基于DVR的網(wǎng)絡(luò)化家庭視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為了免除越來(lái)越多的城市白領(lǐng)階層對(duì)家人健康和家庭財(cái)產(chǎn)安全的后顧之憂，基于數(shù)字視頻錄像機(jī)DVR的網(wǎng)絡(luò)化家庭監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它可使得你無(wú)論身在全球何處都可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和全球移動(dòng)通信系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)控家庭的安全環(huán)境。本文基于TI公司專門為視頻處理而開發(fā)的TMS320DM642芯片具體說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)挑戰(zhàn)和開發(fā)要點(diǎn)。

手機(jī)和MP3播放器今年增速最快。(VPM642原理框圖)

視頻監(jiān)控是通過(guò)獲取監(jiān)控目標(biāo)的視頻圖像信息，對(duì)視頻圖像進(jìn)行監(jiān)視、記錄、回溯，并根據(jù)視頻圖像信息人工或自動(dòng)地作出相應(yīng)的動(dòng)作，以達(dá)到對(duì)監(jiān)控目標(biāo)的監(jiān)視、控制、安全防范、和智能管理，已被廣泛應(yīng)用于軍事、海關(guān)、公安、消防、林業(yè)、堤壩、機(jī)場(chǎng)、鐵路、港口、城市交通等眾多公眾場(chǎng)合，隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低將逐漸普及到家庭安全防范和娛樂應(yīng)用。

早期的視頻監(jiān)控是以攝像機(jī)、監(jiān)視器(電視機(jī))組成的純模擬的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，稱為閉路監(jiān)視系統(tǒng)。其特點(diǎn)是一個(gè)攝像機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)監(jiān)視器(電視機(jī))的監(jiān)視，只能監(jiān)控范圍很小的區(qū)域。

隨后出現(xiàn)了視頻切換設(shè)備，改變了攝像機(jī)和監(jiān)視器(電視機(jī))的1對(duì)1的方式。并且隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷完善，閉路監(jiān)視系統(tǒng)加入了多路視頻切換、攝像機(jī)云臺(tái)/鏡頭控制、和報(bào)警聯(lián)動(dòng)等數(shù)字控制功能，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

到了九十年代，隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、通信技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，人們開發(fā)出了視頻捕捉卡，并將其與PC機(jī)結(jié)合，出現(xiàn)了數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。并且隨著視頻壓縮編碼技術(shù)、和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，基于PC機(jī)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能更加完善和豐富。但是其系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性均存在一定的問(wèn)題，而且其成本昂貴。

圖2：TMS320DM642視頻口與視頻編解碼器的接口。

直到本世紀(jì)初，隨著以TI公司的TMS320C6000系列、Philips公司的Trimedia、Equator公司的BSP-15等為代表的高性能DSP的出現(xiàn)，由嵌入式處理器來(lái)實(shí)時(shí)完成高速、大數(shù)據(jù)量的視頻/音頻編解碼處理成為可能，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，使集可編程圖像/聲音編解碼、本地存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、和自動(dòng)化技術(shù)為一體的嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。以DSP為核心的嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，配合嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以以應(yīng)用為中心，根據(jù)應(yīng)用對(duì)功能、可靠性、穩(wěn)定性、成本、體積等的綜合要求，對(duì)軟／硬件進(jìn)行裁剪，以滿足視頻監(jiān)控發(fā)展的二大需要：數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。

DVR正是在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，DVR采用數(shù)字音/視頻壓縮/解壓縮的編解碼技術(shù)，用硬盤來(lái)本地儲(chǔ)存經(jīng)壓縮編碼后的數(shù)字音／視頻數(shù)據(jù)流，用網(wǎng)絡(luò)來(lái)遠(yuǎn)程傳輸經(jīng)壓縮編碼后的數(shù)字音/視頻數(shù)據(jù)流和控制信息，集圖像畫面分割、多路視頻切換、錄/放像機(jī)等功能于一體。硬件上還可連接傳感器、警報(bào)器、云臺(tái)和鏡頭控制器等，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視范圍的搜索和目標(biāo)鎖定，以及環(huán)境監(jiān)控和報(bào)警輸出；軟件上還可增加圖像移動(dòng)偵測(cè)、特征提取等輔助功能，以滿足某些特定應(yīng)用的需求。

