摘要：為了解決標(biāo)準(zhǔn)清晰度監(jiān)控系統(tǒng)中存在的一些問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于TMS320DM365的高清視頻壓縮系統(tǒng),。采用ITU-T的H.264(DM365內(nèi)嵌硬件壓縮器)視頻壓縮算法,，高清模擬視頻信號(hào)通過(guò)專(zhuān)用視頻解碼芯片TVP7002轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)，在DM365中進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮,，內(nèi)嵌ARM把數(shù)據(jù)打包后傳到internet,，通過(guò)PC機(jī)軟件解碼，進(jìn)行視頻播放,。實(shí)踐證明,，本編碼方案很好的完成了數(shù)據(jù)壓縮及傳輸，符合設(shè)計(jì)要求,。

在視頻監(jiān)控應(yīng)用中,，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控由于圖像清晰度不高(CIF～D1分辨率),、管理和維護(hù)諸多線(xiàn)纜難度大、配置眾多設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、擴(kuò)展不便,，這些因素嚴(yán)重制約了安保管理效能的提升，同時(shí)也為高清視頻監(jiān)控的發(fā)展帶來(lái)了契機(jī),，本文論述了基于DM365的高清視頻編碼器的硬件設(shè)計(jì),。

1 硬件平臺(tái)整體設(shè)計(jì)

TMS320DM365延續(xù)了DavinciTM家族DM355處理器的架構(gòu)，集成了一顆ARM926EJ-S內(nèi)核,，一個(gè)圖像處理子系統(tǒng)(VPSS),，一個(gè)H.264高清編碼器協(xié)處理器HDVICP和一個(gè)MPEG-4/JPEG高清編碼器協(xié)處理器MJCP，支持多格式H.264,、MPEG-4,、MPEG-2、MJPEG以及VC1等編解碼器,，可實(shí)現(xiàn)高度的視頻靈活性,。DM365可以同時(shí)輸出720P，D1,，CIF三個(gè)碼流,，或者更多的組合方式，并且編碼速率可調(diào),，并且支持硬件OSD,。該處理器有豐富的外圍接口，用戶(hù)可以方便的外接子系統(tǒng),，本文采用TMS320DM365作為主CPU,，對(duì)輸入視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并進(jìn)行相應(yīng)的壓縮網(wǎng)絡(luò)傳輸處理，設(shè)計(jì)了基于DM365架構(gòu)的數(shù)字視頻編碼器,。系統(tǒng)除了DM365以外,，還有高清視頻A/D轉(zhuǎn)換器、音頻CODEC,、存儲(chǔ),、以太網(wǎng)、串口等模塊,。系統(tǒng)運(yùn)行于Linux操作系統(tǒng),，具有實(shí)時(shí)性好,、通訊速率快,、圖象質(zhì)量高、性能穩(wěn)定,、價(jià)格便宜,、防病毒等特點(diǎn),。

系統(tǒng)整體框圖如圖1所示，系統(tǒng)選用DM365為主CPU,，DM365外接音頻模塊,、視頻輸入模塊、存儲(chǔ)模塊,、串口及網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊,。本平臺(tái)由兩部分構(gòu)成：視頻輸入及圖像處理部分和視頻輸出部分。

視頻輸入及圖像處理部分：高清晰度模擬視頻信號(hào)輸入TVP7002,，經(jīng)過(guò)A/D編碼以后變成高清數(shù)字視頻信號(hào),，此數(shù)字信號(hào)輸出給DM365。本模塊DM365主要對(duì)輸入視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行H.264壓縮,，并可實(shí)現(xiàn)噪聲過(guò)濾,、視頻穩(wěn)定、面部檢測(cè),、自動(dòng)白平衡,、自動(dòng)對(duì)焦、自動(dòng)曝光以及邊緣增強(qiáng)等功能,，此外,，還對(duì)系統(tǒng)上所有I2C設(shè)備初始化，實(shí)現(xiàn)音頻語(yǔ)音對(duì)講等功能,。

