DSP課程設(shè)計(jì)基于DSP的視頻監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、山東建筑大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書目 錄摘要ii1. 設(shè)計(jì)目的1 2. 設(shè)計(jì)要求2 3. 設(shè)計(jì)內(nèi)容3 3.1系統(tǒng)需求分析33.2 dm642的圖例43.3 視頻部分電路的設(shè)計(jì)4 3.3.1視頻編碼部分4 3.3.2視頻解碼部分53.4音頻部分電路的設(shè)計(jì)63.5 網(wǎng)絡(luò)接口電路的設(shè)計(jì)63.6 存儲(chǔ)器電路的設(shè)計(jì)63.6.1.sdram63.6.2.flash73.7 系統(tǒng)的應(yīng)用性能及前景分析7總結(jié)與致謝8參考文獻(xiàn)9附錄1視頻編碼部分電路圖10附2視頻解碼部分電路圖11附3音頻部分電路圖12附4網(wǎng)絡(luò)接口部分電路圖13附5存儲(chǔ)器電路圖14摘 要 視頻監(jiān)控近年來得到了迅速的發(fā)展,應(yīng)用范圍越來越廣

2、。隨著各種視頻信息處理技術(shù)的改進(jìn)和提高,視頻監(jiān)控從模擬視頻監(jiān)控進(jìn)入了數(shù)字監(jiān)控的時(shí)代,進(jìn)而進(jìn)入了嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控時(shí)代。嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有體積小、成本低、可靠性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn),在數(shù)字視頻監(jiān)控領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。 本文給出了一套采用ti 公司推出的一款多媒體專用芯片tms320dm642 構(gòu)建嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方案。以視頻編解碼硬件系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)為研究內(nèi)容,以tms320dm642 為核心,結(jié)合tvp5150 &saa7105 視頻編解碼芯片,設(shè)計(jì)了高性能的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。詳細(xì)說明了系統(tǒng)架構(gòu)以及視頻解碼、視頻處理、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、音頻接口、網(wǎng)絡(luò)接口幾個(gè)部分的設(shè)計(jì)并且給出了電路圖。最

3、后在此基礎(chǔ)上簡要介紹了系統(tǒng)的應(yīng)用前景以及功能擴(kuò)展。關(guān)鍵詞:dm642 ;視頻壓縮;視頻監(jiān)控;硬件電路設(shè)計(jì)151 設(shè)計(jì)目的 隨著安全意識(shí)的增強(qiáng)，監(jiān)控系統(tǒng)的需求逐漸增大。由于傳統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備通常是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和傳輸故而在安裝和使用上有很大的不便，其推廣受到很大的限制。針對(duì)這種情況，對(duì)于更加廉價(jià)、方便、快捷的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，就顯得越來越需要。在此基礎(chǔ)上。更是對(duì)視頻監(jiān)視系統(tǒng)的圖像視頻及音頻的處理力度上顯得越來越來需要清晰。本系統(tǒng)在這種需求的前提下，采用廉價(jià)的tms320dm624以及一些通用器件來實(shí)現(xiàn)圖像視頻及音頻的壓縮和傳輸。把攝像頭傳來的視頻及音頻信號(hào)數(shù)字化、壓縮處理后通過網(wǎng)絡(luò)傳到遠(yuǎn)程監(jiān)

4、控端。本設(shè)計(jì)完成視頻解碼、視頻處理、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、音頻接口、網(wǎng)絡(luò)接口幾個(gè)部分的硬件設(shè)計(jì)。具體的原理圖全部在附錄附上2 設(shè)計(jì)要求1根據(jù)已知參數(shù)對(duì)輸入信號(hào)特征進(jìn)行分析、需求分析，選擇確定dsp芯片型號(hào)、視頻采集芯片型號(hào)，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。2基本教學(xué)要求：每人一臺(tái)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)安裝ccs、protel等軟件。3 設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1系統(tǒng)需求分析 網(wǎng)絡(luò)安全dvr是一個(gè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)將模擬視頻和模擬音頻經(jīng)過數(shù)字化壓縮處理后，降低傳輸所需的帶寬和減少對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)的海量要求，這樣將為安全目的獲得的數(shù)據(jù)變成數(shù)據(jù)流在lan網(wǎng)絡(luò)上傳輸而不需要昂貴的同軸電纜。 同時(shí)，本設(shè)計(jì)要求完成視頻解碼、視頻處理、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、音頻接