目前，DVR可按產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分為基于PC的DVR和嵌入式DVR二種，這二種DVR產(chǎn)品各有優(yōu)缺點(diǎn)?；赑C的DVR經(jīng)過(guò)多年的開發(fā)和應(yīng)用，功能日趨完善、產(chǎn)品日趨成熟，并可充分利用PC機(jī)上豐富的軟／硬件資源。但PC機(jī)所采用的Windows操作系統(tǒng)為非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并且易受病毒攻擊，影響了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，另外其昂貴的成本，使其難于普及到家庭使用。嵌入式DVR，沒有了PC機(jī)強(qiáng)大的軟／硬件資源的支持，其產(chǎn)品的靈活性和功能的豐富性受到一定程度的限制，但隨著近年來(lái)芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式DVR的功能日益豐富、產(chǎn)品日益成熟，加之嵌入式DVR固有的穩(wěn)定性和低成本，越來(lái)越被人們接受，尤其在家庭普及應(yīng)用中。

DVR的核心技術(shù)

DVR目前仍處于不斷的發(fā)展之中，它所涉及的基本技術(shù)包括：數(shù)字音/視頻壓縮/解壓縮編解碼技術(shù)；操作系統(tǒng)支持；海量、高可靠本地存儲(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)通信等。后二者為整個(gè)IT產(chǎn)業(yè)的技術(shù)大背景，而前二者則是DVR產(chǎn)品設(shè)計(jì)者必須面對(duì)和需要解決的技術(shù)核心。

模擬視頻信號(hào)數(shù)字化后，產(chǎn)生大量的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流，如果直接將這些原始的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)傳輸，則對(duì)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量和存/取速度，及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸挶貙⑻岢鰢?yán)苛的要求，這不僅在技術(shù)上難于實(shí)現(xiàn)，而且在成本上也難于接受。所以必須對(duì)原始的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的壓縮處理。在保證圖像質(zhì)量的前提下，壓縮比越高，系統(tǒng)的性能也就越好。由此可見，視頻壓縮技術(shù)是DVR產(chǎn)品最核心的技術(shù)。

視頻壓縮技術(shù)從其實(shí)現(xiàn)來(lái)分，可分為幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮二種。幀內(nèi)壓縮技術(shù)是將連續(xù)變化的視頻圖像分解為一幅一幅單獨(dú)的幀，對(duì)這些單獨(dú)的幀進(jìn)行壓縮。而幀間壓縮技術(shù)則比較前后幀之間的差異，并只對(duì)幀間不同的部分進(jìn)行壓縮。由于連續(xù)變化的視頻圖像，其前后幀之間具有一定的相關(guān)性，相關(guān)性越大，幀之間的差異也就越小，需要進(jìn)行的壓縮處理也就越少。由此可見，幀間壓縮的性能和效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于幀內(nèi)壓縮，尤其是在圖像畫面變動(dòng)較小的情況下，幀間壓縮能提供相當(dāng)大的壓縮比，并且還能保證相當(dāng)不錯(cuò)的圖像質(zhì)量。

對(duì)幀內(nèi)和幀間不同的壓縮處理，形成了許許多多不同的壓縮技術(shù)或標(biāo)準(zhǔn)，在DVR產(chǎn)品中最常用的壓縮技術(shù)有：M-JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.263和H.264等。MPEG-x和H.26x分別是由ISO/IEC和ITU-T制定的二大視頻編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它們共同追求的目標(biāo)是在盡可能低的碼率(或存儲(chǔ)容量)下獲得盡可能好的圖像質(zhì)量。ITU-T的H.26x標(biāo)準(zhǔn)更注重使壓縮標(biāo)準(zhǔn)的輸出碼率滿足不同通信信道的傳輸特性。為了滿足日益增長(zhǎng)的視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸要求，ISO/IEC和ITU-T二大國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織聯(lián)合制定了視頻編碼新標(biāo)準(zhǔn)H.264。

不同的壓縮技術(shù)，其處理的復(fù)雜度不同。復(fù)雜度越高，壓縮比也就越大，計(jì)算量也就越大，對(duì)處理器的性能也就越高。下面分別對(duì)這幾種視頻壓縮算法作一簡(jiǎn)單介紹。

MotionJPEG是一種基于靜態(tài)圖象壓縮技術(shù)JPEG發(fā)展起來(lái)的動(dòng)態(tài)圖象壓縮技術(shù)，可以生成序列化的運(yùn)動(dòng)圖像。其主要特點(diǎn)是基本不考慮視頻流中前后幀之間的變化，只單獨(dú)對(duì)某一幀進(jìn)行壓縮。M-JPEG壓縮技術(shù)可以獲取清晰度很高的視頻圖像，而且可以靈活設(shè)置每路的視頻清晰度和壓縮幀數(shù)。因其壓縮后之格式可讀單一畫面，所以可以任意剪接。M-JPEG因采用幀內(nèi)壓縮方式也適于視頻編輯。[!--empirenews.page--]

