基于DM642嵌入式無線視頻監控硬件設計

　　選用TMS320DM642作為系統CPU,并采用最新視頻編碼標準H.264壓縮算法,實現基于CDMA網絡傳輸的無線視頻監控和視頻數據存儲系統。

　　文中詳細地描述了系統組成、結構和功能,對系統各個組成模塊進行了詳細分析和設計,主要包括視音頻輸入、CDMA傳輸串口、DE及USB通信等模塊,并針對DM642高速CPU,分析了系統設計中應注意的問題。

　　無線視頻監控系統是公安、交通、水利等行業的重要裝備,目前無線視頻傳輸設備主要采用微波方式,其致命弱點是傳輸距離短,有障礙物時傳輸距離大為減少,多年來一直沒有得到很好的解決。

　　隨著運營商在國內大部分地區推出GRPS和CDMA1x公共無線數據網絡,通過公共無線數據網絡傳輸視頻已成為當今研究和應用的熱點,它能徹底解決微波方式的短距離問題。由于公共無線數據網絡的帶寬比較窄且不穩定,采用編碼效率不高的視頻壓縮算法(如H.263、MPEG-4等),傳輸效果不理想,無法滿足大多數監控場合的要求。

　　H.264是JVT制定的最新視頻壓縮標準,比H.263和MPEG-4在同質量時碼流可低50%,同時支持無線網絡傳輸,但其運算復雜度也是H.263和MPEG-4的3-5倍,因此一般的CPU系統無法滿足要求。TMS320DM642是TI最新推出的高性能數字媒體處理器,指令最高可達4800MIPS,可以滿足實時H.264編碼算法的要求。本文設計了基于TMS320DM642的嵌入式系統,采用H.264視頻編碼算法,成功的開發了基于CDMA傳輸的無線視頻監控系統。

　　1無線視頻監控系統構成

　　1.1無線視頻監控系統設計需求

　　本系統要求采用嵌入式視頻發送終端,對采集視頻圖像進行實時壓縮并通過CDMA網絡發送,接收端采用PC機對接收視頻數據進行解碼并顯示。對于嵌入式視頻發送終端有如下需求:

　　①一路PAL/NTSC標準模擬視頻輸入,一路模擬音頻輸入;

　　②采用CDMA接入方式將視頻數據通過網絡發送;

　　③采用CF卡或硬盤對視頻進行本地存儲;

　　④發送圖像和保存圖像的尺寸和幀率等參數可調;

　　⑤可通過無線網絡進行遠程控制,并且要求低功耗。

　　1.2系統的總體設計

　　由于CDMA無線網絡帶寬窄、帶寬波動大,因此系統中采用H.264作為視頻壓縮算法。同時本地存儲與CDMA發送視頻在圖像尺寸和幀率上不同,需要采用兩個編碼結構分別進行編碼。

　　圖1顯示了本系統的總體結構框圖,系統主要包括DM642CPU、視頻輸入、音頻輸入/輸出、硬盤接口、串口和USB通信(USB2.0)等主要功能模塊,此外還包括實時時鐘(RTC)、顯示和I/O接口(LCDI/O)、SDRAM、FLASH和電源(POWER)模塊。下面將詳細地對各個功能模塊進行一一分析和設計。

圖1視頻發送終端系統框圖

　　2無線視頻監控系統硬件設計

　　2.1TMS320DM642簡介

　　TMS320DM642是TI推出的針對多媒體處理領域應用的高性能數字媒體處理器。該處理器是專門為視頻與影像市場量

身定制的,特別適用于VOIP視頻、視頻點播(VOD)、多信道數字視頻攝錄像應用以及高品質視頻編碼與解碼解決方案。

　　DM642處理器內部集成了TMS320C64X的DSP內核,在600MHz運行速度下,指令可達4800MIPS,由于其強大的運算能力,可以實現實時的H.264編解碼算法。

　　DM642內部集成了外部內存接口(EMIF)控制單元,通過20根地址線和64位數據總線可直接與外部的SDRAM、FLASH進行連接。本系統中由于采用100MHz的SDRAM,考慮到信號完整性,SDRAM直接與DM642連接,而FLASH通過總線加以驅動后加以連接。

　　2.2視頻輸入模塊

　　DM642具有三個視頻端口,支持多種分辨率和標準,如CCIR601、ITU-BT.656、BT.1120等,每個端口為20bit位寬,可以被靈活的配置為一個20/16bit或兩個10/8bit通道。同時,每個端口都可配置為視頻輸入或視頻輸出。本系統中采用VP0與SAA7113H相連進行視頻輸入采集。

　　SAA7113H為9bit視頻解碼器,其內部有由視頻源選擇、反混疊濾波器和ADC組成的兩通道模擬預處理電路、增益控制、時鐘發生電路(CGC)、多標準數字解碼器、亮度飽和度控制電路等組成。

　　它支持PAL、NATSC等多種視頻輸入格式,輸出支持標準的ITU.656YUV4∶2∶28bit格式,通過I2C總線進行控制,只需一個24.576MHz外部晶振,采用3.3V電源、具有小于0.5W的功耗。SAA7113H與DM642接口見圖2。

圖2SAA7113H與DM642接口