摘要：為了解決標(biāo)準(zhǔn)清晰度監(jiān)控系統(tǒng)中存在的一些問題,，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于TMS320DM365的高清視頻壓縮系統(tǒng)。采用ITU-T的H.264(DM365內(nèi)嵌硬件壓縮器)視頻壓縮算法,，高清模擬視頻信號(hào)通過專用視頻解碼芯片TVP7002轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào),，在DM365中進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，內(nèi)嵌ARM把數(shù)據(jù)打包后傳到internet,，通過PC機(jī)軟件解碼,，進(jìn)行視頻播放。實(shí)踐證明,，本編碼方案很好的完成了數(shù)據(jù)壓縮及傳輸,，符合設(shè)計(jì)要求。
在視頻監(jiān)控應(yīng)用中,，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控由于圖像清晰度不高(CIF～D1分辨率),、管理和維護(hù)諸多線纜難度大、配置眾多設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、擴(kuò)展不便,，這些因素嚴(yán)重制約了安保管理效能的提升,，同時(shí)也為高清視頻監(jiān)控的發(fā)展帶來了契機(jī)，本文論述了基于DM365的高清視頻編碼器的硬件設(shè)計(jì),。
1 硬件平臺(tái)整體設(shè)計(jì)
TMS320DM365延續(xù)了DavinciTM家族DM355處理器的架構(gòu),，集成了一顆ARM926EJ-S內(nèi)核，一個(gè)圖像處理子系統(tǒng)(VPSS),，一個(gè)H.264高清編碼器協(xié)處理器HDVICP和一個(gè)MPEG-4/JPEG高清編碼器協(xié)處理器MJCP,，支持多格式H.264、MPEG-4,、MPEG-2,、MJPEG以及VC1等編解碼器，可實(shí)現(xiàn)高度的視頻靈活性,。DM365可以同時(shí)輸出720P,，D1，CIF三個(gè)碼流,，或者更多的組合方式,，并且編碼速率可調(diào)，并且支持硬件OSD,。該處理器有豐富的外圍接口,，用戶可以方便的外接子系統(tǒng)，本文采用TMS320DM365作為主CPU,，對(duì)輸入視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并進(jìn)行相應(yīng)的壓縮網(wǎng)絡(luò)傳輸處理,，設(shè)計(jì)了基于DM365架構(gòu)的數(shù)字視頻編碼器。系統(tǒng)除了DM365以外,，還有高清視頻A/D轉(zhuǎn)換器,、音頻CODEC、存儲(chǔ),、以太網(wǎng),、串口等模塊。系統(tǒng)運(yùn)行于Linux操作系統(tǒng),，具有實(shí)時(shí)性好,、通訊速率快、圖象質(zhì)量高,、性能穩(wěn)定,、價(jià)格便宜、防病毒等特點(diǎn),。
系統(tǒng)整體框圖如圖1所示,，系統(tǒng)選用DM365為主CPU，DM365外接音頻模塊、視頻輸入模塊,、存儲(chǔ)模塊,、串口及網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。本平臺(tái)由兩部分構(gòu)成：視頻輸入及圖像處理部分和視頻輸出部分,。
視頻輸入及圖像處理部分：高清晰度模擬視頻信號(hào)輸入TVP7002,，經(jīng)過A/D編碼以后變成高清數(shù)字視頻信號(hào)，此數(shù)字信號(hào)輸出給DM365,。本模塊DM365主要對(duì)輸入視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行H.264壓縮,，并可實(shí)現(xiàn)噪聲過濾、視頻穩(wěn)定,、面部檢測(cè),、自動(dòng)白平衡、自動(dòng)對(duì)焦,、自動(dòng)曝光以及邊緣增強(qiáng)等功能,，此外，還對(duì)系統(tǒng)上所有I2C設(shè)備初始化,，實(shí)現(xiàn)音頻語音對(duì)講等功能,。
