【正文】 這種交換緩沖區(qū)的機(jī)制對(duì)于實(shí)時(shí)視頻信號(hào)的采集與顯示是十分重要的。 圖 16 二級(jí) Bootloader 工作流程 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) DM642 驅(qū)動(dòng)模型 DM642 為設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)者提供了一種類 / 微型驅(qū)動(dòng)模 (class/minidriver model)。而頂層的服務(wù)層為用戶提供了應(yīng)用程序接口。 （ 4） 在 CCS 下編譯、鏈接程序直至沒(méi)有錯(cuò)誤。與單線程相比，提高了程序執(zhí)行效率，減少了代碼量。 TMS320DM642 芯片的內(nèi)核電源電壓為 +，數(shù)字電源電壓為 +,能夠產(chǎn)生這兩路電源電壓的芯片很多，選擇 TPS54310 芯片提供 + 和 + 電源。 轉(zhuǎn)換效率可以簡(jiǎn)單看成輸出與輸入電壓之比。值得注意的是，由于在此設(shè)計(jì)中沒(méi)有采用硬件自動(dòng)跨頁(yè)訪問(wèn)，在編寫(xiě) DSP 用戶程序時(shí)，如果涉及到 Flash 第 0 頁(yè)以后的讀寫(xiě)，應(yīng)注意根據(jù)程序訪問(wèn)的地址，控制 GPIO 的狀態(tài)。 本文中， DM642 的外部擴(kuò)展兩片 HY57V283220T 芯片，共 4M*64 位 SDRAM空間，選擇工作頻率為 133MHz 的 HY57V283220T 芯片。在本系統(tǒng)中，片外設(shè)備包括： 2 塊 4M 32bit， 133MHz 速率的 SDRAM、 1 塊 64Mbit 的 FLASH 以及 TI 的 UART。這里的視頻解碼芯片選用了 TI 公司生產(chǎn)的 TVP5150 芯片。當(dāng)配置為輸入，可以通過(guò)內(nèi)部寄存器的狀態(tài)來(lái)探測(cè)輸入引腳的狀態(tài)。 HPI 與 CPU存儲(chǔ)空間的互聯(lián)是通過(guò) EDMA控制器實(shí)現(xiàn)的。最優(yōu)配置需要在開(kāi)發(fā)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行選擇。本系統(tǒng)是一個(gè)基于 DSP 的視頻采集要 求對(duì)視頻信號(hào)具備采集，實(shí)時(shí) 處理 ， 壓縮傳輸 。傳統(tǒng)的 Inter主要提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，無(wú)線通信主要提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，而多媒體技術(shù)的日新月異，使得文本、語(yǔ)音、圖形、圖像和視頻綜合進(jìn)入 Inter和無(wú)線通信領(lǐng)域的需求日益增長(zhǎng)。壓縮、發(fā)送、解壓縮和顯示文件所需的時(shí)間稱為延時(shí)。 本課題 針對(duì)市場(chǎng)客戶的需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款以 TVP5150 為視頻輸入解碼器，以 TLV320AIC23B 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， 以 RTL8019AS 為網(wǎng)卡芯片， 并將其應(yīng)用于構(gòu)建高穩(wěn)定性 的 多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 Cradle 公司的 DSP 處理能力強(qiáng)大，而且其 I/O 外圍接口可編程，因此外設(shè)實(shí)現(xiàn)方便。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。圖像卡的體積較小，一般圖像卡 都是采用大規(guī)模集成電路甚至是制作專用集成電路，從而使價(jià)格降低了。 整個(gè)除了具有圖像采集，圖像壓縮功能之外，還加入了本地大容量存儲(chǔ)模塊以及網(wǎng)絡(luò)接口模塊，具備了較完整的視頻處理所需要的功能。 隨著技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣闊，其普及率也越來(lái)越高，應(yīng)用領(lǐng)域達(dá)到航空航天器材，比如飛機(jī)，小到日常所使用的電子產(chǎn)品，比如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等 。在現(xiàn)今以高速化為要求的視頻采集技術(shù)中，前兩種 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 83 頁(yè) 技術(shù)難以滿足實(shí)時(shí)處 理的要求。