基于DSP芯片TMS320DM642的嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)

選用TMS320DM642作為系統(tǒng)CPU,并采用最新視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264壓縮算法,實(shí)現(xiàn)基于CDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/無線">無線視頻監(jiān)控和視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。

隨著運(yùn)營商在國內(nèi)大部分地區(qū)推出GRPS和CDMA1x公共無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),通過公共無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻已成為當(dāng)今研究和應(yīng)用的熱點(diǎn),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(luò)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(biāo)準(zhǔn),比H.263和MPEG-4在同質(zhì)量時(shí)碼流可低50%,同時(shí)支持無線網(wǎng)絡(luò)傳輸,但其運(yùn)算復(fù)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(dá) 4800MIPS,可以滿足實(shí)時(shí)H.264編碼算法的要求。

本文設(shè)計(jì)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(gòu)成

1.1 無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

本系統(tǒng)要求采用嵌入式視頻發(fā)送終端,對(duì)采集視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮并通過CDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)送,接收端采用PC機(jī)對(duì)接收視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并顯示。對(duì)于嵌入式視頻發(fā)送終端有如下需求:

①一路PAL/NTSC標(biāo)準(zhǔn)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(luò)發(fā)送;

③采用CF卡或硬盤對(duì)視頻進(jìn)行本地存儲(chǔ);

④發(fā)送圖像和保存圖像的尺寸和幀率等參數(shù)可調(diào);

⑤可通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,并且要求低功耗。

1.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

由于CDMA無線網(wǎng)絡(luò)帶寬窄、帶寬波動(dòng)大,因此系統(tǒng)中采用H.264作為視頻壓縮算法。同時(shí)本地存儲(chǔ)與CDMA發(fā)送視頻在圖像尺寸和幀率上不同,需要采用兩個(gè)編碼結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行編碼。

圖1顯示了本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)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(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)、顯示和I/O接口(LCDI/O)、SDRAM、FLASH和電源(POWER)模塊。下面將詳細(xì)地對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行一一分析和設(shè)計(jì)。

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(shè)計(jì)

2.1 TMS320DM642簡介

TMS320DM642是TI推出的針對(duì)多媒體處理領(lǐng)域應(yīng)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(diǎn)播(VOD)、多信道數(shù)字視頻攝錄像應(yīng)用以及高品質(zhì)視頻編碼與解碼解決方案。

DM642處理器內(nèi)部集成了TMS320C64X的DSP內(nèi)核,在600MHz運(yùn)行速度下,指令可達(dá)4800MIPS,由于其強(qiáng)大的運(yùn)算能力,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的H.264編解碼算法。

DM642內(nèi)部集成了外部內(nèi)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(jìn)行連接。本系統(tǒng)中由于采用100MHz的SDRAM,考慮到信號(hào)完整性,SDRAM直接與DM642連接,而FLASH通過總線加以驅(qū)動(dòng)后加以連接。

2.2 視頻輸入模塊

DM642具有三個(gè)視頻端口,支持多種分辨率和標(biāo)準(zhǔn),如CCIR601、ITU-BT.656、BT.1120等,每個(gè)端口為20bit位寬,可以被靈活的配置為一個(gè)20/16bit或兩個(gè)10/8bit通道。同時(shí),每個(gè)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(jìn)行視頻輸入采集。

SAA7113H為9bit視頻解碼器,其內(nèi)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(yù)處理電路、增益控制、時(shí)鐘發(fā)生電路(CGC)、多標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的ITU.656YUV4∶2∶28bit格式,通過I2C總線進(jìn)行控制,只需一個(gè)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。

圖2 SAA7113H與DM642接口

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(gè)多通道有緩存的串口(McBSPs),但它們是與視頻端口復(fù)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(nèi)置耳機(jī)輸出放大器,支持MIC和LINEIN兩種輸入方式(二選一),且對(duì)輸入和輸出都具有可編程增益調(diào)節(jié)。

AIC23B的模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADCs)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(DACs)部件高度集成在芯片內(nèi)部,采用了先進(jìn)的Sigma-delta過采樣技術(shù),可以在8k到 96k的頻率范圍內(nèi)提供16bit、20bit、24bit和32bit的采樣,ADC和DAC的輸出信噪比分別可以達(dá)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3 AIC23B與DM642接口

2.4 CDMA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(shè)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(jìn)行通信。DM642沒有異步通用串行接口,需采用擴(kuò)展異步通信芯片來實(shí)現(xiàn)串行通信。

TL16C752B是UART收發(fā)器,最高波特率可以達(dá)到3Mb/s(使用48MHz時(shí)鐘源時(shí)),其內(nèi)部具有64byte發(fā)送/接收FIFO,接收 FIFO的啟動(dòng)和停止可通過軟件編程實(shí)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(hào)IOR/IOW與經(jīng)過驅(qū)動(dòng)的總線相連,而選通信號(hào)CSA/CSB由GAL產(chǎn)生。TL16C752B與Q2358C模塊之間通過 MAX3243進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換連接。圖4給出一路串行接口連接方式。

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