視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在日常生活中， 其穩(wěn)定、可靠的工作已經(jīng)成為保證人民生產(chǎn)、生活正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。可靠快速地采集輸入、編解碼以及處理傳輸成為視頻處理設(shè)備設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)。本文介紹了一種基于達(dá)芬奇技術(shù)的數(shù)字視頻單元。單元主要完成對視頻信息的智能采集處理功能和集成影象處理功能。

　　1   視頻單元的組成及硬件設(shè)計

　　視頻單元以T MS320DM365 為核心處理器芯片，并以TMS320DM365 為中心設(shè)計視頻緩沖、視頻解碼等功能。單元的硬件主要有達(dá)芬奇處理器芯片( TMS320DM365， 以下簡稱DM365) 、視頻解碼器芯片( TV P5158) ， DDR2 SDRAM， FLASH， EN C28J60 以太網(wǎng)控制器、電源管理芯片等。視頻單元的框圖如圖1 所示。本文主要介紹了視頻采集輸入部分、外部存儲器部分、以太網(wǎng)部分和視頻輸出部分這4 部分。

　　DM365 高度集成了眾多組件， 其中包括符合生產(chǎn)要求的H. 264， MPEG 4， MPEG 2， MJPEG 與VC1編解碼器， 可滿足智能視頻處理功能的集成影像信號處理( ISP) 解決方案和一系列板載外設(shè)等， 可降低系統(tǒng)成本。

圖1  視頻單元框圖

　　視頻單元工作原理如下: T VP5158 視頻解碼芯片把CCD 攝像頭傳過來的模擬視頻信號進(jìn)行模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換，變成符合IT U R BT . 656 或YU V 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻信號; 然后將數(shù)字視頻信號傳輸?shù)竭_(dá)芬奇處理器的視頻處理子系統(tǒng)的前端， 進(jìn)行預(yù)處理后送到視頻處理子系統(tǒng)的后端， 視頻處理子系統(tǒng)的后端對數(shù)字視頻信號進(jìn)行編碼后直接將其輸出到顯示器終端上。DM365 上的ARM端主要作為控制器來控制視頻解碼芯片和外圍接口芯片。

　　1. 1   視頻采集輸入設(shè)計

　　攝像頭將采集到的模擬視頻信號傳輸給TVP5158視頻解碼器 。該T VP5158 器件是一個4 通道、高品質(zhì)NTSC/ PAL 視頻解碼器， 它用數(shù)字化編碼所有基帶模擬視頻格式， 使其變?yōu)閿?shù)字視頻信號輸出。該編碼器的每個通道都包含10 位27 MSPS 的模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器。

　　TVP5158 支持NTSC( J， M， 4. 43) 和PAL( B， D， G， H，I， M， N， Nc， 60) 標(biāo)準(zhǔn)視頻同時輸入。每個視頻解碼通道均支持復(fù)合信號輸入。TV P5158 輸出端口支持8 位的ITU R BT. 656 和16 位4   2   2 YUV 格式。

　　TVP5158 視頻解碼器再將解碼信號傳輸給DM365 的視頻處理前端( VPFE) 。T VP5158 高度靈活的視頻輸出與DM365 的無縫接口可取消對外部FPGA 的需求。TVP5158 與DM365 的接口框圖如圖2 所示。

圖2  T VP5158 與DM365 接口框圖

　　TVP5158 輸出8 位的ITU RBT . 656 和16 位4 ：2 ：2 YUV 格式視頻。DM365 支持ITU BT. 601/BT . 656/ BT . 1120 數(shù)字YCbCr 4 ： 2 ：2( 8 b/ 16 b) 格式視頻， 所以本系統(tǒng)中DM365 采用YCbCr 4：2： 2 的8 位IT U R BT . 656 視頻捕獲模式， 該系統(tǒng)不需要外部行/ 場同步信號。T VP5158 的DVO 引腳與DM365 的YIN 引腳相連， 以用來傳輸數(shù)據(jù)。

　　1. 2   外部存儲器設(shè)計

　　在該單元中， 選用的外部存儲器為一個DDR2SDRAM 芯片和一個NAND FLASH 芯片。在該單元中， 采用華邦電子公司的1 GB DDR2 SDRAM 作為主存儲器， 型號為W971GG6IB 。DM365 與W971GG6IB 的接口框圖如圖3 所示。