M-JPEG的缺點(diǎn)一是壓縮效率低，M-JPEG算法是根據(jù)每一幀圖像的內(nèi)容進(jìn)行壓縮，而不是根據(jù)相鄰幀圖像之間的差異來(lái)進(jìn)行壓縮，因此造成了大量冗余信息被重復(fù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)占用的空間大到每幀8～20K字節(jié)，最好也只能做到每幀3K字節(jié)。另外一點(diǎn)是它的實(shí)時(shí)性差，在保證每路都必需是高清晰度的前提下，很難完成實(shí)時(shí)壓縮，而且丟幀現(xiàn)象嚴(yán)重，但如果采用高壓縮比則視頻質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重降低。

JPEG的新進(jìn)展是多層式JPEG(ML-JPEG)壓縮技術(shù)。它先傳低清晰度的畫面，故成像速度快很多；再補(bǔ)送細(xì)節(jié)的壓縮資料，使畫面品質(zhì)改善；然后再補(bǔ)送更細(xì)節(jié)的壓縮資料，使畫面品質(zhì)更加改善，這樣JPEG的畫面呈現(xiàn)由低清晰度到高清晰度、由模糊到清楚。

MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的碼率為1.2Mbps左右，可提供30幀CIF(352×288)質(zhì)量的圖像，是為CD-ROM光盤的視頻存儲(chǔ)和播放所制定的。MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼部分采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)、二維DCT、VLC游程編碼等。此外還引入了幀內(nèi)幀(I)、預(yù)測(cè)幀(P)、雙向預(yù)測(cè)幀(B)和直流幀(D)等概念，進(jìn)一步提高了編碼效率。

MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)是在MPEG-1的基礎(chǔ)上，在提高圖像分辨率、兼容數(shù)字電視等方面做了一些改進(jìn)，例如它的運(yùn)動(dòng)矢量的精度為半像素；在編碼運(yùn)算中(如運(yùn)動(dòng)估計(jì)和DCT)區(qū)分“幀”和“場(chǎng)”；引入了編碼的可分級(jí)性技術(shù)，如空間可分級(jí)性、時(shí)間可分級(jí)性和信噪比可分級(jí)性等。

MPEG-4是基于幀重建算法來(lái)壓縮和傳輸視頻數(shù)據(jù)，通過(guò)動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)圖像各個(gè)區(qū)域的變化，根據(jù)對(duì)象的空間和時(shí)間特征來(lái)調(diào)整壓縮方法，從而可以獲得比MPEG-1更大的壓縮比、更低的壓縮碼流和更佳的圖像質(zhì)量。MPEG4的應(yīng)用目標(biāo)是針對(duì)窄帶傳輸、高畫質(zhì)壓縮、交互式操作以及將自然物體與人造物體相融合的表達(dá)方式，同時(shí)還特別強(qiáng)調(diào)廣泛的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。

H.264是ITU-T的VCEG(視頻編碼專家組)和ISO/IEC的MPEG(活動(dòng)圖像編碼專家組)的聯(lián)合視頻組(JVT：JointVideoTeam)開發(fā)的一個(gè)新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。1998年1月份開始草案征集，1999年9月，完成第一個(gè)草案，2001年5月制定了其測(cè)試模式TML-8，2002年6月的JVT第5次會(huì)議通過(guò)了H.264的FCD板。2003年3月正式發(fā)布。

H.264常用統(tǒng)一的VLC符號(hào)編碼，高精度、多模式的運(yùn)動(dòng)估計(jì)，基于4×4塊的DCT變換、分層的編碼語(yǔ)法等。這些措施使得H.264算法具有很的高編碼效率，在相同的重建圖像質(zhì)量下，能夠比H.263節(jié)約50％左右的碼率。H.264的碼流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)，增加了差錯(cuò)恢復(fù)能力，能夠很好地適應(yīng)IP和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

為了更好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸，及長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)要求，目前，DVR一般均采用編碼效率高的MPEG-4或H.264視頻壓縮技術(shù)。這必將增加壓縮算法的運(yùn)算量，對(duì)處理器性能的要求也就越高。

操作系統(tǒng)