視頻輸出部分：DM365內(nèi)嵌ARM微處理器，該處理器核心功能是對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),，外接存儲(chǔ)器模塊,、以太網(wǎng)模塊、串口模塊等,。ARM先完成壓縮數(shù)據(jù)的RTP,、UDP、IP封裝,，然后經(jīng)過MAC成幀，最后通過以太網(wǎng)控制器PHY完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送,。此外ARM還負(fù)責(zé)解析接收數(shù)據(jù),，對(duì)PC機(jī)發(fā)來的相關(guān)參數(shù)命令進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算設(shè)置(視頻壓縮碼率,、幀率等),，通過串口實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的控制(云臺(tái)控制器、鏡頭等),，通過GPIO對(duì)報(bào)警輸入輸出的處理等等,。
2 模塊設(shè)計(jì)
2.1 視頻音頻輸入模塊
在DM365上有VPFE接口，能支持多種格式的視頻輸入格式,。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)1路高清視頻輸入,，高清A/D轉(zhuǎn)換芯片采用TVP7002。TVP7002能實(shí)現(xiàn)R/Pr、C/Y,、B/Pb信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換,，轉(zhuǎn)換率高達(dá)165MHz，在很多高清數(shù)字視頻環(huán)境中被使用,，分辨率高達(dá)1080P,。DM365通過IIC總線對(duì)其配置，對(duì)TVP7002內(nèi)部寄存器進(jìn)行適當(dāng)配置,，可以處理720P分辨率的視頻源,，A/D以后的視頻數(shù)據(jù)從TVP7002數(shù)字視頻口輸出到DM365的VPFE。系統(tǒng)同時(shí)提供高清數(shù)字視頻輸入接口,，HDVICP協(xié)處理器可以在1280X720P30的格式下提供H.264標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼或解碼,，而MJCP協(xié)處理器除了支持JPEG標(biāo)準(zhǔn)，還可以在1920x1080P24的格式下提供MPEG-4的視頻編碼或解碼,。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)1路LINEIN和立體聲輸出通過AIC23實(shí)現(xiàn),，DM365通過IIC總線對(duì)其配置，AIC23連接在DM365的MCBSP口,。DM365的MCBSP被用作雙向數(shù)據(jù)通道,，所有的音頻數(shù)據(jù)流都通過此通道傳輸，并支持不同的數(shù)據(jù)格式,。
2.2 以太網(wǎng)模塊
系統(tǒng)含有I路10/100M網(wǎng)絡(luò)接口,，DM365內(nèi)帶MAC控制器，在EMAC接口外接一片以太網(wǎng)PHY芯片,，PHY采用RTL8201,，RTL8201與DM365的MII接口相連。DM365通過MDIO接口實(shí)現(xiàn)對(duì)RTL8201寄存器的配置及控制,，其他握手信號(hào)依次連接,，通過上拉下拉電阻對(duì)RTL8201進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲?設(shè)置PHY地址等)，RTL8201在上電初導(dǎo)入這些配置信息,，并進(jìn)行相應(yīng)的工作,。在RTL8201的時(shí)鐘接口外接一個(gè)25MHz晶體，作為RTL8201的時(shí)鐘源,。RTL8201外接網(wǎng)絡(luò)變壓器,，進(jìn)行信號(hào)隔離，通過RJ45連接到網(wǎng)絡(luò),。
2.3 存儲(chǔ),、USB、串口,、RTC,、報(bào)警模塊
系統(tǒng)提供1路USB接口,，支持OTG模式和HOST模式，支持USB2.0 High Speed(480Mb/s),、Full Speed(12Mb/s),，可設(shè)置的FIFO。DM36 5片載USB Controler和USB PHY,，通過相關(guān)配置完成其初始化,，在USB上可以外接USB-SATA硬盤等外設(shè)。