5、口、網(wǎng)絡(luò)接口幾個(gè)部分的硬件設(shè)計(jì)。這就對(duì)整個(gè)的系統(tǒng)提出以下的要求。 （1）整個(gè)系統(tǒng)首先必須對(duì)視頻進(jìn)行采集。然后進(jìn)行處理。編碼壓縮。然后傳輸。最后在監(jiān)控端進(jìn)行解碼。（2） 在視頻傳輸?shù)耐瑫r(shí)必須同步的記錄下音頻的信號(hào)。并且在監(jiān)控解碼出完整的視頻信號(hào)的同時(shí)。必須有完整的音頻信號(hào)與之同步。（3） 音頻信號(hào)與視頻信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中。會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲。同時(shí)。監(jiān)控端若是在某個(gè)時(shí)候需要查看以前的監(jiān)控片段。這就涉及到視頻信號(hào)與音頻信號(hào)處理形成的數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存問題。（4） 在音頻信號(hào)與視頻信號(hào)編碼壓縮處理形成數(shù)據(jù)之后。必須通過網(wǎng)絡(luò)才能傳送到遠(yuǎn)程的監(jiān)控端。這里涉及到網(wǎng)絡(luò)接口部分的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)主要的需求的分析如上。 3.2

6、dm642的圖例3.3 視頻部分電路的設(shè)計(jì) 3.3.1視頻編碼部分 本系統(tǒng)采用了philip s 公司的saa7105h 作為本地回放的視頻編碼芯片。saa7105h 可以將數(shù)字視頻信號(hào)( itu - r b t. 656) 編碼成普通電視所能接收的n tsc 或pal 制式的復(fù)合電視信號(hào)(cvbs)。 saa7105h 還支持vga 輸出,通過i2c 總線對(duì)其內(nèi)部寄存器設(shè)置就可以實(shí)現(xiàn)不同的輸出。itu - r b t. 656 標(biāo)準(zhǔn)的ycb2cr4 :2 :2 格式數(shù)據(jù)從dm642的視頻口2 的數(shù)據(jù)管腳(vp2d2. . 9 ) 輸出,送到saa7105h 的pd0. .7 管腳上, 經(jīng)過數(shù)

7、模轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號(hào)并從cvbs1 、2 、3 中任何一個(gè)輸出。水平、垂直、場(chǎng)同步信號(hào)線按后面的電路所示分別和dm642視頻口2的3個(gè)控制線連上。具體的電路圖見附錄1。3.3.2 視頻解碼部分 為了能同時(shí)支持4 路視頻信號(hào)的采集,tms320dm642 的三個(gè)視頻口( video port 20bit) :視頻口2 (vp2) 用作視頻回放,視頻口0 和1(vp0 & vp1) 分別被分成2 個(gè)8bit 的視頻輸入接口,選用4 片視頻解碼芯片tvp5150 ,實(shí)現(xiàn)4 路的視頻采集功能。t vp5150 是ti 推出的一款超低功耗,支持自動(dòng)識(shí)別n tsc/ pal/ secam 制式的視頻解碼芯

8、片,具有價(jià)格低、體積小、使用方便的特點(diǎn) 。 ntsc/ pal/ secam 制式的模擬信號(hào)送到tvp5150 后,按照ycbcr 4 :2 :2 的格式轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào), 在本系統(tǒng)中以8bit 內(nèi)嵌同步信號(hào)的itu - r bt. 656 格式輸出。由于受到dm642 的1 個(gè)視頻口分成2 個(gè)8 bit 接口的限制, tvp5150 和dm642 的連接方式只能采用最簡連線的itu - r bt. 656 的方式(不需要水平、垂直、場(chǎng)同步信號(hào)線) 。其中you t 0 7 為tvp5150 的數(shù)據(jù)輸出管腳,與dm642 視頻口1 中的vp1d 2 9 管腳相連;時(shí)鐘同步信號(hào)pcl k與dm64