Windows操作系統(tǒng)具有應(yīng)用普遍、使用簡(jiǎn)單、日后維護(hù)方便、軟件易于升級(jí)等特點(diǎn)，成為基于PC的DVR首選的操作系統(tǒng)。但Windows操作系統(tǒng)本身具有不穩(wěn)定性，但系統(tǒng)中除了運(yùn)行DVR應(yīng)用軟件外，還運(yùn)行其它的軟件時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)“死機(jī)”等嚴(yán)重問(wèn)題，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

Linux操作系統(tǒng)支持多用戶、多任務(wù)、及多道處理的Linux操作系統(tǒng)作為“開源”軟件，可由開發(fā)者任意修改和添加。此外，Linux是以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為基礎(chǔ)的操作系統(tǒng)，具有完整的網(wǎng)絡(luò)功能，使用者可以在Linux下以單機(jī)連上互聯(lián)網(wǎng)，也可架設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)；還可以Linux架設(shè)各種服務(wù)器，提供在互聯(lián)網(wǎng)以及內(nèi)部網(wǎng)的郵件、FTP和Web等各種服務(wù)，方便DVR實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS對(duì)于嵌入式DVR來(lái)說(shuō)是最佳選擇，開發(fā)者可以應(yīng)用為中心，根據(jù)應(yīng)用對(duì)功能、可靠性、穩(wěn)定性、成本、體積等的綜合要求，對(duì)軟／硬件進(jìn)行裁剪，使產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)更靈活、多樣。

然而，采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS的嵌入式DVR目前面臨的最大挑戰(zhàn)在于其網(wǎng)絡(luò)功能。在網(wǎng)絡(luò)普及的今天，已有越來(lái)越多的用戶使用網(wǎng)絡(luò)。具有網(wǎng)絡(luò)功能的DVR可讓用戶透過(guò)LAN/WAN、Internet等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。

基于DM642的嵌入式DVR實(shí)現(xiàn)

在進(jìn)行嵌入式DVR設(shè)計(jì)以前，我們首先需要對(duì)構(gòu)成DVR所必需的硬件配置進(jìn)行分析。

一體化模擬前端：DVR的模擬前端為來(lái)自攝像機(jī)和麥克風(fēng)的模擬視頻和模擬音頻信號(hào)，為了降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，一般會(huì)有多路視頻和音頻信號(hào)輸入。而攝像機(jī)一般安裝在云臺(tái)上，為了取景、調(diào)焦，需要對(duì)其進(jìn)行水平、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，鏡頭變焦，光圈開合，攝像頭防護(hù)罩控制(開/關(guān)、加熱/風(fēng)扇等)等，云臺(tái)的這些控制命令一般通過(guò)異步串口RS232、RS422／RS485提供。另外，對(duì)于一個(gè)完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，還需要對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，如門禁控制、紅外/煙霧/煤氣感應(yīng)、報(bào)警器、紅外對(duì)射、停車管理等，這些功能一般用數(shù)字I/O實(shí)現(xiàn)。

由此可見，DVR的一體化模擬前端，除了需要提供多路的模擬視頻/音頻的輸入端口外，還需要為云臺(tái)控制提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232/RS422/RS485異步串行接口，及環(huán)境監(jiān)控的數(shù)字I/O。

數(shù)字化：為了用微處理器實(shí)時(shí)地對(duì)輸入的視頻/音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的編/解碼處理，必需將輸入的模擬視頻/音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，這部分工作由視頻解碼器和音頻解碼器完成。每個(gè)模擬視頻輸入對(duì)應(yīng)一路視頻解碼器，每個(gè)模擬音頻輸入同樣對(duì)應(yīng)一路音頻解碼器，而且配對(duì)的視頻和音頻信號(hào)數(shù)字化必須同步進(jìn)行。

實(shí)時(shí)處理數(shù)字視頻/音頻數(shù)據(jù)：模擬視頻/音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化后，將高速產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，為了能對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、傳輸、回溯、和分析等功能，首要的工作必須實(shí)時(shí)地完成大數(shù)據(jù)量、大計(jì)算量的數(shù)字視頻／音頻的壓縮編碼處理，數(shù)字視頻壓縮編碼算法有：MPGE-2、MPEG-4、H.263、H.264等，數(shù)字音頻壓縮算法有：G.711、G.722、G.723、G.728、G.729等。