系統(tǒng)外接DDR2 SDRAM和NAND Flash作為片外存儲(chǔ)器,，通過設(shè)置BTSEL[2：0]為000來選擇啟動(dòng)方式為NANDFlash BOOT模式,。DM365的AEMIF接口可以支持NANDFlash和NOR Flash，因?yàn)镹AND Flash存儲(chǔ)容量大,，價(jià)格便宜,，本設(shè)計(jì)選用NAND Flash。
DM365提供了專門的DDR2控制接口,，16位數(shù)據(jù)線,，14位地址線和3根塊選擇信號(hào)，可以支持256 MByte的存儲(chǔ)空間,，系統(tǒng)選用DDR2 SDRAM芯片K4T1G164QQ,。
DM365有2個(gè)UART接口，系統(tǒng)外接兩路串口,，一路RS232,，用做調(diào)試，一路RS485外設(shè)進(jìn)行通訊(云臺(tái)鏡頭等),。并通過GPIO提供2路開關(guān)量報(bào)警輸入和2路開關(guān)量報(bào)警輸出,，報(bào)警輸入通過光藕來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)報(bào)警信號(hào)輸入時(shí),，光藕導(dǎo)通,，輸出低電平至DM365 GPIO，當(dāng)沒有報(bào)警信號(hào)輸入時(shí),，光藕截止,，輸出高電平至DM365 GPIO，DM365通過檢測(cè)GPIO電平來判斷報(bào)警輸入信號(hào)的有無,，報(bào)警輸出通過控制繼電器的開合來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)還通過IIC擴(kuò)展了一路RTC,。
系統(tǒng)通過外部晶體為DM365提供24MHz時(shí)鐘輸入,，DM365內(nèi)部PLL來產(chǎn)生模塊時(shí)鐘。
2.4 電源部分
系統(tǒng)提供5V電源輸入接口,，通過電源轉(zhuǎn)換芯片提供+1.35V,、+1.8V和+3.3V的電源,。其中1.35V和1.8V采用TPS62040DGQ產(chǎn)生。TPS62040DGQ是TI公司推出的一款高效率低紋波的DC-DC芯片,，其輸出電壓通過電阻進(jìn)行調(diào)節(jié),。3.3V電壓采用TPS5430實(shí)現(xiàn)，其最高輸入電壓可以達(dá)到36V,，最大提供3A的電流,。
對(duì)系統(tǒng)的上電順序是：先給內(nèi)核上電(1.35V)，然后對(duì)PLL等模塊上電(1.8V),。即先通過TPS5430得到3.3V的電源,，然后通過TPS62040DGQ產(chǎn)生1.35V，通過1.35V連接到另一片TPS62040DGQ的EN上1.8V,，產(chǎn)生1.8V以后,，通過開關(guān)管導(dǎo)通先前產(chǎn)生的3.3V，3.3V最后加載到DM365上,。產(chǎn)生下電順序與上電順序相反,。
3 結(jié)束語
為測(cè)試設(shè)計(jì)是否達(dá)到預(yù)定要求，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了較為完備的測(cè)試,，選用了多種高清視頻輸入源在不同的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試,，有測(cè)試運(yùn)動(dòng)快慢及劇烈程度的畫面，有測(cè)試黑自圖像效果的全黑與全白,，還有測(cè)試亮度等級(jí)的階梯圖案等,。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)的進(jìn)行編碼,，解碼圖像畫面清晰流暢,，沒有馬賽克以及動(dòng)畫現(xiàn)象，沒有曝光過度,、人像曝光不足,、偏色、曝光和白平衡不準(zhǔn)確等問題,，色彩鮮艷,，亮度分明?？朔藰?biāo)準(zhǔn)清晰度監(jiān)控系統(tǒng)中存在的不足,。
此設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)使用，符合設(shè)計(jì)初衷,，在可視電話,、高清監(jiān)控系統(tǒng)、車載監(jiān)控領(lǐng)域有廣泛的市場(chǎng)前景,。