9、2 視頻口1 的vp1_cl k0 相連; scl 和sda作為i2c 接口的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線,分別與dm642的i2c 總線接口的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線相連; in terq/gpcl與dm642 的外部中斷7 相連。在設(shè)計(jì)視頻輸入模塊的時(shí)候需要注意的是: tvp5150 的i2c標(biāo)準(zhǔn)地址只有一位是可變的( 101110x1 , 其中的x) ,而在系統(tǒng)中用到了4 片tvp5150 。這樣必須要有2 條i2c 總線,每條上面掛2 片tvp5150 ,才能正確地對(duì)各tvp5150 分別進(jìn)行操作。而dm642自帶的i2c 總線只有一條,因此需要利用gpio (通用輸入輸出口) 模擬1 條i2c 總線。 tvp

10、5150的in terq/ gpcl 管腳需要和dm642 的外部中斷相連,在軟件上稍做處理,可以通過中斷解決攝像機(jī)插拔時(shí)出現(xiàn)的分屏現(xiàn)象。具體的電路圖見附錄2。3.4 音頻部分電路的設(shè)計(jì)對(duì)于音頻處理方面，本系統(tǒng)主要采用ti自家開發(fā)的tlv320aic23b編碼器，它一款高性能低功耗的立體聲音頻codec芯片，內(nèi)置耳機(jī)輸出放大器，支持mic和line in兩種輸入方式，輸入/輸出都具有可編程增益調(diào)節(jié)。aic23內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換（adc）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（dac）電路，輸出信噪比可分別達(dá)到90db和100db，可在8k96k的頻率范圍內(nèi)提供16/20/24/32位的采樣。 音質(zhì)較為純正，保真度高，高音

11、響亮，低音實(shí)凈。對(duì)與本系統(tǒng)的需求得到保證。對(duì)于音視頻的同步也能較好的控制。具體的電路圖見附錄33.5 網(wǎng)絡(luò)接口部分電路圖的設(shè)計(jì) dm642 中的pci、hpi 和emac 接口管腳是復(fù)用的。根據(jù)實(shí)際需要,本系統(tǒng)只采用了以太網(wǎng)接口(emac) 。通過dm642 的系統(tǒng)配置管腳mac_en 拉高,pci_en 拉低配置成emac 口使能4 。dm642 的emac提供了數(shù)據(jù)鏈路層的功能,所以只需要利用一塊物理層的網(wǎng)絡(luò)芯片。常用的單口100m/1000mbps高速以太網(wǎng)物理層接口器件主要有cbtd16210dggr、et1011c、cdce949、bcm5221kpt等，均提供mii接口和傳統(tǒng)9線制

12、網(wǎng)絡(luò)接口，可方便地與tms320dm6467接口。以太網(wǎng)物理層接口器件主要功能一般包括：物理編碼子層、物理媒體附件、雙絞線物理媒體子層、10base-tx編碼/解碼器和雙絞線媒體訪問單元等。 在該設(shè)計(jì)中，使用bcm5221kpt作為以太網(wǎng)的物理層接口。具體電路圖見附錄43.6 存儲(chǔ)器系統(tǒng)部分電路圖的設(shè)計(jì) 3.6.1 sdramdm642 芯片內(nèi)部只集成了256 k 的sram ,需要在外部存儲(chǔ)器接口( emif) 上擴(kuò)展存儲(chǔ)空間。鑒于dm642 的emif 在ce0 空間提供了1g、64 bit 的sdram 接口總線( 無縫連接) , 本系統(tǒng)采用了2 片32 bit 的mt48lc4m32b

13、2 - 6sdram 芯片(為了符合64 bit 的接口,必須采用2片32 bit 的sdram) ,在片外擴(kuò)展32 mbyte 的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間。sdram 工作的最高頻率為133mhz ,為保證信號(hào)完整性,需要串接33 的匹配電阻降低傳輸線上的信號(hào)反射干擾; pcb 布線的時(shí)候要注意同步信號(hào)線的等長,以保證同步信號(hào)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以幾乎同時(shí)到達(dá)?？紤]到pcb 版的頂層、底層與中間信號(hào)層的阻抗不一樣,傳輸時(shí)延不一樣 ,sdram 的數(shù)據(jù)線和地址線都被設(shè)計(jì)在中間的信號(hào)層。3.6.2 flash本系統(tǒng)采用8 mbyte 的am29lv640mt 映射到ce1 的低地址空間,用來存儲(chǔ)程序,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