實(shí)時(shí)完成這樣的算法需要高速的處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)，高性能DSP的出現(xiàn)正好滿足了這一需求。另外大量的高速產(chǎn)生的數(shù)字視頻／音頻數(shù)據(jù)，需要高速、大容量的存儲(chǔ)器來(lái)緩存。DSP與高速、大容量存儲(chǔ)器構(gòu)成數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心。本文將采用TI公司的TMS320DM642及高速、大容量SDRAM存儲(chǔ)器來(lái)構(gòu)成DVR的核心。

數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸：對(duì)于DVR來(lái)說(shuō)，不僅需要對(duì)壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，以便回溯。而且還需要能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視和控制，即需要將壓縮后的數(shù)據(jù)和相關(guān)的控制信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。由此可見，對(duì)于DVR來(lái)說(shuō)，硬件上除了能提供大容量本地存儲(chǔ)、本地傳輸外，還需要遠(yuǎn)程傳輸?shù)冉涌凇!--empirenews.page--]

其他：在DVR對(duì)視頻／音頻信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、記錄、回溯處理的同時(shí)，還需要記錄相關(guān)的時(shí)間信息，所以需要提供硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘。另外，為了保護(hù)DVR軟／硬件開發(fā)者，尤其是軟件開發(fā)者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，還必須提供安全、可靠的硬件加密措施。

上述這些是一個(gè)通用的嵌入式DVR所必需提供的硬件配置。

基于DM642的嵌入式DVR的具體實(shí)現(xiàn)

由上述DVR硬件需求分析可知，基于TMS320DM642的DVR的構(gòu)成如圖1所示：

圖3：TMS320DM642的多通道音頻串口McASP與音頻Codec的接口。

TMS320DM642是TI公司2003年推出的、專門為視頻應(yīng)用開發(fā)的、業(yè)界最高性能的、主頻高達(dá)720MHz的、32-位定點(diǎn)DSP。TMS320DM642具有下列特點(diǎn)：1）采用TI第2代超長(zhǎng)指令集結(jié)構(gòu)（VelociTI.2）的TMS320C64xDSP內(nèi)核，主頻高達(dá)720MHz，峰值處理能力可達(dá)5760MIPS，可實(shí)時(shí)完成4路CIF或2路D1的H.264壓縮算法；2）64位、133MHz外部存儲(chǔ)器總線，可直接接口大容量、低成本的SDRAM；3）3個(gè)雙通道數(shù)字視頻口，可同時(shí)接口多達(dá)6路的BT.656數(shù)字視頻口；4）多通道音頻串口，可同時(shí)接口多達(dá)4路立體聲輸入/輸出；5）IIC總線可無(wú)縫接口視頻解碼器/編碼器和音頻Codec的控制口；6）10M/100M以太網(wǎng)MAC方便實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)接口；7）32位/66MHzPCI總線方便與PC機(jī)接口，及實(shí)現(xiàn)多板并行工作；8）32位HPI接口方便與主處理器接口，并實(shí)現(xiàn)多板并行工作。

基本的處理器系統(tǒng)用來(lái)存儲(chǔ)程序代碼和緩存大量的數(shù)字視頻/音頻數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)中通過(guò)TMS320DM642的64位、133MHz外部存儲(chǔ)器總線來(lái)擴(kuò)展大容量、低成本的閃存和SDRAM。另外，為了對(duì)壓縮后的視頻/音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行海量本地存儲(chǔ)，還通過(guò)外部存儲(chǔ)器總線擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)的ATA硬盤接口。

視頻接口用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻輸入/輸出、模擬視頻信號(hào)數(shù)字化(解碼器)、數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號(hào)(編碼器)、以及視頻編碼器/解碼器接口TMS320DM642視頻口。TMS320DM642視頻口與視頻編、解碼器的接口如圖2所示：

音頻接口：音頻接口用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模擬音頻輸入/輸出、模擬音頻信號(hào)數(shù)字化(解碼器)、數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號(hào)(編碼器)、音頻編解碼器一般做在同一器件上，稱為音頻Codec器件，以及音頻Codec接口TMS320DM642的多通道音頻串口。TMS320DM642的多通道音頻串口McASP與音頻Codec的接口如圖3所示：

傳輸接口：TMS320DM642提供3種外部傳輸接口，但它們復(fù)用引腳，每次只能配置為其中的一種外部接口。DM642通過(guò)復(fù)位時(shí)某些特殊引腳電平的配置，可分別提供下列3種接口：1）32位PCI接口；2）32位HPI接口；3）HPI16+以太網(wǎng)接口。

對(duì)于嵌入式DVR來(lái)說(shuō)，外部傳輸接口一般選用HPI16+以太網(wǎng)接口這種類型。

嵌入式DVR的軟件平臺(tái)