視頻輸出部分：DM365內(nèi)嵌ARM微處理器,，該處理器核心功能是對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，外接存儲(chǔ)器模塊,、以太網(wǎng)模塊,、串口模塊等。ARM先完成壓縮數(shù)據(jù)的RTP,、UDP,、IP封裝，然后經(jīng)過(guò)MAC成幀,，最后通過(guò)以太網(wǎng)控制器PHY完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送,。此外ARM還負(fù)責(zé)解析接收數(shù)據(jù)，對(duì)PC機(jī)發(fā)來(lái)的相關(guān)參數(shù)命令進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算設(shè)置(視頻壓縮碼率,、幀率等)，通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的控制(云臺(tái)控制器,、鏡頭等),，通過(guò)GPIO對(duì)報(bào)警輸入輸出的處理等等。

2 模塊設(shè)計(jì)

2.1 視頻音頻輸入模塊

在DM365上有VPFE接口,，能支持多種格式的視頻輸入格式,。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)1路高清視頻輸入,，高清A/D轉(zhuǎn)換芯片采用TVP7002。TVP7002能實(shí)現(xiàn)R/Pr,、C/Y,、B/Pb信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換率高達(dá)165MHz,，在很多高清數(shù)字視頻環(huán)境中被使用,，分辨率高達(dá)1080P。DM365通過(guò)IIC總線(xiàn)對(duì)其配置,，對(duì)TVP7002內(nèi)部寄存器進(jìn)行適當(dāng)配置,，可以處理720P分辨率的視頻源，A/D以后的視頻數(shù)據(jù)從TVP7002數(shù)字視頻口輸出到DM365的VPFE,。系統(tǒng)同時(shí)提供高清數(shù)字視頻輸入接口,，HDVICP協(xié)處理器可以在1280X720P30的格式下提供H.264標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼或解碼，而MJCP協(xié)處理器除了支持JPEG標(biāo)準(zhǔn),，還可以在1920x1080P24的格式下提供MPEG-4的視頻編碼或解碼,。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)1路LINEIN和立體聲輸出通過(guò)AIC23實(shí)現(xiàn)，DM365通過(guò)IIC總線(xiàn)對(duì)其配置,，AIC23連接在DM365的MCBSP口,。DM365的MCBSP被用作雙向數(shù)據(jù)通道，所有的音頻數(shù)據(jù)流都通過(guò)此通道傳輸,，并支持不同的數(shù)據(jù)格式,。

2.2 以太網(wǎng)模塊

系統(tǒng)含有I路10/100M網(wǎng)絡(luò)接口，DM365內(nèi)帶MAC控制器,，在EMAC接口外接一片以太網(wǎng)PHY芯片,，PHY采用RTL8201，RTL8201與DM365的MII接口相連,。DM365通過(guò)MDIO接口實(shí)現(xiàn)對(duì)RTL8201寄存器的配置及控制,，其他握手信號(hào)依次連接，通過(guò)上拉下拉電阻對(duì)RTL8201進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲?設(shè)置PHY地址等),，RTL8201在上電初導(dǎo)入這些配置信息,，并進(jìn)行相應(yīng)的工作。在RTL8201的時(shí)鐘接口外接一個(gè)25MHz晶體,，作為RTL8201的時(shí)鐘源,。RTL8201外接網(wǎng)絡(luò)變壓器，進(jìn)行信號(hào)隔離,，通過(guò)RJ45連接到網(wǎng)絡(luò),。

2.3 存儲(chǔ)、USB,、串口,、RTC,、報(bào)警模塊

系統(tǒng)提供1路USB接口,，支持OTG模式和HOST模式,，支持USB2.0 High Speed(480Mb/s)、Full Speed(12Mb/s),，可設(shè)置的FIFO,。DM36 5片載USB Controler和USB PHY，通過(guò)相關(guān)配置完成其初始化,，在USB上可以外接USB-SATA硬盤(pán)等外設(shè),。

系統(tǒng)外接DDR2 SDRAM和NAND Flash作為片外存儲(chǔ)器，通過(guò)設(shè)置BTSEL[2：0]為000來(lái)選擇啟動(dòng)方式為NANDFlash BOOT模式,。DM365的AEMIF接口可以支持NANDFlash和NOR Flash,，因?yàn)镹AND Flash存儲(chǔ)容量大，價(jià)格便宜,，本設(shè)計(jì)選用NAND Flash,。