傳統(tǒng)的處理方法 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 83 頁(yè) 是基于計(jì)算機(jī)的硬件和軟件的，計(jì)算機(jī)完成一次乘累加運(yùn)算需要 11個(gè)機(jī)器周期，而 DSP 完成同樣的運(yùn)算只需 1個(gè)機(jī)器周期。完成的主要工作如下 : （ 1） 以 TMS320DM642構(gòu)建成視頻采集的硬件系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 的出現(xiàn)，很好的解決了上述問(wèn)題。同時(shí)，系統(tǒng)需要提供報(bào)警功能，當(dāng)監(jiān)視區(qū)域有異常情況時(shí)，監(jiān)控端主機(jī)會(huì)及時(shí)以聲像報(bào)警，并可控制外接警報(bào)器報(bào)警和控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)。片上帶有耳機(jī)輸 出放大器，支持 MIC和 LINE IN兩種方式，輸入和輸出可增益編程。 ITUR 則是ITUR 附件 A 中的數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)，用于主要數(shù)字視頻設(shè)備 (包括芯片 )之間采用 27Mhzs 并口 或 243Mbs 串行接口的數(shù)字傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)。 本系統(tǒng)中使用 8019 實(shí)現(xiàn) UDP 協(xié)議 RTL8019AS 是高度集成以太網(wǎng)控制器，它能夠簡(jiǎn)單的解答即插即用 NE2020兼容適配器，這種適配器具有二重和功率下降特性。該 DSP 還采用高級(jí)超長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)，使得在一個(gè)指令周期能夠并行處 理多條指令。 TMS320DM642 的視頻口 TMS320DM642 共三個(gè)視頻接口 即 VP0~VP1，每個(gè)視頻口包括 20 路數(shù)據(jù)信號(hào) VPxD[19:0]， 2 路時(shí)鐘信號(hào) VPxCLK[1:0]（輸入引腳）， 3 路控制信號(hào)VPxCTL[2:0]。 McASP 由發(fā)射部分和接收部分組成，它們能夠用不同的數(shù)據(jù)格式、隔離的主時(shí)鐘、位時(shí)鐘、幀同步或者一部分完全獨(dú)立地進(jìn)行操作，傳輸部分和接收部分可以是同步的。而且?guī)捠芟拗?，難以達(dá)到高保真的效果。雙向的數(shù)據(jù)通道則由 McASP 來(lái)實(shí)現(xiàn)，所有的音頻數(shù)據(jù)均由此處交換。在 SDRAM 芯片中，一般有 24 個(gè)存儲(chǔ)塊，當(dāng)一個(gè)塊在工作時(shí)，其他塊可立即進(jìn)行讀寫(xiě)準(zhǔn)備 (預(yù)充電、運(yùn)行地址、刷新等 )。 其主要特點(diǎn)有： ? 僅需 3V 單電源供電便可進(jìn)行讀、編程和擦除操作； ? 完全支持 JEDEC 單電源 Flash 存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)； ? 支持在系統(tǒng)編程，用戶只需向其命令寄存器寫(xiě)入標(biāo)準(zhǔn)的微處理器指令，具體 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 共 83 頁(yè) ? 編程、擦除操作便由內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)； ? 可對(duì)某一扇區(qū)進(jìn)行操作而不影響其他部分的數(shù)據(jù)； ? 有硬件數(shù)據(jù)保護(hù)功能，以防止誤操作。因此，在加電過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保證內(nèi)核電源 CVdd 先加上，最晚也應(yīng)當(dāng)與周邊I/O 接口電源 DVdd 同時(shí)加。由于轉(zhuǎn)換效率很高，因此發(fā)熱很小，這也使得散熱處理得以簡(jiǎn)化。 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 共 83 頁(yè) 4 視頻采集壓縮系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序框架 DM642 片上有許多外圍接口，系統(tǒng)中也需要許多外圍的 硬件設(shè)備，并且上層還有相當(dāng)復(fù)雜的應(yīng)用程序，本文討論的軟件設(shè)計(jì)主要涉及引導(dǎo)裝載程序及底層驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，主要用于驗(yàn)證硬件平臺(tái)的正確性。