基于DM642的嵌入式DVR采用DSP/BIOS實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，其具有下列特點(diǎn)：1）基于優(yōu)先級(jí)的、搶先型實(shí)時(shí)調(diào)度程序；2）支持多線程管理與調(diào)度；3）支持4種線程類型：HWI、SWI、TSK、IDL；4）支持3種作業(yè)間的通信方式：Mailboxes、Semaphores、Queues；5）支持周期函數(shù)，方便實(shí)現(xiàn)固定時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)采集，簡(jiǎn)化多速率系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；6）提供存儲(chǔ)器管理，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器分配。

DSP/BIOS只是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的內(nèi)核，不具備文件輸入/輸出系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持，這些軟件模塊需要在DSP/BIOS基礎(chǔ)上添加。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：DSP/BIOS的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型類似于Windows操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型，將設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分成二層，上層為與硬件設(shè)備無(wú)關(guān)的層，與應(yīng)用程序接口；下層為與硬件設(shè)備相關(guān)的層，直接來(lái)操作具體的硬件設(shè)備。這樣可以使應(yīng)用程序與具體的設(shè)備硬件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)隔離，提高應(yīng)用程序的通用性和重復(fù)使用性，使應(yīng)用程序具有更好的可維護(hù)性和可移植性。

基于上述DM642的嵌入式DVR包含下列設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：1）音視頻輸入/輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；2）異步串口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；3）以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；4）ATA硬盤設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

視頻壓縮算法的選擇主要取決于主處理器的性能，基于DM642的嵌入式DVR，采用TI專為視頻處理而開發(fā)的、業(yè)界最高性能的、主頻高達(dá)720MHz的、32-位定點(diǎn)DSPTMS320DM642，其峰值處理能力可達(dá)5760MIPS，可實(shí)時(shí)完成4路CIF或2路D1的H.264壓縮算法。采用H.264視頻壓縮算法雖然對(duì)處理器性能的要求提高了，但其在保證圖像質(zhì)量的前提下所到達(dá)的高壓縮比，無(wú)論對(duì)海量本地存儲(chǔ)，還是網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的要求，都具有積極的意義。

文件輸入/輸出系統(tǒng)：DVR的基本要求能對(duì)壓縮后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保存，事后還要求可對(duì)保存的視頻圖像進(jìn)行檢索和回放，所以必須能進(jìn)行海量本地存儲(chǔ)?；贒M642的DVR采用DSP/BIOS實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，其并不包含文件輸入/輸出系統(tǒng)，必須在DSP/BIOS的基礎(chǔ)上自行擴(kuò)展文件管理系統(tǒng)。FAT32文件系統(tǒng)在Windows中被證明是行之有效的文件輸入/輸出系統(tǒng)，在此我們采用FAT32文件系統(tǒng)作為基于DM642的DVR的文件管理系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)海量的本地存儲(chǔ)，而且還可與Windows文件系統(tǒng)兼容。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)傳輸也是DVR的基本的功能要求，基于DM642的DVR硬件上配置有10/100M以太網(wǎng)接口，同樣，在DSP/BIOS基礎(chǔ)上擴(kuò)展TCP/IP協(xié)議，可以支持HTTP、FTP、PPPoE等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使其成為真正意義上的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

其它：作為家庭應(yīng)用的DVR，還會(huì)有一些附加的功能要求，比如，家庭安全防盜、老幼監(jiān)護(hù)等，這些功能可利用DSP所具有的可編程能力，增加圖像移動(dòng)偵測(cè)、特征提取等輔助軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。

嵌入式DVR的發(fā)展趨勢(shì)

由基于DM642的DVR可知，主處理器DM642除了要進(jìn)行視頻／音頻編解碼等真正意義上的DSP處理外，還需要進(jìn)行文件系統(tǒng)管理，和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)等操作系統(tǒng)所承擔(dān)的工作，這不僅加重了DSP處理器負(fù)擔(dān)，而且將影響附加功能的實(shí)現(xiàn)。TI即將提出的DaVinci處理器，為一種DSP+ARM的雙核處理器，其上的DSP為TI最新的C64x+DSP內(nèi)核，并進(jìn)一步在內(nèi)部集成視頻加速器和相關(guān)的外設(shè)，使其真正成為視頻應(yīng)用的SoC解決方案，并使DaVinci處理器具有很高的性能/價(jià)格比，這無(wú)疑將對(duì)嵌入式DVR產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大的沖擊。