基于RK3566的AI健身攝像頭設計與實現(xiàn)

近年來，家庭健身被廣泛關注，家庭場景下要想得到真正便捷、高效、具有沉浸感的健身體驗，離不開AI健身攝像頭和電視大屏。隨著家庭健身需求的多元化，以及各類智能終端的不斷出現(xiàn)，可以為家庭健身場景進行智慧化賦能的智能攝像頭，也在成為家庭健身愛好者的最佳選擇，因此本文設計一款AI 健身攝像頭，滿足用戶家庭健身的需求。

1 整機系統(tǒng)方案

整體系統(tǒng)方案通過格科微GC4C33 采集健身愛好者運動信息，然后把信息輸入到瑞芯微RK3566，RK3566將收集的健身愛好者運動信息與運動健身App、AI 算法融合，最后通過HDMI 輸出到電視大屏上。系統(tǒng)采用Type-C 供電，并帶有音頻接口。整機系統(tǒng)方案如下：

2 硬件系統(tǒng)設計

硬件主控采用瑞芯微RK3566 方案，傳感器使用格科微GC4C33。瑞芯微RK3566 芯片是一款專為消費類行業(yè)應用打造的通用型SoC。CPU 采用4 核A55 架構處理器，集成G52 圖形處理器，內(nèi)置獨立的NPU，運行安卓11。RK3566 有著十分強大的視頻解碼能力。支持4K H.264/H.265/VP9 等多種格式高清解碼，支持多路視頻源同時解碼，如支持8~10 路1 080P H264/H265。RK3566 支持HDR10，色彩、動態(tài)范圍具有優(yōu)良的表現(xiàn)，支持圖像后處理、解交織、去噪、色彩增強、超分辨率。RK3566 采用全新獨立JPEG 解碼處理器，高效并發(fā)處理多小圖解析，支持1 080P/60 fps 的H.264及H.265 格式編碼，支持動態(tài)碼率、幀率、分辨率調(diào)節(jié)等功能。RK3566 內(nèi)置高性能ISP，可提供8 M@30 fps處理能力，可分時復用滿足雙攝需求。支持HDR 功能，讓逆光或強光照射條件下的圖像也清晰。支持雙路同時縮放輸出功能，支持噪點消除功能，讓弱光條件下的圖像也細膩。RK3566 支持去霧功能，霧霾天也能看得清，支持橫向矯正LDCH, 去除傳感器鏡頭帶來的畸變。RK3566 最大支持2 路CSI(2Lane) + 1 路DVP 接口攝像頭同時輸入。

GC4C33 是一款高品質(zhì)400 萬像素的CMOS 圖像傳感器，適用于攝像頭產(chǎn)品、AI 健身、數(shù)碼相機產(chǎn)品和手機攝像頭應用。GC4C33 包含1 個2 560 H×1 440 V像素陣列、片上12/10 位ADC 和圖像信號處理器。高性能的全面集成使GC4C33 符合設計要求，減少了實現(xiàn)過程。它提供具有MIPI 接口的RAW12 和RAW10 數(shù)據(jù)格式。有1 個常用的兩線串行接口供主機控制整個傳感器的運行。

PCB 設計好壞直接影響產(chǎn)品開發(fā)的成敗，其中電源，時鐘和傳感器的mipi 信號設計最為重要。AVDD_PLL 與DVDD 內(nèi)核電源之間用磁珠隔離，對地濾波電容與地之間串聯(lián)1 個磁珠，串聯(lián)的磁珠盡量靠近電源管腳擺放，接地端至少留兩個地過孔。AVDD33_PLL與數(shù)字3.3 V 電源之間用磁珠隔離。AVDD33_DDR_PLL 與數(shù)字3.3 V 電源之間用磁珠隔離。晶體的XIN、XOUT、RTC_XIN、RTC_XOUT 信號走線全程做包地處理，設計時保證這些信號有完整的參考。晶振下方不能有高速信號穿過。MIPI 信號設計時，差分信號以GND 為參考平面，并保持參考完整，差分信號需要做包地處理；PCB 走線小于4 英寸，差分對P/N 等長控制在±5 mil 以內(nèi)，對間以采樣差分時鐘為參考，等長控制在±300 mil 以內(nèi)。MIPI RX 差分對的PCB 走線控制差分阻抗100 Ω±10%；差分信號經(jīng)過連接器時，相鄰差分信號對之間必須使用GND 管腳進行隔離。

3 軟件系統(tǒng)設計

采用Android 的系統(tǒng)架構，從下到上依次是內(nèi)核(Linux Kernel)、運行時環(huán)境(Android Runtime)、庫(Libraries)、應用框架(Application Framework)、應用(Applications)。軟件結構如下：

其中，內(nèi)核(Linux Kernel)：Android 基于Linux 4.4提供核心系統(tǒng)服務，例如：安全、內(nèi)存管理、進程管理、網(wǎng)絡堆棧、驅(qū)動模型。Linux Kernel 也作為硬件和軟件之間的抽象層，它隱藏具體硬件細節(jié)而為上層提供統(tǒng)一的服務。運行時環(huán)境(Android Runtime)：Android 包含一個核心庫的集合，提供大部分在Java 編程語言核心類庫中可用的功能。每一個Android 應用程序是Dalvik虛擬機中的實例，運行在他們自己的進程中。Dalvik 虛擬機設計成，在一個設備可以高效地運行多個虛擬機。庫(Libraries)：Android 包含1 個C/C++ 庫的集合，供Android 系統(tǒng)的各個組件使用。這些功能通過Android的應用程序框架(Application Framework) 暴露給開發(fā)者。應用框架(Application Framework)：通過提供開放的開發(fā)平臺，Android 使開發(fā)者能夠編制極其豐富和新穎的應用程序。開發(fā)者可以自由地利用設備硬件優(yōu)勢、訪問位置信息、運行后臺服務、設置鬧鐘、向狀態(tài)欄添加通知等等，很多很多。 開發(fā)者可以完全使用核心應用程序所使用的框架APIs。應用程序的體系結構旨在簡化組件的重用，任何應用程序都能發(fā)布他的功能且任何其他應用程序可以使用這些功能( 需要服從框架執(zhí)行的安全限制)。應用：Android 裝配一個核心應用程序集合，包括電子郵件客戶端、SMS 程序、日歷、地圖、瀏覽器、聯(lián)系人和其他設置。所有應用程序都是用Java 編程語言寫的。更加豐富的應用程序有待我們?nèi)ラ_發(fā)，我們主要開發(fā)的內(nèi)容就在這一層里。

4 結束語

本文硬件采用瑞芯微RK3566 方案， 軟件采用Android系統(tǒng)，用JAVA 編程語言開發(fā)，可以跨平臺移植和復用，并且可以兼容第三方在Android 系統(tǒng)開發(fā)的應用程序。實驗結果表明，本方案設計的AI 健身攝像頭簡單易用，得到健身愛好者的一致好評。

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年5月期）