一种多路视频采集与传输系统的设计与实现

一种多路视频采集与传输系统的设计与实现

0视频监控系统构成在许多需要视频监控的情况下，单个区域的视频监控无法满足实际应用的需求。在多个区域，视频监控应用的场所越来越大，从购物中心、超市、仓库、办公楼、停车场、生活社区、工业场所等。它还包括视野视野系统、动态公交车跟踪系统等。本文旨在开发一套多路视频采集及传输系统。该系统不仅能满足多区域视频监控的性能要求,还具有体积小、延迟小、稳定可靠、传输距离远等特点。1系统设计本文采用TMS320DM648作为视频采集及处理核心,充分利用该芯片具有的多个视频接口和SGMII接口2录像视频处理及其同屏显示视频处理模块可以根据实际应用场景选择不同的工作模式:独立工作模式和协同工作模式。独立工作模式仅需要一套视频处理模块即可完成工作,主要完成多摄像机视频采集、处理、同屏输出显示等工作,主要应用于摄像机、监视器近距离分布的小范围场所;协同工作模式通常需要两套视频处理模块才能协同完成工作,主要完成多摄像机视频采集、压缩编码、网络传输、解压缩、同屏输出显示等工作,主要应用于摄像机分布范围较广,并且与监视器距离较远的场所。视频处理模块主要包括DM648视频处理单元、4路CVBS视频输入、1路VGA视频输出、1路千兆以太网接口等四部分电路。视频处理模块结构框图如图2所示。3视频处理模块的设计3.1解码芯片的选择CVBS视频输入接口电路的功能是:接收CVBS模拟视频信号,并将其转化为ITUBT.656YUV4:2:2标准数字视频流。本设计中选择ADI公司的ADV7180作为CVBS模拟视频信号的解码芯片,该芯片具有如下特征CVBS视频输入接口电路示意图如图3所示。CVBS模拟视频信号通过RCA接口输入视频处理模块后,首先经视频解码芯片ADV7180内部的模拟抗混叠滤波器对其进行滤波处理,再经过ADV7180中的A/D转换器将其转换形成ITUBT.656YUV4:2:2标准数字视频流,数字视频流经数字接口输出到DM648视频处理单元。3.2视频处理模块DM648视频处理单元主要完成数字视频流的处理工作,可以根据视频处理模块不同的工作模式实现不同的视频输入、处理、输出功能。当视频处理模块工作于独立工作模式时,DM648视频处理单元通过VPI接口接收4路ITUBT.656YUV4:2:2标准数字视频流,经过视频合并、拼接处理后通过VPO接口输出至VGA视频输出接口电路,然后在监视器上同屏显示四路CVBS视频输入画面;当视频处理模块工作于协同工作模式时,模块A的DM648视频处理单元通过VPI接口接收4路ITUBT.656YUV4:2:2标准数字视频流,经过合并拼接、压缩处理后通过千兆以太网接口发送给模块B,模块B上的DM648视频处理单元接收到压缩视频流后先进行解压缩,再通过VPO接口输出至VGA视频输出接口电路,最后在监视器上同屏显示四路CVBS视频输入画面。DM648视频处理单元以TI的高速、定点多媒体处理器TMS320DM648为处理核心,主要包括:DDR2SDRAM、NORFLASH、时钟网络、电源网络、复位电路等。视频处理单元电路图如图4所示。TMS320DM648主频为1.1GHz,每个时钟周期可以执行8个32位指令,处理能力达到8800MIPS;DM648通过DDR接口外接两片MT47H64M16DDR2SDRAM存储器芯片,构成256MB的DDR2内存空间3.3视频显示电路VGA视频输出接口电路接收DM648视频处理单元发送来的数字视频流后,将其转化成R、G、B模拟视频信号,经VGA接口(DB15)输出至监视器,同屏显示四路CVBS视频输入画面。SAA7105是一种低电压(3.3V)、低功耗(<1W)、64引脚QFP封装的视频编码芯片,具有一路I2C控制接口、三个增强型10位DAC、5-line反梳状滤波器,支持VGA解决方案的1920×1080高清视频输出3.4fpga-4g电路设计当视频处理模块工作于协同工作模式时,模块A的DM648视频处理单元将合并拼接、压缩处理后数字视频流通过千兆以太网接口发送给模块B,模块B通过千兆以太网接口接收数字视频流后,将其发送给DM648视频处理单元进行解压缩等处理。为了满足数字视频流的传输带宽要求,本文充分利用DM648片上的SGMII接口,通过外加以太网PHY芯片(88E1111)及网络变压器(HX5084)的方式设计了一路100/1000Mbps自适应以太网接口。该网络接口能实现数字视频流的远距离、快速传输4视频采集环境的选择软件系统设计主要包括三个方面:接口芯片初始化、视频信号处理和视频信号传输。具体可分为:DDR2初始化、视频采集缓冲区设置、视频显示缓冲区设置、网口初始化、I2C接口器件(ADV7180、SAA7105)初始化、视频采集驱动程序、视频合并拼接处理、视频压缩处理、视频压缩处理解压缩处理、视频显示驱动程序5视频处理模块测试本文按照视频采集、处理、传输及显示的流程,分别对视频处理模块两种工作模式搭建测试环境,测试系统包括:4台CCD摄像机(CVBS输出)、2块视频处理模块、一条超五类双绞网线(10m长)、监视器(VGA接口,支持1920×1080高清视频显示)。经过测试,视频处理模块的两种工作模式均能正常工作,视频画面清晰、流畅,视频延时较小,传输距离较远,性能稳定可靠。协同工作模式时的视频显示如图8所示。6两种模式的对比文章详细介绍了基于DM648的多路视频采集及传输系统各部分电路设计,并阐述