【正文】 號通過線性輸入接口輸入 AIC23，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給 DSP 進行處理。 TVP5150 支持 2 路復合視頻 (CVBS)或 1 路 S 一端子 (Svideo)輸入，由 的外部振蕩器產(chǎn) 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設計 第 21 頁 共 83 頁 生解碼器內(nèi)部 9bitADC 所需的 27MHz 采樣頻率，將輸入的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為帶離散同步信號的 8bit 4： 2： 2YCbCr 或者帶內(nèi)嵌同步信號的 8bit 格式的數(shù)字視頻信號并輸出，除此之外， TVP5150 還輸出同步信號，消隱信號，鎖定信號和時鐘信號。該芯片是一款超低功耗的視頻解碼器，正常工作時功耗僅為 115mW，在省電模式下功耗不超過 1mW。 由于設計中采用模擬攝像頭進行視頻數(shù)據(jù)的采集，因此需要使用視頻解碼芯片將采集到的模擬數(shù)據(jù)進行數(shù)字化，然后傳送給 DM642 的視頻端口進行處理。因此，解碼器系統(tǒng) (特別是多制式的解碼器 )中，鎖相系統(tǒng)要能完成多種頻率的高精度鎖相。因為實際的視頻 采樣系統(tǒng)中，為了使后級的處理簡單，往往需要采樣時鐘與行頻鎖相，形成所謂的行頻鎖相視頻采樣，以使得到的樣點為行正交結(jié)構(gòu)。而且?guī)捠芟拗?，難以達到高保真的效果。 音視頻 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的設計 一般采集彩色圖像，首先要進行視頻解碼，即把復合的視頻信號分解成亮度和兩個色差信號，各個分量再獨立進行量化。 視頻采集壓縮系統(tǒng)的核心電路設計 基于 TMS320DM642 的 視頻采集壓縮系統(tǒng)硬件設計包含以下核心模塊：音視頻 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、擴展存儲模塊、網(wǎng)絡模塊、電源模塊、串行通信模塊。它的豐富的外圍接口使得它近乎是一個多媒體嵌入式系統(tǒng)的單芯片硬件平臺；它的完全可編程性，又可以使得它能夠兼容正在發(fā)展的各種多媒體信號處理標準，構(gòu)成通用的軟件平臺。另外， GPIO 外圍設備可能導致 CPU 中斷和 EDMA 事件用不同的中斷或事件方式。當配置為輸出，可以寫一個內(nèi)部寄存器以控制外部引 腳的狀態(tài)驅(qū)動。 多路緩存串口 McBSPMcBSP 能夠和多種標準的端口相連， McBSP 是一種同步串口。 McASP 的傳輸段可以用時分復用同步串行格式傳送數(shù)據(jù)，或用一個數(shù)字音頻接口格式傳輸數(shù)據(jù)，它的位流可被編碼為 S / PDIF， AES 3 ， IEC 60958，CP 430 的傳輸。 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、隔離的主時鐘、位時鐘、幀同步或者一部分完全獨立地進行操作，傳輸部分和接收部分可以是同步的。 DM642 通過 EMIF 接口擴展外部存儲器時，使用 CE0~CE3 信號作為空間片 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設計 第 19 頁 共 83 頁 選信號，可以把外擴的 存儲器映射在不同空間中，空間片選信號低電平有效，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)。這種結(jié)構(gòu)考慮到 PCI 主設備和從設備處理，并可以使DMA/EDMA 通道資源用于其他應用。 （ 2） PCI 接口 通過集成的 PCI 主 /從設備總線接口， TMS320C6000 的 PCI 口支持 DSP 和一個 PCI 主機的連接。主機和 CPU都可以對 HPI 控制寄存器 （ HPIC） 和 （ HPI） 地址寄存器 （ HPIA） 進行訪問。 32bit 的 HPI 提供和多種工業(yè)標準的主處理器或 PCI 橋芯片相連。 TMS320DM642 的其他外設 （ 1） 主端口接口 HPI 主機接口是一個能夠通過主處理器直接 訪問 CPU 的存儲空間的并行口，主機設備作為一個主要的接口從而可以進行更加容易的訪問，主機和 CPU 可以經(jīng)過內(nèi)部和外部的存儲器進行相互交換信息。 表 2 視頻口的功能分配 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設計 第 18 頁 共 83 頁 視頻口名稱 通道 第 1 功能 第 2 功能 VP0 A 視頻口 McBSP0 B 視頻口 McASP VP1 A 視頻口 McBSP1 B 視頻口 McASP VP2 A 視頻口 單獨使用 B 視頻口 單獨使用 TMS320DM642 片上提供了多個與視頻口參數(shù)設置相關(guān)的寄存器，通過設置這些寄存器把視頻口配置為視頻輸入口或視頻輸出口，視頻輸入口用于捕獲外部視頻輸入數(shù)據(jù)，視頻輸出口用于顯示視頻圖像。 