而實現(xiàn)正確的圖像采集。

如圖2所示，在硬件設(shè)計上有2種實現(xiàn)方案：

圖2 A/D采樣方案

（1）采用通用A/D器件+同步信號分離器件；

（2）采用專用的視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片。

方案1的實現(xiàn)電路較復(fù)雜，本文的設(shè)計采用了第2種方案，以PHILIP公司的視頻采集芯片SAA7111為核心構(gòu)成轉(zhuǎn)換電路。

數(shù)據(jù)交換單元
在實時視頻圖像處理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的吞吐量是很大的，大量的視頻圖像數(shù)據(jù)被實時采集、傳輸、處理。因此，在系統(tǒng)設(shè)計中，數(shù)據(jù)的傳輸設(shè)計是非常重要的。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，利用FPGA和雙口RAM實現(xiàn)了一種包交換的數(shù)據(jù)傳輸方式，如圖3所示。

圖3 FPGA及雙口RAM

在系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA首先要完成對A/D采樣的控制，包括控制采樣的啟停，采樣數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換等；其次FPGA要完成對雙口RAM數(shù)據(jù)寫入的控制和數(shù)據(jù)發(fā)送中斷信號的產(chǎn)生；另外，還要在FPGA中形成從A/D到雙口RAM的數(shù)據(jù)通路，在此基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)一些數(shù)據(jù)預(yù)處理的功能。

在雙口RAM設(shè)計上，本文將整個雙口RAM分成2個存儲塊，每當(dāng)一個存儲塊在進(jìn)行寫操作時，另一個存儲塊在進(jìn)行讀操作，這樣數(shù)據(jù)的讀、寫操作在不同的存儲塊上同時進(jìn)行，即實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的緩沖，又實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的不間斷傳送。數(shù)據(jù)的分塊交換傳輸過程也是數(shù)據(jù)的打包過程，存儲塊的大小決定了數(shù)據(jù)包的大小，數(shù)據(jù)的打包有利于數(shù)據(jù)的整塊處理。