　CLK 和是時鐘信號引腳， 芯片時鐘通過這兩個引腳輸入。為行地址鎖存， 為列地址鎖存， 為寫使能， 這三個引腳可對輸入命令進(jìn)行規(guī)定。

　　當(dāng)片選為高電平時， 所有的外部命令都被禁止; 還可提供外部組選擇。A0~ A12 為地址總線， 芯片中行地址為A0~ A12， 列地址為A0~ A9， 其中的A10 是自動預(yù)充電標(biāo)志。因?yàn)樵搯卧x用一個1 GB 的DDR2SDRAM， 所以選擇BA0 和BA1 兩個引腳對片內(nèi)8 個組進(jìn)行選擇。DQ0~ DQ15 為雙向數(shù)據(jù)總線引腳， 可支持16 位寬度的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)DDR DQ S 進(jìn)行寫操作時， 數(shù)據(jù)輸出到芯片中; 當(dāng)DDR DQ S 進(jìn)行讀操作時， 芯片的數(shù)據(jù)輸入到DM365 中。DDR DQS1 用于DDRDQ[ 15: 8] ， DDR DQS0 用于DDR DQ [ 7: 0 ] 。LDQS與DDR DQS0 相連， LDQS 與DQ0~ DQ7 上的數(shù)據(jù)相對應(yīng); U DQS 與DDR DQ S1 相連， UDQS 與DQ8 ~DQ15 上的數(shù)據(jù)相對應(yīng)。LDQS 和UDQS 分別為低位和高位數(shù)據(jù)選通， 只有在不同數(shù)據(jù)選通模式通過EMR 的控制位被使能時才被使用。

圖3   DM365 與W971GG6IB 接口框圖

　　單元中選用的NAND FLASH 為三星公司的K9F2808U0C ， 它為一個132 MB 的閃存， 其中的內(nèi)存容量分為16M 8 b 容量和4 MB 的備用容量。該存儲器陣列包含1 024 個獨(dú)立可擦除塊， 每個數(shù)據(jù)塊包含16KB。K9F2808U0C 的8 個I/ O 引腳是地址復(fù)用的， 這樣可減少引腳數(shù)， 并方便系統(tǒng)升級， 閃存電源為3. 3 V。

　　DM365 與K9F2808U0C 的接口框圖如圖4 所示。

圖4   DM365 與K9F2808U0C 接口框圖

　　圖4 中I/ O0 ~ I/ O7 為數(shù)據(jù)輸入/ 輸出引腳， 與EM D[ 0: 7] 引腳相連， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。I/ O 引腳用于輸入命令、地址和數(shù)據(jù)， 還用于在讀操作時輸出數(shù)據(jù)。

　　引腳與EM CE0 引腳相連， 實(shí)現(xiàn)片選功能。引腳與EM OE 引腳相連， 對串行數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行控制。引腳與EM WE 引腳相連， 控制了對I/ O 端口的寫操作。命令、地址和數(shù)據(jù)被鎖在WE脈沖的上升沿。R/ B為輸出引腳， 與EM WAIT 引腳相連， 它表明了設(shè)備操作的狀態(tài)， 當(dāng)?shù)碗娖綍r， 它表明一個程序、擦除或隨機(jī)讀操作正在進(jìn)程中， 并在結(jié)束后返回到高電平狀態(tài)。

　　1. 3   以太網(wǎng)設(shè)計

　　DM365 通過EN C28J60 以太網(wǎng)控制器與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信， 其接口框圖如圖5 所示。

圖5  DM 365 與ENC28J60 接口框圖

　　EN C28J60 以太網(wǎng)控制器是美國微芯科技公司推出的產(chǎn)品， 適用于精簡的嵌入式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。DM365 的SPI 接口與ENC28J60 芯片的SPI 接口相連。為片選輸入引腳， SCK 為時鐘輸入引腳， SI 為數(shù)據(jù)輸入引腳。EN C28J60 芯片與RJ 45 接口之間還需要連接兩個網(wǎng)絡(luò)變壓器。在差分接收引腳( T PIN+ / T PIN- )上連接一個專用于10BA SE T 操作的1 ：1 脈沖變壓器; 在差分發(fā)送引腳( T POUT + / TPOUT - ) 上連接一個帶有中心抽頭的1：1 脈沖變壓器。變壓器起到電平轉(zhuǎn)換及電氣隔離的作用。

　　1. 4   視頻輸出設(shè)計

　　LCD 顯示器與視頻處理后端相連。視頻輸出部分框圖如圖6 所示。

圖6   視頻輸出框圖

　　OSD 模塊的主要功能是采集和混合視頻數(shù)據(jù)以及顯示/ 位圖數(shù)據(jù)， 并將它們以YCbCr 格式傳輸給視頻編碼器( VENC) 。視頻和顯示數(shù)據(jù)從外部DDR2/ mDDR存儲器讀取。

　　2   結(jié)  語

　　該設(shè)計采用DM365 視頻處理芯片， 充分利用其外圍接口多的特點(diǎn)， 選用了一些外圍接口芯片， 以滿足智能視頻處理的功能。