TMS320DM642 的視頻口 TMS320DM642 共三個視頻接口 即 VP0~VP1，每個視頻口包括 20 路數(shù)據(jù)信號 VPxD[19:0]， 2 路時鐘信號 VPxCLK[1:0]（輸入引腳）， 3 路控制信號VPxCTL[2:0]?！?Chaining”是當一個通道的數(shù)據(jù)傳輸完畢時，觸發(fā)另一個通道的數(shù)據(jù)傳輸。 EDMA總共有 85 個參數(shù)用來對“ linking”或“ chaining”進行配置。 EDMA 支持 64 路 EDMA 通道，可與 DM642 的某個事件進行關(guān)聯(lián) 。 DM642 處理器片上有一個 EDMA 控制器，如果把 CPU 的工作比喻為前臺事務，那么 EDMA 的工作則視為后臺事務，不占用 CPU 時間，這種機制提高了CPU 的工作效率。在實際開發(fā)過程中要充分利用 Cache，總的原則是將盡量多的關(guān)鍵數(shù)據(jù)分配在片內(nèi)， Cache 越大越好，對于不同的應用需要用不同的配置。 L2 可作為 SRAM 映射到存儲空間使用，也可整體作為第二級 Cache，或是作為二者按比例的一種組合混合使用。 L1 距離 DSP 核最近，數(shù)據(jù)訪問速度最快，只能作為不能尋址的 Cache 使用，由相互獨立的 LIP 和 LID 組成；LIPCache 大小為 16kB，直接映射，每行大小為 32B； LID Cache 大小 16kB， 2路映射，每行大小為 64B。該 DSP 還采用高級超長指令字結(jié)構(gòu)，使得在一個指令周期能夠并行處 理多條指令。 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設計 第 16 頁 共 83 頁 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 的一個部分。 圖 5 TMS320DM642 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 TMS320DM642 的硬件架構(gòu) TMS320DM642 采用第二代高性能、先進的超長指令字 veloci 結(jié)構(gòu)的 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設計 第 15 頁 共 83 頁 DSP 核及增強的并行機制，當工作在 720M 赫茲的時鐘頻率下，其處理性能最高可達 5760MI/s，使得該款 DSP 成為數(shù)字媒體解決方案的首選產(chǎn)品，它不僅擁有高速控制器的操作靈活性，而且具有陣列處理器的數(shù)字處理能 力，TMS320DM642 的外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡通信接口。該 DSP 芯片為 548 腳 BGA 封裝，高度集成化；并且為了滿足視頻處理的需要，該芯片內(nèi)部采用 Cache 結(jié)構(gòu)，支持兩極 Cache：其中第一級 Cache 對開發(fā)人員來說是不可見的，而第二級的 Cache 大小是可配置的，芯片自動完成這兩級 Cache 之間數(shù)據(jù)一致性的維護。因此一個視頻采集通?？捎扇缦虏糠謽?gòu)成：視頻圖像的采集、處理，音頻信號的處理，各種同步邏輯控制，視頻和音頻數(shù)據(jù)的存儲，系統(tǒng)電源管理 ，視頻的壓縮傳輸 等。 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設計 第 13 頁 共 83 頁 圖 4 RTL8019AS芯片引腳定義 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設計 第 14 頁 共 83 頁 3 DSP 系統(tǒng)硬件設計 視頻處理系統(tǒng)主要就是視頻和音頻的采集、數(shù)據(jù)處理、視頻 壓縮 、 傳輸 等。微軟公司的即插即用功能能減輕用戶較差的營業(yè)收入而注意適配器資源，如IRQ,輸入輸出，和存儲器地址等等。全二重功能能夠模擬傳播和接收在雙絞線到全二重以太網(wǎng)交換機。 本系統(tǒng)中使用 8019 實現(xiàn) UDP 協(xié)議 RTL8019AS 是高度集成以太網(wǎng)控制器，它能夠簡單的解答即插即用 NE2020兼容適配器，這種適配器具有二重和功率下降特性。 （ 4） 提出并實驗了基于圖像的 全局 DCT變換的位平面編碼，給出了具體的實驗結(jié)果，并作了相應的分析。重點分析了前向糾錯、重傳、容錯性編碼、差錯掩蓋、速率控制和速率成型等技術(shù)。重點分析了離散余弦變換、小波變換、匹配追尋算法、精細可伸縮性算法和漸進精細可伸縮性算法等具有代表性的算法。