DM嵌入式无线视频监控系统硬件设计方案

1、个人收集整理勿做商业用途封面个人收集整理勿做商业用途作者： Pan Hongliang仅供个人学习无线视频监控系统是公安、交通、水利等行业的重要装备, 目前无线视频传输设备主要采用微波方式 , 其致命弱点是传输距离短, 有障碍物时传输距离大为减少,多年来一直没有得到很好的解决。随着运营商在国内大部分地区推出GRPS 和个人收集整理勿做商业用途CDMA1x公共无线数据网络 , 通过公共无线数据网络传输视频已成为当今研究和应用的热点 , 它能彻底解决微波方式的短距离问题。由于公共无线数据网络的带宽比较窄且不稳定 , 采用编码效率不高的视频压缩算法(如 H. 263、MPEG-4等 ) , 传输效果

2、不理想 , 无法满足大多数监控场合的要求。H. 264是 JVT 制定的最新视频压缩标准 , 比 H. 263 和 MPEG- 4 在同质量时码流可低 50% ,同时支持无线网络传输 , 但其运算复杂度也是H.263 和 MPEG- 4的 3-5 倍,因此一般的 CPU 系统无法满足要求。 TMS320DM642是 TI 最新推出的高性能数字媒体处理器 , 指令最高可达 4800MIPS,可以满足实时 H. 264 编码算法的要求。本文设计了基于 TMS320DM642的嵌入式系统 , 采用 H. 264 视频编码算法 , 成功的开发了基于CDMA 传输的无线视频监控系统。1 无线视频监控系统

3、构成1.1 无线视频监控系统设计需求本系统要求采用嵌入式视频发送终端,对采集视频图像进行实时压缩并通过CDMA 网络发送 ,接收端采用 PC 机对接收视频数据进行解码并显示。对于嵌入式视频发送终端有如下需求:2.4CDMA无线传输串口模块本系统中采用 Q2358C串行接口模块作为CDMA 接入设备 ,它支持语音通信、支持中英文短信、双音多频功能(DTMF)等功能。波特率从300到 115,200 bit/s,支持上网最高速率153 kb/s,采用 AT 指令集通过 RS-232串口进行通信。 DM642没有异步通用串行接口 , 需采用扩展异步通信芯片来实现串行通信。个人收集整理勿做商业用途TL

4、16C752B是 UART 收发器 , 最高波特率可以达到3Mb/s( 使用 48MHz时钟源时 ) ,其内部具有 64byte发送 / 接收 FIFO ,接收 FIFO 的启动和停止可通过软件编程实现 , 支持多种波特率、多种串行数据格式。DM642与其连接采用 EMIF控制 , 地址线 A0 A2 、数据线 D0 D7 、读写控制信号 IOR/IOW与经过驱动的总线相连 , 而选通信号 CSA/CSB由 GAL 产生。TL16C752B与 Q2358C模块之间通过 MAX3243进行电平转换连接。图4 给出一路串行接口连接方式。2.5DE 及 USB 通信模块本系统中对采集视频要进行本地数

5、据存储,采用 CF 卡或 IDE 硬盘来保存数据 ,在通过 USB2.0将保存于 CF 卡或 DE 硬盘中的数据在需要时读出。 DM642与 DE 接口通过 GAL16LV8 产生的信号进行控制。 TUSB6250 采用内嵌 8051内核的 USB2.0到 ATA/ATAPI桥接器 , 其完全兼容 USB2.0标准 ,支持八个可配置终端 ( 四路输入和四路输出 ) 。内部集成 USB 存储设备传输协议 , 与ATA/ATAPI设备无缝连接。内部集成的60MHz8051微处理器指令速度可达30MIPS, 40k byte RAM可灵活的配置为数据或代码RAM , 13个通用 I/O口能进行各种通

