雙DSP的多路視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：采用兩片TI公司的專用視頻處理芯片TMS320DM642設(shè)計(jì)了一種多路視頻監(jiān)控系統(tǒng)。其中，DSP1與視頻采集芯片SAA7113共同完成多路視頻的采集，并拼接成一路視頻圖像輸出；DSP2完成對(duì)DSP1輸出圖像的采集、壓縮和視頻傳輸。該方案結(jié)構(gòu)靈活、拓展性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)4路視頻的實(shí)時(shí)采集與傳送。
關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng)；TMS320DM642；雙DSP；BT．656

引言
在鋼鐵冶煉加工等高溫高危行業(yè)中，有許多場(chǎng)合不適合工人長(zhǎng)時(shí)間在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行，因此需要在現(xiàn)場(chǎng)建立隔離工作室，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻采集和傳輸至工作室中。為了實(shí)現(xiàn)全方位的設(shè)備監(jiān)控，往往需要多路視頻監(jiān)控系統(tǒng)，本文針對(duì)實(shí)際情況，采用TI公司的專用視頻處理芯片TMS320DM642構(gòu)建單板多路視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)連接簡(jiǎn)單、方便，設(shè)備成本低，可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中。

1 核心處理器選擇
視頻系統(tǒng)通常包括視頻信號(hào)的采集、處理和輸出。其中最核心的部分是處理部分。對(duì)于4路720×576標(biāo)清格式的PAL制式視頻采集系統(tǒng)及1路720×576標(biāo)清格式的PAL制式視頻輸出，系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)量為：
(720×576)×4×16 bit×25Hz≈79．1 MB／s
輸出數(shù)據(jù)量為：
(720×576)×16 bit×25 Hz≈19．8 MB／s
處理如此巨大的數(shù)據(jù)量成為多路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最大瓶頸。這要求DSP有足夠出色的外部接口能力和較高的內(nèi)核時(shí)鐘，使用高速的緩沖設(shè)備和高速的存儲(chǔ)器，并采用各種技術(shù)完成超大量視頻數(shù)據(jù)的采集和處理。
TMS320DM642(簡(jiǎn)稱DM642)是TI公司推出的專用視頻處理芯片。其基于C64X內(nèi)核，采用VLIW(超長(zhǎng)指令字)結(jié)構(gòu)和二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)；最高主頻時(shí)鐘達(dá)720 MHz，擁有豐富的外設(shè)接口：擁有3個(gè)可配置視頻口，可實(shí)現(xiàn)與視頻輸入／輸出的無縫連接；擁有64路可配置EDMA，可以靈活地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的搬移操作；具有64位外部存儲(chǔ)器接口(EMIFA)，可以連接同步或者異步的存儲(chǔ)器和外設(shè)；擁有I2C總線接口，可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部編解碼芯片的配置。
DM642擁有3個(gè)可配置的視頻口外設(shè)(VP0，VP1，VP2)。每個(gè)視頻口具有兩個(gè)通道，每個(gè)通道都可以實(shí)現(xiàn)與通用視頻編碼器和解碼器無縫鏈接，支持CCIR-601、ITU-BT．656、BT．1120等視頻標(biāo)準(zhǔn)。這樣每個(gè)DSP可以配置2個(gè)視頻用于視頻采集(即同時(shí)采集4個(gè)通道)，另一個(gè)視頻
口用于輸出顯示。另外，DM642還擁有一個(gè)10／100M以太網(wǎng)接口，可以實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。因此，采用DM642作為主處理芯片來實(shí)現(xiàn)視頻的采集、壓縮與傳輸?shù)裙δ堋？紤]到系統(tǒng)不僅需要采集多路標(biāo)清PAL制式視頻，還需要進(jìn)行H．264壓縮編碼，很難利用單DSP系統(tǒng)來達(dá)到實(shí)時(shí)性要求，因此采用了雙DSP系統(tǒng)。其中一個(gè)DSP負(fù)責(zé)采集與拼接，另一個(gè)DSP負(fù)責(zé)視頻壓縮與傳送。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用DM642為系統(tǒng)核心芯片，利用DM642的視頻口互連技術(shù)實(shí)現(xiàn)DSP間的通信。在視頻采集端，由DSP1和4個(gè)SAA7113構(gòu)成4路視頻采集系統(tǒng)，DSP1的視頻輸出口接DSP2的視頻采集輸入口。DSP2在系統(tǒng)中主要實(shí)現(xiàn)H.264壓縮編碼功能，壓縮后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口送至總監(jiān)控室；另外，DSP2的視頻口2外接視頻編碼芯片，完成模擬CVBS及RGB格式視頻數(shù)據(jù)的輸出。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3．1 視頻解碼模塊設(shè)計(jì)
視頻解碼模塊也稱為視頻采集模塊，它由數(shù)字視頻解碼芯片SAA7113和視頻源(模擬CVBS信號(hào))組成。輸入的圖像經(jīng)過視頻解碼模塊進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換后，才能送給視頻處理模塊。該解碼模塊采用Philips公司的SAA7113芯片來進(jìn)行采集。圖像傳感器輸出的模擬CVBS信號(hào)經(jīng)SAA7113視頻芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過DM642視頻口的內(nèi)部FIFO緩沖后，由DM642的。EDMA通道將數(shù)據(jù)傳送到片外SDRAM中，以便視頻處理程序使用。DM642通過I2C控制器對(duì)SAA7113進(jìn)行配置，使其輸出BT．656格式4：2：2的YUV視頻數(shù)據(jù)流。