基于RK3566的AI健身攝像頭設計與實現

近年來，家庭健身被廣泛關注，家庭場景下要想得到真正便捷、高效、具有沉浸感的健身體驗，離不開AI健身攝像頭和電視大屏。隨著家庭健身需求的多元化，以及各類智能終端的不斷出現，可以為家庭健身場景進行智慧化賦能的智能攝像頭，也在成為家庭健身愛好者的最佳選擇，因此本文設計一款AI 健身攝像頭，滿足用戶家庭健身的需求。

1 整機系統方案

整體系統方案通過格科微GC4C33 采集健身愛好者運動信息，然后把信息輸入到瑞芯微RK3566，RK3566將收集的健身愛好者運動信息與運動健身App、AI 算法融合，最后通過HDMI 輸出到電視大屏上。系統采用Type-C 供電，并帶有音頻接口。整機系統方案如下：

2 硬件系統設計

硬件主控采用瑞芯微RK3566 方案，傳感器使用格科微GC4C33。瑞芯微RK3566 芯片是一款專為消費類行業應用打造的通用型SoC。CPU 采用4 核A55 架構處理器，集成G52 圖形處理器，內置獨立的NPU，運行安卓11。RK3566 有著十分強大的視頻解碼能力。支持4K H.264/H.265/VP9 等多種格式高清解碼，支持多路視頻源同時解碼，如支持8~10 路1 080P H264/H265。RK3566 支持HDR10，色彩、動態范圍具有優良的表現，支持圖像后處理、解交織、去噪、色彩增強、超分辨率。RK3566 采用全新獨立JPEG 解碼處理器，高效并發處理多小圖解析，支持1 080P/60 fps 的H.264及H.265 格式編碼，支持動態碼率、幀率、分辨率調節等功能。RK3566 內置高性能ISP，可提供8 M@30 fps處理能力，可分時復用滿足雙攝需求。支持HDR 功能，讓逆光或強光照射條件下的圖像也清晰。支持雙路同時縮放輸出功能，支持噪點消除功能，讓弱光條件下的圖像也細膩。RK3566 支持去霧功能，霧霾天也能看得清，支持橫向矯正LDCH, 去除傳感器鏡頭帶來的畸變。RK3566 最大支持2 路CSI(2Lane) + 1 路DVP 接口攝像頭同時輸入。

GC4C33 是一款高品質400 萬像素的CMOS 圖像傳感器，適用于攝像頭產品、AI 健身、數碼相機產品和手機攝像頭應用。GC4C33 包含1 個2 560 H×1 440 V像素陣列、片上12/10 位ADC 和圖像信號處理器。高性能的全面集成使GC4C33 符合設計要求，減少了實現過程。它提供具有MIPI 接口的RAW12 和RAW10 數據格式。有1 個常用的兩線串行接口供主機控制整個傳感器的運行。

PCB 設計好壞直接影響產品開發的成敗，其中電源，時鐘和傳感器的mipi 信號設計最為重要。AVDD_PLL 與DVDD 內核電源之間用磁珠隔離，對地濾波電容與地之間串聯1 個磁珠，串聯的磁珠盡量靠近電源管腳擺放，接地端至少留兩個地過孔。AVDD33_PLL與數字3.3 V 電源之間用磁珠隔離。AVDD33_DDR_PLL 與數字3.3 V 電源之間用磁珠隔離。晶體的XIN、XOUT、RTC_XIN、RTC_XOUT 信號走線全程做包地處理，設計時保證這些信號有完整的參考。晶振下方不能有高速信號穿過。MIPI 信號設計時，差分信號以GND 為參考平面，并保持參考完整，差分信號需要做包地處理；PCB 走線小于4 英寸，差分對P/N 等長控制在±5 mil 以內，對間以采樣差分時鐘為參考，等長控制在±300 mil 以內。MIPI RX 差分對的PCB 走線控制差分阻抗100 Ω±10%；差分信號經過連接器時，相鄰差分信號對之間必須使用GND 管腳進行隔離。

3 軟件系統設計

采用Android 的系統架構，從下到上依次是內核(Linux Kernel)、運行時環境(Android Runtime)、庫(Libraries)、應用框架(Application Framework)、應用(Applications)。軟件結構如下：

其中，內核(Linux Kernel)：Android 基于Linux 4.4提供核心系統服務，例如：安全、內存管理、進程管理、網絡堆棧、驅動模型。Linux Kernel 也作為硬件和軟件之間的抽象層，它隱藏具體硬件細節而為上層提供統一的服務。運行時環境(Android Runtime)：Android 包含一個核心庫的集合，提供大部分在Java 編程語言核心類庫中可用的功能。每一個Android 應用程序是Dalvik虛擬機中的實例，運行在他們自己的進程中。Dalvik 虛擬機設計成，在一個設備可以高效地運行多個虛擬機。庫(Libraries)：Android 包含1 個C/C++ 庫的集合，供Android 系統的各個組件使用。這些功能通過Android的應用程序框架(Application Framework) 暴露給開發者。應用框架(Application Framework)：通過提供開放的開發平臺，Android 使開發者能夠編制極其豐富和新穎的應用程序。開發者可以自由地利用設備硬件優勢、訪問位置信息、運行后臺服務、設置鬧鐘、向狀態欄添加通知等等，很多很多。 開發者可以完全使用核心應用程序所使用的框架APIs。應用程序的體系結構旨在簡化組件的重用，任何應用程序都能發布他的功能且任何其他應用程序可以使用這些功能( 需要服從框架執行的安全限制)。應用：Android 裝配一個核心應用程序集合，包括電子郵件客戶端、SMS 程序、日歷、地圖、瀏覽器、聯系人和其他設置。所有應用程序都是用Java 編程語言寫的。更加豐富的應用程序有待我們去開發，我們主要開發的內容就在這一層里。

4 結束語

本文硬件采用瑞芯微RK3566 方案， 軟件采用Android系統，用JAVA 編程語言開發，可以跨平臺移植和復用，并且可以兼容第三方在Android 系統開發的應用程序。實驗結果表明，本方案設計的AI 健身攝像頭簡單易用，得到健身愛好者的一致好評。

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（本文來源于《電子產品世界》雜志2023年5月期）