數字視頻監控單元的設計 - 全文

　　引言

　　視頻監控系統已經廣泛地應用在日常生活中，其穩定、可靠的工作已經成為保證人民生產、生活正常運轉的必要條件。可靠快速地采集輸入、編解碼以及處理傳輸成為視頻處理設備設計的關鍵點。本文介紹了一種基于達芬奇技術的數字視頻單元。單元主要完成對視頻信息的智能采集處理功能和集成影象處理功能。

　　1?? 視頻單元的組成及硬件設計

　　視頻單元以T MS320DM365 為核心處理器芯片，并以TMS320DM365 為中心設計視頻緩沖、視頻解碼等功能。單元的硬件主要有達芬奇處理器芯片( TMS320DM365，以下簡稱DM365) 、視頻解碼器芯片( TV P5158) ， DDR2 SD RAM， FLASH， EN C28J60 以太網控制器、電源管理芯片等。視頻單元的框圖如圖1 所示。本文主要介紹了視頻采集輸入部分、外部存儲器部分、以太網部分和視頻輸出部分這4 部分。

　　DM365 高度集成了眾多組件，其中包括符合生產要求的H. 264， MPEG 4， MPEG 2， MJPEG 與VC1編解碼器，可滿足智能視頻處理功能的集成影像信號處理( ISP) 解決方案和一系列板載外設等，可降低系統成本。

圖1? 視頻單元框圖

　　視頻單元工作原理如下: T VP5158 視頻解碼芯片把CCD 攝像頭傳過來的模擬視頻信號進行模/ 數轉換，變成符合IT U R BT . 656 或YU V 標準的數字視頻信號; 然后將數字視頻信號傳輸到達芬奇處理器的視頻處理子系統的前端，進行預處理后送到視頻處理子系統的后端，視頻處理子系統的后端對數字視頻信號進行編碼后直接將其輸出到顯示器終端上。DM365 上的ARM端主要作為控制器來控制視頻解碼芯片和外圍接口芯片。

　　1. 1?? 視頻采集輸入設計

　　攝像頭將采集到的模擬視頻信號傳輸給TV P5158視頻解碼器。該T VP5158 器件是一個4 通道、高品質NTSC/ PAL 視頻解碼器，它用數字化編碼所有基帶模擬視頻格式，使其變為數字視頻信號輸出。該編碼器的每個通道都包含10 位27 MSPS 的模/ 數轉換器。

　　TVP5158 支持NTSC( J， M， 4. 43) 和PAL( B， D， G， H，I， M， N， Nc， 60) 標準視頻同時輸入。每個視頻解碼通道均支持復合信號輸入。TV P5158 輸出端口支持8 位的ITU R BT. 656 和16 位4?? 2?? 2 YUV 格式。

　　TVP5158 視頻解碼器再將解碼信號傳輸給DM365 的視頻處理前端( VPFE) 。T VP5158 高度靈活的視頻輸出與DM365 的無縫接口可取消對外部FPGA 的需求。TVP5158 與DM365 的接口框圖如圖2 所示。

? TVP5158 與DM365 接口框圖

圖2? TVP5158 與DM365 接口框圖

　　TVP5158 輸出8 位的ITU RBT . 656 和16 位4 ：2 ：2 YUV 格式視頻。DM365 支持ITU BT. 601/BT . 656/ BT . 1120 數字YCbCr 4 ： 2 ：2( 8 b/ 16 b) 格式視頻，所以本系統中DM365 采用YCbCr 4：2： 2 的8 位IT U R BT . 656 視頻捕獲模式，該系統不需要外部行/ 場同步信號。T VP5158 的DVO 引腳與DM365 的YIN 引腳相連，以用來傳輸數據。

　　1. 2?? 外部存儲器設計

　　在該單元中，選用的外部存儲器為一個DDR2SDRAM 芯片和一個NAND FLASH 芯片。在該單元中，采用華邦電子公司的1 GB DDR2 SDRAM 作為主存儲器，型號為W971GG6IB 。DM365 與W971GG6IB 的接口框圖如圖3 所示。