6、信和控制使用, 并有 I2C 接口。在本系统中通过I2C 和 HPI总线实现 DSP 和 TUSB6250之间的通信。 DE 及 USB部分接口见图 5 。个人收集整理勿做商业用途一路 PAL/NTSC标准模拟视频输入 , 一路模拟音频输入 ; 采用 CDMA接入方式将视频数据通过网络发送; 采用 CF 卡或硬盘对视频进行本地存储;发送图像和保存图像的尺寸和帧率等参数可调; 可通过无线网络进行远程控制 , 并且要求低功耗。1.2 系统的总体设计由于 CDMA 无线网络带宽窄、带宽波动大, 因此系统中采用H.264作为视频压缩算法。同时本地存储与CDMA 发送视频在图像尺寸和帧率上不同, 需要采

7、用两个编码结构分别进行编码。图1 显示了本系统的总体结构框图, 系统主要包括 DM642CPU 、视频输入、音频输入 / 输出、硬盘接口、串口和U SB通信(USB2. 0)等主要功能模块 ,此外还包括实时时钟 (RTC ) 、显示和 I/O接口(LCD&I/O )、SDRAM 、FLASH和电源 (POWER ) 模块。下面将详细地对各个功能模块进行一一分析和设计。2 无线视频监控系统硬件设计2.1TMS320DM642简介TMS320DM642是 TI 推出的针对多媒体处理领域应用的高性能数字媒体处理器。该处理器是专门为视频与影像市场量身定制的, 特别适用于 VOIP 视频、视频点播 (V

8、OD ) 、多信道数字视频摄录像应用以及高品质视频编码与解码解决方案。 DM642处理器内部集成了TMS320C64X的 DSP 内核 , 在 600MHz个人收集整理勿做商业用途运行速度下 , 指令可达 4800MIPS,由于其强大的运算能力 , 可以实现实时的H. 264编解码算法。DM642内部集成了外部内存接口 (EMIF) 控制单元 , 通过 20根地址线和64 位数据总线可直接与外部的 SDRAM 、 FLASH 进行连接。本系统中由于采用 100MHz的 SDRAM ,考虑到信号完整性 ,SDRAM直接与 DM642连接 ,而 FLA SH通过总线加以驱动后加以连接。2.2 视频

9、输入模块DM642 具有三个视频端口 , 支持多种分辨率和标准 , 如 CCIR601 、ITU- BT.656 、BT. 1120等, 每个端口为 20bit位宽 , 可以被灵活的配置为一个20/16bit或两个 10/8bit通道。同时 , 每个端口都可配置为视频输入或视频输出。本系统中采用VP0 与 SAA7113H相连进行视频输入采集。SAA7113H为 9bit 视频解码器 , 其内部有由视频源选择、反混叠滤波器和ADC 组成的两通道模拟预处理电路、增益控制、时钟发生电路(CGC) 、多标准数字解码器、 亮度饱和度控制电路等组成。它支持 PAL、NATSC等多种视频输入格式 , 输出

10、支持标准的ITU. 656 YUV 42 2 8bit格式 , 通过 I2C总线进行控制 , 只需一个 24. 576MHz外部晶振 , 采用 3. 3V 电源、具有小于 0. 5W的功耗。 SAA 7113H与 DM642接口见图 2 。2.3 音频输入输出 (CODEC) 模块个人收集整理勿做商业用途DM642具有多通道音频串行端口 (McASP) 和两个多通道有缓存的串口(McBSPs), 但它们是与视频端口复用的, 本系统中采用 VP1 中的 McBSPs1 作为与音频 Codec 连接的接口。TLV320AIC23B是 TI 推出的一款高性能的立体声音频Codec 芯片 ,内置耳机输

11、出放大器 ,支持 MIC出都具有可编程增益调节。部件高度集成在芯片内部,到 96k 的频率范围内提供的输出信噪比分别可以达到放模式下功率仅为 23 mW和 LINEIN两种输入方式 ( 二选一 ) ,且对输入和输AIC23B 的模数转换 (ADCs)和数模转换 (DACs)采用了先进的 Sigma-delta过采样技术 , 可以在 8k16bit 、20bit 、24bit 和 32bit的采样 ,ADC 和 DAC90dB 和 100dB 。A IC23B还具有很低的能耗 , 回。A IC23B与 DM642接口见图 3 。2.6 电源及其它模块DM642采用双电源供电 , 内核电源采用为

