數(shù)字視頻監(jiān)控單元的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一個(gè)基于嵌入式平臺(tái)而設(shè)計(jì)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。采用TMS320DM365為核心的處理器，通過模塊化的方式設(shè)計(jì)了一種智能數(shù)字視頻監(jiān)控單元。單元包括視頻采集輸入、外部存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)和視頻輸出4部分。該設(shè)計(jì)利用了TMS320DM365的多外圍接口特性，選用4個(gè)芯片，以滿足其視頻處理功能。單元的視頻采集輸入使用TVP5158視頻解碼器，DDR2 SDRAM采用W971GG6IB，NAND FLASH為K9F2808U0C，以太網(wǎng)控制器采用ENC28J60。該系統(tǒng)的處理器核工作速率高達(dá)300 MHz。
關(guān)鍵詞：TMS320DM365；數(shù)字視頻；監(jiān)控；外圍接口

0 引言
    視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在日常生活中，其穩(wěn)定、可靠的工作已經(jīng)成為保證人民生產(chǎn)、生活正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件?？煽靠焖俚夭杉斎?、編解碼以及處理傳輸成為視頻處理設(shè)備設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。本文介紹了一種基于達(dá)芬奇技術(shù)的數(shù)字視頻單元。單元主要完成對(duì)視頻信息的智能采集處理功能和集成影象處理功能。

1 視頻單元的組成及硬件設(shè)計(jì)
    視頻單元以TMS320DM365為核心處理器芯片，并以TMS320DM365為中心設(shè)計(jì)視頻緩沖、視頻解碼等功能。單元的硬件主要有達(dá)芬奇處理器芯片(TMS320DM365，以下簡稱DM365)、視頻解碼器芯片(TVP5158)，DDR2 SDRAM，F(xiàn)LASH，ENC28J60以太網(wǎng)控制器、電源管理芯片等。視頻單元的框圖如圖1所示。本文主要介紹了視頻采集輸入部分、外部存儲(chǔ)器部分、以太網(wǎng)部分和視頻輸出部分這4部分。

    DM365高度集成了眾多組件，其中包括符合生產(chǎn)要求的H．264，MPEG-4，MPEG一2，MJPEG與VC1編解碼器，可滿足智能視頻處理功能的集成影像信號(hào)處理(ISP)解決方案和一系列板載外設(shè)等，可降低系統(tǒng)成本。
    視頻單元工作原理如下：TVP5158視頻解碼芯片把CCD攝像頭傳過來的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，變成符合ITU-R BT．656或YUV標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻信號(hào)；然后將數(shù)字視頻信號(hào)傳輸?shù)竭_(dá)芬奇處理器的視頻處理子系統(tǒng)的前端，進(jìn)行預(yù)處理后送到視頻處理子系統(tǒng)的后端，視頻處理子系統(tǒng)的后端對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行編碼后直接將其輸出到顯示器終端上。DM365上的ARM端主要作為控制器來控制視頻解碼芯片和外圍接口芯片。

1．1 視頻采集輸入設(shè)計(jì)
    攝像頭將采集到的模擬視頻信號(hào)傳輸給TVP5158視頻解碼器。該TVP5158器件是一個(gè)4通道、高品質(zhì)NTSC／PAL視頻解碼器，它用數(shù)字化編碼所有基帶模擬視頻格式，使其變?yōu)閿?shù)字視頻信號(hào)輸出。該編碼器的每個(gè)通道都包含10位27 MSPS的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。TVP5158支持NTSC(J，M，4.43)和PAL(B，D，G，H，I，M，N，Nc，60)標(biāo)準(zhǔn)視頻同時(shí)輸入。每個(gè)視頻解碼通道均支持復(fù)合信號(hào)輸入。TVP5158輸出端口支持8位的ITU-R BT，656和16位4：2：2 YUV格式。TVP5158視頻解碼器再將解碼信號(hào)傳輸給DM365的視頻處理前端(VPFE)。TVP5158高度靈活的視頻輸出與DM3 65的無縫接口可取消對(duì)外部FPGA的需求。TVP5158與DM365的接口框圖如圖2所示。

    TVP5158輸出8位的ITU-RBT．656和16位4：2：2 YUV格式視頻。DM365支持ITU-BT．601／BT．656／BT．1120數(shù)字YCbCr 4：2：2(8 b／16 b)格式視頻，所以本系統(tǒng)中DM365采用YCbCr 4：2：2的8位ITU-R BT．656視頻捕獲模式，該系統(tǒng)不需要外部行／場同步信號(hào)。TVP5158的DVO引腳與DM365的YIN引腳相連，以用來傳輸數(shù)據(jù)。
1．2 外部存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)
    在該單元中，選用的外部存儲(chǔ)器為一個(gè)DDR2SDRAM芯片和一個(gè)NAND FLASH芯片。在該單元中，采用華邦電子公司的1 GB DDR2 SDRAM作為主存儲(chǔ)器，型號(hào)為W971GG6IB。DM365與W971GG6IB的接口框圖如圖3所示。