DM365提供了專(zhuān)門(mén)的DDR2控制接口，16位數(shù)據(jù)線(xiàn),，14位地址線(xiàn)和3根塊選擇信號(hào),，可以支持256 MByte的存儲(chǔ)空間，系統(tǒng)選用DDR2 SDRAM芯片K4T1G164QQ,。

DM365有2個(gè)UART接口,，系統(tǒng)外接兩路串口，一路RS232,，用做調(diào)試,，一路RS485外設(shè)進(jìn)行通訊(云臺(tái)鏡頭等)。并通過(guò)GPIO提供2路開(kāi)關(guān)量報(bào)警輸入和2路開(kāi)關(guān)量報(bào)警輸出,，報(bào)警輸入通過(guò)光藕來(lái)實(shí)現(xiàn),，當(dāng)報(bào)警信號(hào)輸入時(shí)，光藕導(dǎo)通,，輸出低電平至DM365 GPIO,，當(dāng)沒(méi)有報(bào)警信號(hào)輸入時(shí)，光藕截止,，輸出高電平至DM365 GPIO,，DM365通過(guò)檢測(cè)GPIO電平來(lái)判斷報(bào)警輸入信號(hào)的有無(wú)，報(bào)警輸出通過(guò)控制繼電器的開(kāi)合來(lái)實(shí)現(xiàn),。系統(tǒng)還通過(guò)IIC擴(kuò)展了一路RTC,。

系統(tǒng)通過(guò)外部晶體為DM365提供24MHz時(shí)鐘輸入，DM365內(nèi)部PLL來(lái)產(chǎn)生模塊時(shí)鐘,。

2.4 電源部分

系統(tǒng)提供5V電源輸入接口,，通過(guò)電源轉(zhuǎn)換芯片提供+1.35V,、+1.8V和+3.3V的電源。其中1.35V和1.8V采用TPS62040DGQ產(chǎn)生,。TPS62040DGQ是TI公司推出的一款高效率低紋波的DC-DC芯片,，其輸出電壓通過(guò)電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。3.3V電壓采用TPS5430實(shí)現(xiàn),，其最高輸入電壓可以達(dá)到36V,，最大提供3A的電流。

對(duì)系統(tǒng)的上電順序是：先給內(nèi)核上電(1.35V),，然后對(duì)PLL等模塊上電(1.8V),。即先通過(guò)TPS5430得到3.3V的電源，然后通過(guò)TPS62040DGQ產(chǎn)生1.35V,，通過(guò)1.35V連接到另一片TPS62040DGQ的EN上1.8V,，產(chǎn)生1.8V以后，通過(guò)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通先前產(chǎn)生的3.3V,，3.3V最后加載到DM365上,。產(chǎn)生下電順序與上電順序相反。

3 結(jié)束語(yǔ)

為測(cè)試設(shè)計(jì)是否達(dá)到預(yù)定要求,，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了較為完備的測(cè)試,，選用了多種高清視頻輸入源在不同的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，有測(cè)試運(yùn)動(dòng)快慢及劇烈程度的畫(huà)面,，有測(cè)試黑自圖像效果的全黑與全白,，還有測(cè)試亮度等級(jí)的階梯圖案等。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)的進(jìn)行編碼,，解碼圖像畫(huà)面清晰流暢，沒(méi)有馬賽克以及動(dòng)畫(huà)現(xiàn)象,，沒(méi)有曝光過(guò)度,、人像曝光不足、偏色,、曝光和白平衡不準(zhǔn)確等問(wèn)題,，色彩鮮艷，亮度分明,?？朔藰?biāo)準(zhǔn)清晰度監(jiān)控系統(tǒng)中存在的不足。

此設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)使用,，符合設(shè)計(jì)初衷,，在可視電話(huà)、高清監(jiān)控系統(tǒng)、車(chē)載監(jiān)控領(lǐng)域有廣泛的市場(chǎng)前景,。