14、的自啟動(dòng)。dm642 的ce1 空間被配置成8 bit寬,以適應(yīng)自啟動(dòng)要求。8 mbyte 的存儲(chǔ)空間需要23 根地址線來尋址,而dm642 的emif 口可用地址線只有20 條。本系統(tǒng)通過3 根gpio 口線模擬地址線來解決這個(gè)問題,實(shí)現(xiàn)flash 的頁選。系統(tǒng)boo t loadin g 時(shí),先從第一頁拷貝1 k的啟動(dòng)代碼到dm642 ,完成芯片初始化,然后控制3 根gpio 口線的組合完成余下代碼的導(dǎo)入。具體的電路圖見附錄5。3.7系統(tǒng)的應(yīng)用性能和前景分析 tms320dm642 是ti 推出的一款專門面向多媒體應(yīng)用的dsp , 具有超強(qiáng)的單核處理能力和豐富的外圍接口, 其應(yīng)用將會(huì)越來越

15、多。本文介紹的基于tms320dm642 設(shè)計(jì)的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有體積小、成本低、穩(wěn)定性高、可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn), 可同時(shí)支持監(jiān)控、壓縮4 路視頻信號(hào),通過以太網(wǎng)傳輸,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警,并經(jīng)cdma 發(fā)送可疑圖像等功能。該硬件系統(tǒng)已在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。 在dm642 中還可以加入人數(shù)統(tǒng)計(jì)算法,甚至人臉識(shí)別算法, 實(shí)現(xiàn)更深程度的智能監(jiān)控。也可作為圖像算法的實(shí)現(xiàn)平臺(tái),與arm 操作系統(tǒng)相結(jié)合,增加對(duì)硬盤的操作,實(shí)現(xiàn)本地視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ),進(jìn)一步降低監(jiān)控成本?？偨Y(jié)與致謝本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是基于dsp的網(wǎng)絡(luò)安全視頻監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，初次做這個(gè)的時(shí)候，還是感覺力不從心，始終是第一次做這種東西。但是慢慢的熟悉之后，

16、直到自己做出來之后，還是很欣慰的。對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)來說。增加了很多家庭和公共場(chǎng)合的安全性是勿容置疑的，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，信息話社會(huì)的今天這個(gè)東西。我感覺對(duì)于當(dāng)今的社會(huì)是必須的。但是。在這里，又不可避免的涉及到一個(gè)關(guān)于隱私的問題，因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)在監(jiān)控某些地方的時(shí)候，是同步傳送視頻及音頻信號(hào)的。在不久的將來?？赡苓€會(huì)出現(xiàn)人臉識(shí)別。并不是每個(gè)人都是喜歡他的吧。特別是對(duì)于那些非常關(guān)注自己隱私的人。通過本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)dsp的書本上的很多知識(shí)得到了的掌握和理解，鞏固了我在dsp原理及應(yīng)用課程中所學(xué)的基本理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，使我對(duì)dsp原理及應(yīng)用課程有了更深入的了解，特別是對(duì)于tms320d642這個(gè)芯片的認(rèn)

17、識(shí)，有了更進(jìn)一步的提高，同時(shí)，也進(jìn)一步激發(fā)了我對(duì)所學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣；提高了我的實(shí)際操作能力。這一切的一切。與我的平時(shí)上課的高老師的生動(dòng)的講學(xué)是分不開的。在此深深的感謝他。同時(shí)，我們的輔導(dǎo)老師，張君捧老師給予了我熱心的幫助和大力的支持，給我提了諸多的寶貴意見，拓寬了我的思路。在此我向老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！ 在我的學(xué)習(xí)過程中，也還有其他的同學(xué)和其它也給了我耐心的指導(dǎo)和幫助。我在此對(duì)各位老師表示誠摯的感謝！參考文獻(xiàn)1楊磊等.閉路電視監(jiān)控系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社，1999年5月2李波等.數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)一多雙眼睛看世界.北京航空航天大學(xué)，2000年7月3謝建國，陳松喬.視頻存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展綜述.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002年第9期4薛金柱，張培強(qiáng)，沈蘭蓀.基于dsp的低速率視頻傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì).測(cè)控技術(shù)，2002年05期5習(xí)惠新標(biāo)，董永強(qiáng).數(shù)字化視頻多合一監(jiān)視設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).電視技術(shù)，2002年03期6張曉輝，李勇.對(duì)數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)的分析與展望.電視技術(shù)，2002年02期7李在銘等.數(shù)字圖像處理壓縮與識(shí)別技術(shù).電子科技大學(xué)出版社，2000年11月8馬小虎，張