    CLK和是時(shí)鐘信號(hào)引腳，芯片時(shí)鐘通過這兩個(gè)引腳輸入。為行地址鎖存，為列地址鎖存，為寫使能，這三個(gè)引腳可對(duì)輸入命令進(jìn)行規(guī)定。當(dāng)片選為高電平時(shí)，所有的外部命令都被禁止；還可提供外部組選擇。A0～A12為地址總線，芯片中行地址為A0～A12，列地址為A0～A9，其中的A10是自動(dòng)預(yù)充電標(biāo)志。因?yàn)樵搯卧x用一個(gè)1 GB的DDR2SDRAM，所以選擇BA0和BA1兩個(gè)引腳對(duì)片內(nèi)8個(gè)組進(jìn)行選擇。DQ0～DQ15為雙向數(shù)據(jù)總線引腳，可支持16位寬度的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)DDR-DQS進(jìn)行寫操作時(shí)，數(shù)據(jù)輸出到芯片中；當(dāng)DDR-DQS進(jìn)行讀操作時(shí)，芯片的數(shù)據(jù)輸入到DM365中。DDR-DQS1用于DDR-DQ[15：8]，DDR-DQS0用于DDR-DQ[7：0]。LDQS與DDR-DQS0相連，LDQS與DQ0～DQ7上的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)；UDQS與DDR-DQS1相連，UDQS與DQ8～DQ15上的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)。LDQS和UDQS分別為低位和高位數(shù)據(jù)選通，只有在不同數(shù)據(jù)選通模式通過EMR的控制位被使能時(shí)才被使用。
    單元中選用的NAND FLASH為三星公司的K9F2808UOC，它為一個(gè)132 MB的閃存，其中的內(nèi)存容量分為16M×8 b容量和4 MB的備用容量。該存儲(chǔ)器陣列包含1 024個(gè)獨(dú)立可擦除塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊包含16KB。K9F2808U0C的8個(gè)I／O引腳是地址復(fù)用的，這樣可減少引腳數(shù)，并方便系統(tǒng)升級(jí)，閃存電源為3．3 V。DM365與K9F2808U0C的接口框圖如圖4所示。

    圖4中I／O0～I(xiàn)／O7為數(shù)據(jù)輸入／輸出引腳，與EM-D[O：7]引腳相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。I／O引腳用于輸入命令、地址和數(shù)據(jù)，還用于在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)。引腳與EM-CE0引腳相連，實(shí)現(xiàn)片選功能。引腳與EM-OE引腳相連，對(duì)串行數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行控制。引腳與EM-WE引腳相連，控制了對(duì)I／O端口的寫操作。命令、地址和數(shù)據(jù)被鎖在脈沖的上升沿。為輸出引腳，與EM-WAIT引腳相連，它表明了設(shè)備操作的狀態(tài)，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)，它表明一個(gè)程序、擦除或隨機(jī)讀操作正在進(jìn)程中，并在結(jié)束后返回到高電平狀態(tài)。
1．3 以太網(wǎng)設(shè)計(jì)
    DM365通過ENC28J60以太網(wǎng)控制器與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，其接口框圖如圖5所示。

    ENC28J60以太網(wǎng)控制器是美國微芯科技公司推出的產(chǎn)品，適用于精簡的嵌入式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。DM365的SPI接口與ENC28J60芯片的SPI接口相連。為片選輸入引腳，SCK為時(shí)鐘輸入引腳，SI為數(shù)據(jù)輸入引腳。ENC28J60芯片與RJ-45接口之間還需要連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)變壓器。在差分接收引腳(TPIN+／TPIN-)上連接一個(gè)專用于10BASE-T操作的1：1脈沖變壓器；在差分發(fā)送引腳(TPOUT+／TPOUT-)上連接一個(gè)帶有中心抽頭的1：1脈沖變壓器。變壓器起到電平轉(zhuǎn)換及電氣隔離的作用。
1．4 視頻輸出設(shè)計(jì)
    LCD顯示器與視頻處理后端相連。視頻輸出部分框圖如圖6所示。

    OSD模塊的主要功能是采集和混合視頻數(shù)據(jù)以及顯示／位圖數(shù)據(jù)，并將它們以YCbCr格式傳輸給視頻編碼器(VENC)。視頻和顯示數(shù)據(jù)從外部DDR2／mDDR存儲(chǔ)器讀取。

2 結(jié)語
    該設(shè)計(jì)采用DM365視頻處理芯片，充分利用其外圍接口多的特點(diǎn)，選用了一些外圍接口芯片，以滿足智能視頻處理的功能。