其中，視頻應用以其高數(shù)據(jù)量，實時性強等特點，給學術(shù)界和工業(yè)界提出了巨大的挑戰(zhàn)，也成為研究的熱點和難點。 ITUR 視頻數(shù)據(jù)流通常采用隔行掃描技術(shù)，包括上下兩場，根據(jù)場頻和每場圖像包含的行數(shù)，可分為 4 種視頻格式 表 1 視頻數(shù)據(jù)格式 頻率 /線數(shù) 奇數(shù)場線數(shù) 偶數(shù)場線數(shù) 像素數(shù) /行 場頻 60Hz/525 線 240 240 640 60 60Hz/525 線 244 243 720 60 50Hz/625 線 288 288 768 50 50Hz/625 線 288 288 720 50 視頻網(wǎng)絡傳輸技術(shù) 及實現(xiàn) 近些年來，多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和無線 通信技術(shù)的迅速發(fā)展為相互之間的交叉融合奠定了基礎(chǔ)，也使得其成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 它 包含 了 三部分 ： （ 1） 視頻信號 （ 2） 定時基準信號： 有兩個定時基準信號，一個在每個視頻數(shù)據(jù)塊的開始 (Start of ActiveVideo，SAV)，另一個在每個視頻數(shù)據(jù)塊的結(jié)束 (End of Active Video， EAV)；每個定時基準信號由 4 個字的序列組成，格式如下： FF 00 00 XY（ 16 進制）頭三個是固定前綴，第 4 個字包含定義第二場標識、場消隱狀態(tài)和行消隱狀態(tài)的信息。 擁有 8/10 位數(shù)據(jù)傳輸 ， 不需要同步信號 。 ITUR 則是ITUR 附件 A 中的數(shù)字接口標準，用于主要數(shù)字視頻設備 (包括芯片 )之間采用 27Mhzs 并口 或 243Mbs 串行接口的數(shù)字傳輸接口標準。 ITUR 國際電信聯(lián)盟的無線通信部門（ ITUR）制定 的標準。這是因為一種算法無法正確地對另外一個算法的輸出信號進行解碼，然而我們可以在同一軟件或硬件中使用多種不同的算法，以支持對多種格式的文件進行壓縮。使用不同標準的視頻編解碼器通常彼此之間互不兼容；也就是說，使用一種標準進行壓縮的視頻內(nèi)容無法使用另外一種標準進行解壓縮。在相同處理能力下，壓縮算法越高級，延時就越長。要想播放壓縮文件，則需要應用相反的解壓縮算法對視頻進行還原，還原后的視頻內(nèi)容與原始的源視頻內(nèi)容幾乎完全相同。 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設計 第 10 頁 共 83 頁 圖 3 TLV320AIC23B芯片引腳定義 本系統(tǒng)的壓縮方案及 視頻壓縮的標準 視頻壓縮通過減少和去除冗余視頻數(shù)據(jù)的方式，達到有效發(fā)送和存儲數(shù)字視頻文件的目的。 TLV320AIC23B芯片是一種低功耗器件，回放模式下功耗僅為 23mW，省電模式下功耗小于 15μ W。片上帶有耳機輸 出放大器，支持 MIC和 LINE IN兩種方式，輸入和輸出可增益編程。 基于 DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設計 第 9 頁 共 83 頁 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，通過編解碼芯片的 D/A或者 A/D進行 模擬音頻信號和數(shù)字音頻信號之間的轉(zhuǎn)化。 圖 １ 基于 TMS320DM642 的視頻采集壓縮系統(tǒng)的硬件框圖 DSP 開發(fā)平臺所 涉及 的關(guān)鍵技術(shù) 及其方案選型 視頻解碼 TVP5150是一種低功耗芯片，正常工作時的功耗 為 113mW,在 節(jié)電模式下得功耗為 1mW，該芯片內(nèi)核電源電壓為 ，輸入 /輸出電源電壓為 。每個攝像頭采集到的視頻信號經(jīng)過視 頻 A/D 芯片轉(zhuǎn)換為 DM642 視頻口識別的 的視頻流格式， 4 路音頻 LINE_IN 信號由音頻 A/D 轉(zhuǎn)換后通過 IIS 接口與 DM642 相連。 基于 TMS320DM642 的視頻采集壓縮系統(tǒng)的硬件框圖如圖 1 所示。 基于 TMS320DM642 的 視頻采集壓縮系統(tǒng) 的總體方案 TMS320DM642是 TI公司 C6000系列 DSP最新的定點 DSP，其核心是 C6416型高性能數(shù)字信號處理器，具有極強的處理性能，高度的靈活性和可編程性，同時外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡通信等設備及接口，特別適用于機器視覺、醫(yī)學成像、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控、數(shù)字廣播以及基于數(shù)字視 頻 /圖像處理的