系統設計 - 基于TMS320DM355的四路視頻多媒體監控器

　　4 系統設計

　　該系統設計結構包括硬件系統和運行在硬件系統上的軟件系統，如圖2所示。圖中虛線以下是系統硬件部分，其主要由3個部分組成：圖像信息的獲取、圖像信息的處理和存儲、圖像信息的展示．即分別對應夜晚也能攝像的PAL／NTSC紅外攝像頭．印刷電路板PCB板硬件對視頻信息進行壓縮等編碼操作和SD卡存儲，以及TFTLCD播放裝置。

　　虛線以上是系統軟件部分，軟件部分包括系統軟件、開發支撐軟件和應用軟件。系統軟件包括加載引導Linux 操作系統的。BootLoader-U-boot、DaVinci技術軟件包和Mon-taVista Linux操作系統：開發支撐軟件主要是用于數據管理的嵌入式數據庫，進行用戶圖形界面開發的圖形用戶界面GUI軟件；應用軟件是在DaVinci技術、操作系統、數據庫和圖形用戶界面軟件基礎上開發的便攜式多媒體監控器系統。

　　5 系統硬件設計

　　視頻監控器主要包括圖像信息的獲取、圖像信息的處理和存儲、圖像信息展示3部分。對應PAL／NTSC紅外攝像頭用于獲取視頻信號；PCB印刷電路板和SD卡用于完成視頻信息的處理和存儲；TFT LCD用于播放和展示。

　　系統構成與信號流向如圖3所示，為了方便信號流程的表示，將視頻處理子系統VPSS的兩個部分獨立，視頻處理前端VPFE連接信號的輸入端，視頻處理后端VPBE連接信號的輸出端。從圖3可看出利用TMS320DM355基本上在不增加外圍控制器的情況下就可構成一個便攜式多媒體監控器。

　　選擇紅外攝像頭是因為實際的視頻監控中通常晚上也需要監控，如果沒有這種需求可選擇普通的攝像機；因為紅外攝像頭輸出信號一般都是NTSC／PAL制的模擬電視信號，而TMS320DM355的視頻輸入信號是通過VPFE的CCD控制器CCDC引入的，而該控制器的接口是標準的ITU BT．601／BT．656數字視頻信號，所以還需增加一個將NTSC／PAL的模擬信號轉換成BT．601／BT．656的解碼器。LCD采用TFTLCD模擬真彩LCD屏，它比偽彩DSTN屏的分辨率和顯示效果都好。它是實現系統監控現場的視頻圖像和多媒體功能的主要因素，用于播放視頻多媒體和顯示靜態圖片。

　　由于紅外攝像頭和TFT LCD一般都是直接購買市場上成熟的外設產品，下面較為詳細的分析系統中視頻圖像的處理和存儲部分，也就是PCB板部分。這里是一種連接形式，如圖4所示，還根據圖3給出的系統框圖并結合TMS320DM-355接口的電氣和物理特性選擇其他功能相同的器件。

　　通過MXI和MXO引腳外接晶體振蕩器為TMS320-DM355提供時鐘源．再通過片內時鐘控制電路為片內各控制器提供所需時鐘。其中系統外接晶體振蕩器可提供24 MHz或36 MHz的時鐘，由MXIl，MXO1引腳引入，通過鎖相環控制器PLLCl為ARM，MJCP和其他片上外圍接口控制器提供時鐘，通過鎖相環控制器PLLC2為DDR和PHY提供時鐘；通過MXl2，MXO2引入27 MHz時鐘為視頻處理子系統VPSS提供時鐘。

　　該系統采用電池供電，通過具有3個DC／DC轉換器和3個線性穩壓器 LDO接口，可輸出1~6 V電壓的電源管理器件TPS65021實現。它由1節鋰離子電池供電，由TMS320DM355通過I2C與之通信，實現各路輸出電源電壓的控制，分別為內核、存儲器和I／O接口可提供1.3 V、1．8 V和3．3 V的工作電壓；也可采用5 V穩壓器直流供電，通過DC／DC轉換器后提供1.3 V、1．8 V、3.3 V供電。

　　其存儲包括2個MMC／SD卡接口和2個擴展存儲接口EMIF。前者實現2個SD卡存儲器的擴展連接；后者包括DDR控制器和異步擴展存儲接口AEMIF，分別用于擴展連接對DDR存儲器和Flash存儲器。TMS320DM355與這3種存儲器直接相連。

　　4路PAL／NTSC模擬視頻輸入信號通過4個3 V的視頻前端濾波器放大器OPA369放大，經過視頻輸出格式可編程控制的TVP5146將模擬信號變成所需的ITU數字信號，再經過2個12位2選1的FET多路復用器／多路解復用器對輸入的4路視頻信號選擇1路輸入TMS320DM355的VPF完成視頻輸入。其中OPA369支持S-Video、CVBS、SDTV等級的影像帶寬。TVP5146是高性能混合信號視頻解碼器，可將基帶模擬NTSC、PAL及SECAM視頻信號轉換為數字分量視頻信號；可支持10組視頻輸入，包括S端子、YPbPr以及RGB；輸出ITU-R BT．656；并有提供最佳亮色分離效果的5線自適應梳狀濾波器和4路可提供出色防噪性能的10位、30 MS／s模數轉換器。視頻輸出信號通過TMS320DM355的VPBE與3通道集成視頻緩沖器THS7315連接輸出PAL／NTSC、Y和C信號，而外接LCD的背光通過白光LED驅動充電泵TPS60230驅動。其中THS7315視頻緩沖放大器采用五階巴特沃思濾波器，可AC耦合和DC耦合，可用作編碼器的D／A轉換器重建濾波器，或作為A／D轉換器的抗混淆濾波器；它支持HDTV、SDTV、CVBS、S-Video、YUV、YPbPr、480i／576i以及多種數字媒體處理器輸入。TPS60230具有無需電感，可限制浪涌電流，低輸人紋波與低電磁干擾(EMI)和較寬輸入電壓范圍2．7-6．5 V，可通過PWM引腳控制LED亮度。

　　通過TMS320DM355的ASP與PCMl870 A／D轉換器相連實現音頻，該器件具有麥克風偏置、音效與陷波濾波器的低功耗立體聲A／D轉換器，包括線路輸入放大器、升壓放大器、麥克風偏置、可編程增益控制、音效以及自動音量控制功能。音箱和喇叭用于輸出音頻信號，通過TMS320DM355的音頻接口與ASP控制器連接，并根據外圍連接物理設備選擇AC97音頻編碼接口、FS、TDM I2S、軟件S／PDIF等接口。

　　對視頻和圖片的操作功能可以通過觸摸屏實現．觸摸屏的功能是通過電平轉換器PGA9306、溫度傳感器TMPl00與TMS320DM355的串行外圍接口SPI共同完成。電平轉換器PGA9306實現觸摸屏的物理電平和CMOS電平之間的轉換。而具有I2C串行接口的數字溫度傳感器實現觸摸屏的功能。而觸摸按鍵式記錄器可以實現多媒體等操作的按鍵化操作。串口和USB OTG都是常規直接與物理接口的連接．其中USB OTG(On The Go)控制器，便于USB設備連接。

　　6 系統軟件設計

　　軟件開發實現比較復雜，涉及到操作系統、音視頻編解碼算法及ARM和MJCP之間的分工協作．圖5給出4路視頻多媒體監控器的主程序流程，圖6給出監控部分的流程圖。