基于DSP/ARM的網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)的設(shè)計(jì)方案

　隨著人們生活水平的提高和對(duì)工作、生活環(huán)境中安全防衛(wèi)需求的增長(zhǎng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展。傳統(tǒng)的基于PC 機(jī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)多存在著諸如安裝攜帶不便、不能在惡劣環(huán)境下使用等一些缺點(diǎn)，這就亟待一種全新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)。隨著近年來(lái)超大規(guī)模集成電路和嵌入式軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是DSP、PowerPC 等嵌入式芯片的出現(xiàn)，將嵌入式處理器應(yīng)用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中不僅克服了上述基于PC 機(jī)系統(tǒng)的一些缺點(diǎn)，而且其強(qiáng)大的功能加上豐富的外設(shè)接口和高度的可編程性使得視頻監(jiān)控的硬件和軟件都更容易實(shí)現(xiàn)。正是由于越來(lái)越高的性價(jià)比加上體積小、成本低等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使得嵌入式芯片在視頻監(jiān)控領(lǐng)域也漸漸擁有了一席之地。

　　1 系統(tǒng)概述

　　本方案采用DSP+ARM 的雙核結(jié)構(gòu)，采用H.264標(biāo)準(zhǔn)作為視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，采用開(kāi)放性的uclinux 操作系統(tǒng)。其中DSP 芯片采用TI 公司的DM642,主要用來(lái)進(jìn)行圖像處理，ARM 芯片采用S3C2510 進(jìn)行操作控制。本方案中服務(wù)器不僅要采集、處理視頻，還要進(jìn)行控制，如通過(guò)云臺(tái)的控制對(duì)監(jiān)控圖像的視場(chǎng)、方位進(jìn)行改換等。雖然DM642 具有較高的性能和豐富的接口，但要讓DSP 完成上述全部功能，就顯得力不從心了，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和圖像質(zhì)量將難免受到損傷。

　　引入ARM 主機(jī)則可從根本上解決這些問(wèn)題。ARM 是32 位CPU,功能強(qiáng)大，可以構(gòu)建適于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟僮飨到y(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 總體設(shè)計(jì)

　　網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)的硬件體系包含以下幾個(gè)處理單元：視音頻采樣、視音頻壓縮處理模塊、視音頻預(yù)覽模塊、視音頻回放模塊、記錄模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、報(bào)警輸入輸出模塊、人機(jī)界面模塊等，以下是網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中包含了壓縮模塊、預(yù)覽模塊、硬盤(pán)控制器及主控模塊，各模塊之間的數(shù)據(jù)通過(guò)PCI內(nèi)部總線進(jìn)行傳輸。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　采樣的視音頻數(shù)據(jù)由壓縮模塊進(jìn)行處理，處理后的視音頻數(shù)據(jù)供預(yù)覽、錄像或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，視音頻處理的核心部件為數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）。系統(tǒng)資源的管理與調(diào)度由主控模塊完成，其核心部件為ARM 芯片。

　　2.2 視頻和音頻采集和處理模塊

　　本系統(tǒng)采用模擬攝像頭進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)采集，然后將采集到的模擬數(shù)據(jù)通過(guò)TI 公司的TVP5154 芯片進(jìn)行數(shù)字化，TVP5154 視頻編碼器支持PAL/NTSC、CVBS 或Y/C 模擬視頻輸入，8-bit BT.656 數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流輸出，其輸出的數(shù)字視頻流可以與DM642 實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。在本地預(yù)覽和本地回放模塊，采用SAA7105 視頻解碼器進(jìn)行解碼，SAA7105 型視頻解碼器支持8-bit BT.656 數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流輸入，PAL/NTSC、CVBS 或Y/C 模擬視頻輸出。通過(guò)DM642 的I2C 總線對(duì)視頻編/解碼器的內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)不同的輸入輸出，視頻編解碼器的參數(shù)通過(guò)I2C 總線配置。作為視頻輸入口時(shí)，視頻數(shù)據(jù)的行/場(chǎng)同步又包含BT.656 數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流中的EAV和SAV 時(shí)基信號(hào)控制，視頻口只需視頻采樣時(shí)鐘和采樣使能信號(hào)（控制采樣起始），TVP5154 用系統(tǒng)時(shí)鐘SCLK 提供采樣時(shí)鐘，用可編程引腳GPCL 提供采樣使能。作為視頻輸出口時(shí)，視頻口要為SAA7105 提供時(shí)鐘和行/場(chǎng)同步信號(hào)。DM642 有3 個(gè)視頻口，每個(gè)都可以配置為上下兩個(gè)通道，但VP0、VP1 的兩個(gè)通道必須同時(shí)為視頻輸入口或輸出口。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，在本系統(tǒng)中VP0 和VP1 的 A 通道配置為8-bitBT.656 視頻輸入口，VP2 A 和B 通道配置為2 個(gè)8-bit BT.656 視頻輸入口，VP0 和VP1 的B 通道配置為MCASP,接四個(gè)音頻Codec.

　　音頻部分采用TLV320AIC23B 型音頻編/解碼器，它支持麥克風(fēng)/立體聲模擬輸入/輸出和數(shù)字音頻數(shù)據(jù)流輸出/輸入。PLL1708型可編程視頻/音頻同步數(shù)字鎖相環(huán)給McASP 和TLV320AIC23B 提供時(shí)鐘信號(hào)，SCK02 端口接McASP 的AHCLKX,SCK03 端口接TLV320AIC23B 的主時(shí)鐘MCLK.PLL1708 的時(shí)鐘輸入為27MHz.DM642 與TLV320AIC23B 的對(duì)應(yīng)引腳功能見(jiàn)表1.

表1 DM642 與TLV320AIC23B 的對(duì)應(yīng)引腳。

2.3 存儲(chǔ)模塊

　　DM642 的EMIF 在內(nèi)存中的地址映射分為4 個(gè)可獨(dú)立尋址的空間CE[3:0],自地址0x80000000 起各占256MB.根據(jù)設(shè)計(jì)中所選用芯片的數(shù)據(jù)寬度等特點(diǎn)，可以對(duì)這4 個(gè)尋址空間進(jìn)行配置。其中，CE0 空間配置成64 位寬度，只用于SDRAM 內(nèi)存的映射；CE1 空間配置成8 位寬度，用于Flash、UART 的映射；CE2 空間配置成16 位寬度，用于ATA 寄存器的映射；CE3 本設(shè)計(jì)中未使用，可以作為將來(lái)擴(kuò)展子卡用。