12、1.4V消耗电流为 890 mA; I/O电源采用 3. 3 V消耗电流为 210mA 。由于内核电源电压低同时消耗电流较大,如果采用 LDO 电源效率较低 , 消耗功率将加大 ,所以在本系统中采用两个开关电源芯片 TPS54310分别产生 3. 3 V和 1. 4 V电源 , 电源效率可达 90% 以上。DM642提供了 16 个通用 I/O ,通过这些 I/O实现键盘输入、控制开关量输入与输出。 DM642的视频端口 VP3 配置为输出直接与LCD 连接。另外 , 系统中采用 DS1338作为实时时钟 , 提供实时时间信息。3 系统设计中的注意事项个人收集整理勿做商业用途3.1 原理图设计

13、DM642内部运行频率是通过外部时钟输入经内部PLL 倍频后得到 ,PLL 倍频可通过 CLKMODE1和 CL KMODE2管脚来选择 x1 、x6或 x12,因此这两个管脚外部一定要接相应的电阻可调, 以便 DM642可在不同速度下运行。DM642有多种 BOOT 启动模式可选 , 如果选择 EMIFA的 FLASH作为启动时 , FLASH的片选必须接到TCE1 上。DM642可选字节顺序的大 / 小模式、外设的 PC I 、HP I 、EMAC模式的选择是通过复位时LEND IAN 、PC I_ EN 、PC I_ EEA I 、HD5 、MAC _EN管脚的电平决定 , 一定要考虑其

14、在复位时电平值做成可调的。对于仿真器的 EMU 1 0 保证已经上拉 , TRST 下拉。另外 , 在AARDY管脚不使用时要保证其为高电平, NMI管脚不使用时要接地 , 在选择HPI 模式时要保证 HPI 控制信号电平正确 , 同时对其他不使用的输入管脚进行正确处理。3.2PCB 设计DM642作为高性能数字媒体处理器不仅内部具有很高的运行频率600MHz、720MHz和 1GHz, 而且与外部的 SDRAM 的总线速度也达到100MHz或 133MHz,如果外部的 SDRAM 由于布线原因达不到设计的希望速度 , 会降低系统的性能。对于 100MHz 以上的信号总线 , 存在信号完整性问

15、题。要保证信号的完整采用如下方法 , 对于 SDRAM 的时钟线尽量要短 , 到两个SDRAM的长度尽量相等 ;FLASH等其他外设不要直接与数据和地址总线连接,而应通过缓冲芯片 ( 如 SN74LVT16245B)连接 ; 高速总线上要串入小阻值电阻,阻值大小可通过仿真得到, 同时对线路更加要求进行阻抗限制。DM642内部有PLL, 对于 PLL 外部所接器件要尽可能靠近芯片, 而且必须放在线路板的一面上。个人收集整理勿做商业用途对于 JTAG 的连线长度不能超过6in,如果超过 6in 长要加驱动。本系统中既有模拟部分又有数字部分 , 要注意模拟电源和数字电源的设计, 尽量减少数字信号对模

16、拟信号的干扰 , 否则对采集的视频信号会有雪花、条纹 , 音频信号产生噪音等。对视频、音频芯片尽量采用单独的电源芯片供电, 模拟地和数字地要单点或采用磁珠相连。4 结束语依据以上硬件设计完成基于DM642的嵌入式无线视频监控系统,该系统以高速 DSP 为核心 , 辅以相应的外围电路 , 实现实时 H. 264视频编解码。目前 , 该系统已经顺利通过调试 , 连续运行稳定 , 为公安、交通、水利等行业的无线视频监控提供切实可行的方案, 具有非常高的应用价值。个人收集整理勿做商业用途版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为潘宏亮个人所有This articleincl

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