　　CLK 和是時鐘信號引腳，芯片時鐘通過這兩個引腳輸入。為行地址鎖存，為列地址鎖存，為寫使能，這三個引腳可對輸入命令進行規定。

　　當片選為高電平時，所有的外部命令都被禁止; 還可提供外部組選擇。A0~ A12 為地址總線，芯片中行地址為A0~ A12，列地址為A0~ A9，其中的A10 是自動預充電標志。因為該單元選用一個1 GB 的DDR2SDRAM，所以選擇BA0 和BA1 兩個引腳對片內8 個組進行選擇。DQ0~ DQ15 為雙向數據總線引腳，可支持16 位寬度的數據傳輸。當DDR DQ S 進行寫操作時，數據輸出到芯片中; 當DDR DQ S 進行讀操作時，芯片的數據輸入到DM365 中。DDR DQS1 用于DDRDQ[ 15: 8] ， DDR DQS0 用于DDR DQ [ 7: 0 ] 。LDQS與DDR DQS0 相連， LDQS 與DQ0~ DQ7 上的數據相對應; U DQS 與DDR DQ S1 相連， UDQS 與DQ8 ~DQ15 上的數據相對應。LDQS 和UDQS 分別為低位和高位數據選通，只有在不同數據選通模式通過EMR 的控制位被使能時才被使用。

圖3?? DM365 與W971GG6IB 接口框圖

　　單元中選用的NAND FLASH 為三星公司的K9F2808U0C ，它為一個132 MB 的閃存，其中的內存容量分為16M 8 b 容量和4 MB 的備用容量。該存儲器陣列包含1 024 個獨立可擦除塊，每個數據塊包含16KB。K9F2808U0C 的8 個I/ O 引腳是地址復用的，這樣可減少引腳數，并方便系統升級，閃存電源為3. 3 V。

　　DM365 與K9F2808U0C 的接口框圖如圖4 所示。

圖4?? DM365 與K9F2808U0C 接口框圖

　　圖4 中I/ O0 ~ I/ O7 為數據輸入/ 輸出引腳，與EM D[ 0: 7] 引腳相連，實現數據的傳輸。I/ O 引腳用于輸入命令、地址和數據，還用于在讀操作時輸出數據。

　　引腳與EM CE0 引腳相連，實現片選功能。

　　引腳與EM OE 引腳相連，對串行數據輸出進行控制。

引腳與EM WE 引腳相連，控制了對I/ O 端口的寫操作。命令、地址和數據被鎖在WE脈沖的上升沿。R/ B為輸出引腳，與EM WAIT 引腳相連，它表明了設備操作的狀態，當低電平時，它表明一個程序、擦除或隨機讀操作正在進程中，并在結束后返回到高電平狀態。

　　1. 3?? 以太網設計

　　DM365 通過EN C28J60 以太網控制器與網絡進行通信，其接口框圖如圖5 所示。

圖5? DM 365 與ENC28J60 接口框圖

　　EN C28J60 以太網控制器是美國微芯科技公司推出的產品，適用于精簡的嵌入式網絡應用。DM365 的SPI 接口與ENC28J60 芯片的SPI 接口相連。

為片選輸入引腳， SCK 為時鐘輸入引腳， SI 為數據輸入引腳。EN C28J60 芯片與RJ 45 接口之間還需要連接兩個網絡變壓器。在差分接收引腳( T PIN+ / T PIN- )上連接一個專用于10BA SE T 操作的1 ：1 脈沖變壓器; 在差分發送引腳( T POUT + / TPOUT - ) 上連接一個帶有中心抽頭的1：1 脈沖變壓器。變壓器起到電平轉換及電氣隔離的作用。

　　1. 4?? 視頻輸出設計

　　LCD 顯示器與視頻處理后端相連。視頻輸出部分框圖如圖6 所示。