嵌入式網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
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煤炭作為一種特殊商品,其質(zhì)量評價必須要有能夠代表整個樣品的煤樣,煤樣的取得須有一套規(guī)范的采樣和制樣系統(tǒng)。商品煤樣的采取和制備過程需要有嚴密的操作和質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng),以保證煤炭質(zhì)量評價的公正和嚴謹。
目前安全監(jiān)控領域的主流產(chǎn)品是數(shù)字硬盤錄像機,主要適用于監(jiān)控點集中的局域監(jiān)控用,煤炭質(zhì)量評價的作業(yè)區(qū)域跨度大。港區(qū)內(nèi)作業(yè)地點不可判斷性等特點,可應用于數(shù)字硬盤錄像機。本系統(tǒng)采用專用圖像DSP處理器TMS320DM642,搭建了DSP-PC網(wǎng)絡互連和圖像傳輸?shù)亩嗦穼崟r視頻采集系統(tǒng),使網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)以其可靠性高、組網(wǎng)便利等優(yōu)點在應用中直接得到體現(xiàn)。
1 系統(tǒng)硬件設計
1.1 tms320dm642簡介
tms320dm642是TI公司C6000系列DSP總最新的定點DSP,其核心是C6416型高性能數(shù)字信號處理器,具有極強的處理性能,高度的靈活性和可編程性,同時外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡通信等設備及接口,特別適用于機器視覺、醫(yī)學成像、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控、數(shù)字廣播以及基于數(shù)字視頻/圖像處理的消費類電子產(chǎn)品等高速DSP應用領域。筆者針對市場客戶的需求,設計并實現(xiàn)了一款以TVP5150為視頻輸入解碼器,以PCM1801為音頻輸入采集電路,以TMS320DM642型DSP為核心處理器的多路視頻采集兼壓縮處理PCI板卡,并將其應用于構建高穩(wěn)定性、高魯棒性和多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng),取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。
1.2 系統(tǒng)總體構成
TMS320DM642采用第二代高性能、先進的超長指令字veloci T1.2結構的DSP核及增強的并行機制,當工作在720M赫茲的時鐘頻率下,其處理性能最高可達5760MI/s,使得該款DSP成為數(shù)字媒體解決方案的首選產(chǎn)品,它不僅擁有高速控制器的操作靈活性,而且具有陣列處理器的數(shù)字處理能力,TMS320DM642的外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡通信接口。
系統(tǒng)整體硬件設計基于TMS320DM642 EVM板TMS320DM642 Ver5.1,圖像信號由擴展的多路CCD圖像傳感器提供,模擬信號經(jīng)圖像解碼器SAA7113將其解碼成數(shù)字并行ITU-R BT.656碼流,并傳送至TMS320DM642的視頻接口。圖像數(shù)據(jù)通過EDMA方式轉(zhuǎn)移到外部存儲器,這時TMS320DM642處理器可根據(jù)應用程序的需要讀取數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應的運算處理程序,然后通過EMAC網(wǎng)絡模塊進行網(wǎng)絡傳輸。
該系統(tǒng)是以主處理器TMS320DM642為核心,由視頻,外部存儲,網(wǎng)絡等模塊組成。將完成視頻信號的實時采集、圖像壓縮處理及網(wǎng)絡傳輸?shù)裙δ堋?/p>
該系統(tǒng)是以主處理器TMS320DM642為核心,由視頻,外部存儲,網(wǎng)絡等模塊組成。將完成視頻信號的實時采集、圖像壓縮處理及網(wǎng)絡傳輸?shù)裙δ堋?/p>