使用 BIOS 對(duì)象編程，由 BIOS 來(lái)調(diào)度任務(wù)，可更合理地利用資源，且在程序運(yùn)行時(shí)，可減少一些動(dòng)態(tài)對(duì)象的建立，加快程序運(yùn)行。包括定義數(shù)據(jù)類型和宏來(lái)配置寄存器，定義函數(shù)來(lái)執(zhí)行一些外圍設(shè)備基本操作。 （ 2） 從 FLASH 的第 0 頁(yè)的前半頁(yè)起始地址為 0x90000000 處開(kāi)始把程序的各個(gè)段和數(shù)據(jù)拷貝到指定的存儲(chǔ)器物理地址中。 PIP/PIO 是基于管道的 I/O 模型，每個(gè)管道維護(hù)著一個(gè)被劃分為多個(gè)大小相同的幀的緩沖區(qū)。 該套件為 TMS320 系列各種外圍器件提供完整的標(biāo)準(zhǔn)化驅(qū)動(dòng)程序模型，使得驅(qū)動(dòng)程序可以很方便地移植到其他應(yīng)用中，大大提高驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的效率。 其中， SIO 和 PIP 分別需要使用適配器 DIO 和 PIO 來(lái)與微型驅(qū)動(dòng)進(jìn)行通信。 當(dāng)應(yīng)用程序大小不超過(guò) 1K 字節(jié)時(shí)，只需采用一級(jí) Bootloader。 CSL 提供以下一些功能： （ 1） 標(biāo)準(zhǔn)化的編程模式。因?yàn)?DSP 的一級(jí)高速緩存有 32KBytes，其中程序和數(shù)據(jù)各占 16KBytes，二級(jí)緩存有 256KBytes，減少了生成代碼的大小，就可有更多的程序運(yùn)行空間，從而使執(zhí)行效率更高。 TMS320DM642 芯 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 共 83 頁(yè) 片是一款超強(qiáng)的多媒體處理器，具有很高的集成度和性能。 電感型開(kāi)關(guān)式 DCDC 變換器利用了磁場(chǎng)儲(chǔ)能，不論是升壓、獎(jiǎng)壓還是兩者同時(shí)進(jìn)行，都可以實(shí)現(xiàn)最高的電源轉(zhuǎn)換效率。在加電過(guò)程中，如果只有內(nèi)核獲得供電，周邊沒(méi)有得到供電，對(duì)芯片不會(huì)產(chǎn)生任何損害，只是沒(méi)有輸入 /輸出能力而已；相反，如果周邊 I/O 接口得到供電而內(nèi)核退后加電，有可能會(huì)導(dǎo)致 DSP 和外圍引腳同時(shí)作為輸出端，此時(shí)如果雙方輸出的值是相反的，那么兩輸出端就會(huì)因反向驅(qū)動(dòng)可能出現(xiàn)大電流，這將影響器件的使用壽命，甚至損壞器件。Flash 主要作用是固化程序和保存歷史數(shù)據(jù)，也就是開(kāi)機(jī)后執(zhí)行閃存的程序，并在程序執(zhí)行的過(guò)程中實(shí)時(shí)地保存或修改其內(nèi)部的數(shù)據(jù)單元。 SDRAM 的各種操 作都是通過(guò)命令進(jìn)行控制的，控制命令在時(shí)鐘的上升沿有效且只持續(xù)一拍。 AIC23 編解碼器使用兩個(gè)串行通道，一個(gè)通道控制編解碼器的內(nèi)部配置寄存器，另一個(gè)用于收發(fā)數(shù)字音頻信號(hào)。 音視頻 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì) 一般采集彩色圖像，首先要進(jìn)行視頻解碼，即把復(fù)合的視頻信號(hào)分解成亮度和兩個(gè)色差信號(hào)，各個(gè)分量再獨(dú)立進(jìn)行量化。 DM642 通過(guò) EMIF 接口擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，使用 CE0~CE3 信號(hào)作為空間片 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 83 頁(yè) 選信號(hào)，可以把外擴(kuò)的 存儲(chǔ)器映射在不同空間中，空間片選信號(hào)低電平有效，EMIF 接口的數(shù)據(jù)寬度也支持 8 位、 16 位和 32 位的數(shù)據(jù)?！?Chaining”是當(dāng)一個(gè)通道的數(shù)據(jù)傳輸完畢時(shí)，觸發(fā)另一個(gè)通道的數(shù)據(jù)傳輸。 