《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于DM365的視頻編碼器的硬件設(shè)計(jì)[圖]
來源:《電子設(shè)計(jì)工程》2011年08期
作者:王雄勇 華中科技大學(xué)電子與信息工程系
摘要: 基于DM365的視頻編碼器的硬件設(shè)計(jì)[圖],摘要:為了解決標(biāo)準(zhǔn)清晰度監(jiān)控系統(tǒng)中存在的一些問題,設(shè)計(jì)了一個基于TMS320DM365的高清視頻壓縮
Abstract:
Key words :
 

摘要:為了解決標(biāo)準(zhǔn)清晰度監(jiān)控系統(tǒng)中存在的一些問題,設(shè)計(jì)了一個基于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,高清模擬視頻信號通過專用視頻解碼芯片TVP7002轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號,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,同時也為高清視頻監(jiān)控的發(fā)展帶來了契機(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,一個圖像處理子系統(tǒng)(VPSS),一個H.264高清編碼器協(xié)處理器HDVICP和一個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可以同時輸出720P,D1,CIF三個碼流,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,用戶可以方便的外接子系統(tǒng),本文采用TMS320DM365作為主CPU,對輸入視頻數(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、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、存儲模塊、串口及網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。本平臺由兩部分構(gòu)成:視頻輸入及圖像處理部分和視頻輸出部分。

基于DM365的視頻編碼器的硬件設(shè)計(jì)

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

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數(shù)據(jù)流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),外接存儲器模塊、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MAC成幀,最后通過以太網(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PC機(jī)發(fā)來的相關(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),通過串口實(shí)現(xiàn)對外設(shè)的控制(云臺控制器、鏡頭等),通過GPIO對報(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IIC總線對其配置,對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AIC23實(shí)現(xiàn),DM365通過IIC總線對其配置,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MDIO接口實(shí)現(xiàn)對RTL8201寄存器的配置及控制,其他握手信號依次連接,通過上拉下拉電阻對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的時鐘接口外接一個25MHz晶體,作為RTL8201的時鐘源。RTL8201外接網(wǎng)絡(luò)變壓器,進(jìn)行信號隔離,通過RJ45連接到網(wǎng)絡(luò)。

2.3 存儲、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,通過相關(guān)配置完成其初始化,在USB上可以外接USB-SATA硬盤等外設(shè)。

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

DM365提供了專門的DDR2控制接口,16位數(shù)據(jù)線,14位地址線和3根塊選擇信號,可以支持256 MByte的存儲空間,系統(tǒng)選用DDR2 SDRAM芯片K4T1G164QQ。

DM365有2個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(云臺鏡頭等)。并通過GPIO提供2路開關(guān)量報(bào)警輸入和2路開關(guān)量報(bào)警輸出,報(bào)警輸入通過光藕來實(shí)現(xiàn),當(dāng)報(bào)警信號輸入時,光藕導(dǎo)通,輸出低電平至DM365 GPIO,當(dāng)沒有報(bào)警信號輸入時,光藕截止,輸出高電平至DM365 GPIO,DM365通過檢測GPIO電平來判斷報(bào)警輸入信號的有無,報(bào)警輸出通過控制繼電器的開合來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)還通過IIC擴(kuò)展了一路RTC。

系統(tǒng)通過外部晶體為DM365提供24MHz時鐘輸入,DM365內(nèi)部PLL來產(chǎn)生模塊時鐘。

2.4 電源部分

系統(tǒng)提供5V電源輸入接口,通過電源轉(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。

對系統(tǒng)的上電順序是:先給內(nèi)核上電(1.35V),然后對PLL等模塊上電(1.8V)。即先通過TPS5430得到3.3V的電源,然后通過TPS62040DGQ產(chǎn)生1.35V,通過1.35V連接到另一片TPS62040DGQ的EN上1.8V,產(chǎn)生1.8V以后,通過開關(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

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

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,系統(tǒng)能實(shí)時的進(jìn)行編碼,解碼圖像畫面清晰流暢,沒有馬賽克以及動畫現(xiàn)象,沒有曝光過度、人像曝光不足、偏色、曝光和白平衡不準(zhǔn)確等問題,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、高清監(jiān)控系統(tǒng)、車載監(jiān)控領(lǐng)域有廣泛的市場前景。

 
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