1.3 視頻模塊
視頻(英文:Video,又翻譯為視訊)泛指將一系列的靜態(tài)影像以電信號方式加以捕捉,紀錄,處理,儲存,傳送,與重現(xiàn)的各種技術。關于大小視頻各種后綴格式,包括個人視頻上傳,電影視頻。連續(xù)的圖像變化每秒超過24幀(frame)畫面以上時,根據(jù)視覺暫留原理,人眼無法辨別單幅的靜態(tài)畫面,看上去是平滑連續(xù)的視覺效果,這樣連續(xù)的畫面叫做視頻
系統(tǒng)視頻模塊主要由4路CCD圖像傳感器、TMS32013M642的視頻端口、圖像采集器件等組成。TMS32019M642集成有3個視頻端口VP0、VPl和VP2,每個VP(Video Port)口分為A、B 2個通道。TMS320DM642的VPO中的VPO/A、VPO/B和VPl中的VPl/A和VPl/B配置成接收8位ITU-R BT.656碼流格式,分別掛接SAA7113H。
由于采用ITU-R BT.656碼流格式,圖像的水平同步、垂直同步、場同步等信號已內(nèi)嵌在視頻數(shù)據(jù)流中,由于TMS320DM642每個VP口預留的3個可以接收同步信號的VP0CTL控制引腳,只能滿足一路視頻同步信號的要求,沒有同步信號線的連接。
2 系統(tǒng)軟件設計
整個圖像采集系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件開發(fā)過程是在TI公司的DSF集成開發(fā)環(huán)境CCS中進行的。首先系統(tǒng)各個模塊線程都需進行初始化工作:系統(tǒng)板卡硬件的初始化、信息傳輸信道的初始化、網(wǎng)絡模塊初始化等。處理線程確認圖像采集完畢之后接收圖像數(shù)據(jù)圖像壓縮。網(wǎng)絡線程處理線程的結束后發(fā)送的信息序列并進行確認,接收處理后的圖像數(shù)據(jù)并重新進行色差信號轉(zhuǎn)換,最終建立網(wǎng)絡連接將數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)絡。
3 網(wǎng)絡架構
從TMS320DM642傳輸來的數(shù)據(jù)由LXT971轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)物理層接收的數(shù)據(jù),通過雙絞線連接XFmr Module隔離變壓器和RI-45頭連接到網(wǎng)絡傳輸至上位機。
系統(tǒng)中DSP網(wǎng)絡通信及其通信接口的開發(fā)基于DSP/BIOS和網(wǎng)絡開發(fā)包NDK等資源。底層硬件驅(qū)動與TCP/IP協(xié)議棧的接口包含TCP/IP協(xié)議棧與硬件驅(qū)動層之間的應用程序編輯接口和驅(qū)動環(huán)境與TCP/IP協(xié)議棧之間傳遞狀態(tài)監(jiān)測信息接口。其中網(wǎng)絡底層驅(qū)動和TCP/IP協(xié)議棧之間信息的傳遞涉及的消息變量STKEVENT是網(wǎng)絡開發(fā)組件中負責傳遞相關信息的載體。它擁有若干個具有三元構成數(shù)組的成員變量,不同的組合方式構成的數(shù)組用來表示相應的網(wǎng)絡信息。
4 功能實現(xiàn)
在對硬件加載。out可執(zhí)行文件后打開IE瀏覽器,在地址欄輸入設置好的IP。刷新即可以看到IE瀏覽器顯示出的經(jīng)TMS320DM642壓縮處理,通過網(wǎng)絡傳送給PC機的視頻圖像。
在傳送CIF分辨率的壓縮圖像數(shù)據(jù)(352x288,25幀/s)時,CCS中顯示TMS320DM642的CPU占用率為88%~96%,壓縮比為40時,網(wǎng)絡數(shù)據(jù)速率約為380 kb/s,圖像幀數(shù)為23幀,顯示出來基本上是實時圖像。
5 結束語
本文介紹了針對煤炭質(zhì)量檢測實際應用設計一個具備網(wǎng)絡傳輸功能的多路圖像監(jiān)控系統(tǒng),以DSP處理器TMS320DM642為核心,并在CCS開發(fā)平臺應用NDK網(wǎng)絡組件開發(fā)系統(tǒng),實現(xiàn)圖像的實時網(wǎng)絡傳輸。