基于TMS320C6201 DSP的視頻圖像語音傳輸系統(tǒng)的硬件

　　CS4231A同時提供了并行和串行接口,支持DMA及中斷工作方式,因而可以通過多種方式與DSP進行連接。這里采用的是其中最有效的方式:即串行接口傳輸音頻數據,并行接口傳輸控制信息。CS4231A使用與DSP的McBSP(多通道緩存串行口)相兼容的串行音頻數據接口,這種接口方式為串行音頻數據提供了一個專用通道而不必占用DSP的EMIF的帶寬。在串行數據流中,CS4231A先傳輸左聲道數據然后傳輸右聲道數據,并且傳輸時高位在前(與McBSP的工作方式相兼容)。CS4231A串口通過多路復用芯片CBT3257的4個2選1復用器連接到DSP的McBSP,這一設置使McBSP可以與板上的CS4231A相連,也可以在任一時刻與自己的具體應用子板相連。CS4231A包含1個8位寬度的并行控制/狀態(tài)接口,通過把接口寄存器映射到DSP的EMIF空間來進行控制和狀態(tài)讀取。這樣就使控制接口和音頻數據相分離,避免了在單個碼流上的信號復用,簡化了軟件驅動設計。CS4231A是5V器件,DSP是3.3V器件,它們相互連通后得并行控制信號,并且必須通過總線收發(fā)器進行信號轉換。

　　CODEC模塊支持線性和話筒的多路輸入:音頻的放大器用來對話筒輸入信號進行預防和濾波;線性輸入經過無源濾波、交流耦合送入CS4231A,輸入插座可以用來連接立體聲源,通過軟件可以獨立控制左、右輸入聲道的選擇和各自的增益。CODEC還包含一個可通過DSP軟件控制衰減的線性輸出。

2.3 系統(tǒng)擴展存儲器接口設計

　　(1)程序存儲及數據預置。由于對不同的成像條件,要求其視頻運動估算和圖像處理算法能夠自動適應,所以必須存儲多種算法備選。因此要求選用大容量的存儲器或者多片小容量的存儲器。片外8位或16位的程序存儲器必須配置在TMS320C6201EMIF(外存接口)的CE1空間。這是因為:①系統(tǒng)復位后只能從CE1載入引導程序。②EMIF的4個存儲空間中,只有CE1可以與8位或16位的“窄存儲空間”接口。根據預存程序和數據的大小估計,采用相應容量的Flash ROM。

　　(2)采用SDRAM擴充系統(tǒng)外部數據動態(tài)存儲單元。在高速DSP視頻處理系統(tǒng)中,數據存儲器的作用是暫存圖像數據。而高速DSP器件TMS320C6201的片上數據RAM只有3Mb,無法保證大量數據的處理,因此必須擴充片外數據存儲器。其原因是:①系統(tǒng)對外部數據存儲器的容量要求。假如圖像要求分辨率為320×240,每個采樣點的灰度層為8位,則1幀單色圖像所占的的存儲空間為256KB,三色圖像為3×256KB。如果處理算法涉及到n幀圖像,存儲空間就為n倍。一般情況下,DSP視頻處理系統(tǒng)工作時允許在多種算法之間進行選擇,它所要求的數據存儲容量應該以涉及到幀數最多的算法來估計。②視頻圖像處理過程中圖像數據的存放安排。根據本系統(tǒng)的特點,在內部數據RAM和片外數據RAM的構成中,為了獲得較快的處理速度,必須注意數據的存放位置。這里,針對視頻圖像處理算法的性質給出存放數據的原則是:(a)幀內處理算法。處理時所用到的只是當前幀的一部分數據。需要存放的數據量很小,此時待處理以及已處理的視頻數據可以同時存放于片上RAM。(b)幀間處理算法。涉及到的數據量超過2幀以上時,則待處理的數據及處理過的數據均存于SDRAM,片內RAM只存放運算的中間結果。(c)片上數據的存放應注意地址的沖突問題。③SDRAM型號的選取。出于為系統(tǒng)圖像壓縮處理充分預留空間的需要,選用型號為MT48LC8M16A2(16MB)的SDRAM,根據DSP數據線為32位寬,選用2片MT48LC8M16A2進行擴展,總的擴展存儲容量為32MB。

2.4 系統(tǒng)以太網接口設計

　　本系統(tǒng)采用以太網作為傳輸介質。但目前還未有自帶以太網接口的DSP。所以采用以太網控制器RTL8019AS與DSP構成以太網互連接口。

　　RTL8019AS是臺灣Realtek公司生產的以太網控制器,支持IEEE802.3;支持8位或16位數據總線;內置16KB的SRAM,用于收發(fā)緩沖;全雙工,收發(fā)同時達到10Mbps;支持10Base5、10Base2、10BaseT,并能自動檢測所連接的介質,在ISA總線網卡中占有相當比例。RTL8019AS與主機有3種接口模式:跳線模式、PnP模式和RT模式。

　　為了簡化DSP網絡接口的軟、硬件設計,不使用遠程自舉加載功能,并且選用跳線接口模式。用DSP的擴展I/O口代替跳線器對RTL8019AS進行初始化配置。這樣既省去了93C46的功能,又避免了跳線器更改資源配置的麻煩。RTL8019AS的總線接口與ISA總線兼容。雖然不能與DSP的外部總線直接接口,但是只要進行一些簡單的邏輯變換就可以實現直接接口。另外,DSP的總線電平為3.3V,而RTL8019AS的接口電平為5V,因此二者接口時要使用電平轉換器。

2.5 電源模塊及復位電路的設計

　　TMS320C6201的電源采用2種電壓供電:即內核電壓1.8V,I/O電壓3.3V。DSP對這2個電壓有上電順序的要求,要求內核電源(CVdd)先于I/O電源(DVdd)上電。為此在電源模塊的選用上,采用二套電源模塊,通過撥碼開關構成互補模式,這樣就能夠保證系統(tǒng)在一套電源模塊失效時還能夠繼續(xù)工作,增強了系統(tǒng)的可靠性。這二套電源模塊分別是:PT公司針對TI公司的DSP生產的電源模塊PT6405B(5V～3.3V)和PT6502B(5V～1.8V),該類型的電源模塊具有穩(wěn)定、額定電流大(3A)等優(yōu)點;另一套是由MAXIM公司生產的、采用帶有同步整流器的DC-DC轉換器MAX1742(輸出電流1A)和MAX1644(輸出電流2A),配合適當的外圍電路分別對DSP的I/O和內核供電。

　　為了保證TMS320C6201芯片在電源低于要求的電平時不會產生不受控制的狀態(tài),系統(tǒng)中應加入電源監(jiān)控電路,以確保DSP在系統(tǒng)加電過程中及電源電壓低于一定門限值時始終處于復位狀態(tài)。監(jiān)控電路采用TI公司的TPS3307-33d(它還可接一手動復位開關)。

3 結束語

　　本文設計的基于TMS320C6201的視頻圖像語音傳輸系統(tǒng),與采用專用芯片加FPGA構成的系統(tǒng)比較,其硬件性能有了很大的提高。在軟件實現上也更加靈活多樣、修改方便。該系統(tǒng)結構緊湊,可靠性高,實時性強,能夠廣泛地運用于軍事、科研、工農業(yè)生產和醫(yī)療衛(wèi)生等領域。