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 83 頁(yè) 圖 6 TMS320DM642的內(nèi)核和片上資源 TMS320DM642 的 CPU 單元、 Cache 結(jié)構(gòu)和 EDMA DM642 是 基于 C64x 的 CPU，這是 C6000 系列 DSP 的一個(gè)部分。 （ 4） 提出并實(shí)驗(yàn)了基于圖像的 全局 DCT變換的位平面編碼，給出了具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并作了相應(yīng)的分析。 ITUR 國(guó)際電信聯(lián)盟的無(wú)線通信部門（ ITUR）制定 的標(biāo)準(zhǔn)。 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 83 頁(yè) 圖 2 TVP5150芯片引腳定義 音頻編解碼 DM642的音頻接口外部需要接音頻解碼芯片或者音頻編碼芯片，通過(guò)編解碼芯片的 D/A或者 A/D進(jìn)行 模擬音頻信號(hào)和數(shù)字音頻信號(hào)之間的轉(zhuǎn)化。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的 算法 和 MPEG4 算法 以及最新的比 節(jié)省 50%碼率的 標(biāo)準(zhǔn)都對(duì) DSP 芯片的計(jì)算能力提出了巨大的挑戰(zhàn)。 數(shù)字信號(hào)處理器并非只局限于音視頻層面，它廣泛的應(yīng)用于 通信 與 信息系統(tǒng) 、 信號(hào) 與 信息處理 、 自動(dòng)控制 、 雷達(dá) 、 軍事 、 航空航天 、 醫(yī)療 、 家用電器 等許多領(lǐng)域。這種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活，成本比較低，便于實(shí)際中使用。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)在采集系統(tǒng)中，應(yīng)用了基于 DSP的圖像處理技術(shù)，特別是在圖像的模式識(shí)別問(wèn)題上充分發(fā)揮了 DSP的硬件結(jié)構(gòu)和具有特色的編程指令。C 設(shè)備的寄存器， DM642 的網(wǎng)口、 PCI 口和HPI 口共享引腳。 TMS320DM642 是 TI 公司于 2020 年左右推出的一款 32 位定點(diǎn) DSP 芯片，主要面向數(shù)字媒體，屬于 C6000 系列 DSP 芯片。在系統(tǒng)中采用了最新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) 壓縮算法，并使用 8019實(shí)現(xiàn) UDP 協(xié)議。 （ 3）圖像處理系統(tǒng)發(fā)展的第三階段 第三階段的時(shí)間大體上是從 20世紀(jì) 90年代初開(kāi)始，這一階段圖像處理系統(tǒng)突出特點(diǎn)是單屏方式，以微機(jī) PCI總線（ Peripheral Component Interconnect bus）為支持的單屏方式和以圖像壓縮傳 輸為特點(diǎn)的圖像通信方式成為主流方式，但仍然主要是依靠微機(jī)來(lái)進(jìn)行圖像處理，在 Windows平臺(tái)上編制圖像處理軟件包，這個(gè)時(shí)期的代表有美國(guó) Intel公司推出的 MMX（多媒體指令系統(tǒng)）等。 現(xiàn)代社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)通信需求正向多樣化、個(gè)人化方向發(fā)展。 ADI 的 Blackfin 系列 DSP 體積小，功耗低，非常適合做手持式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，價(jià)格便宜，但相比較 Philips 和 TI 的 DSP，其劣勢(shì)在于能夠支持 Blackfin 的第三方算法較少。 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 83 頁(yè) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)為 4 路網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 視頻編解碼器（編碼器 /解碼器）是指兩個(gè)協(xié)同運(yùn)行的壓縮 解壓 算法。 本文研究并總結(jié)了在 Inter和無(wú)線信道上傳輸圖像和視頻的各種主流技術(shù)，具體的研究?jī)?nèi)容如下： 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 83 頁(yè) （ 1） 從圖像和視頻的壓縮編碼方面介紹了傳統(tǒng)的編 碼技術(shù)和可伸縮性的編碼技術(shù)。 主處理器 TMS320DM642 TMS3