關鍵詞： DM642 , TMS320 , 處理系統(tǒng) , 視頻

近年來，DSP技術不斷進步和發(fā)展，現有的高端通用DSP芯片，如TI公司的C6000系列，已具有最高可達5760MIPS的處理能力，廣泛應用于雷達、移動通信基站等大運算量、高實時性的信號處理領域，同樣也完全可以滿足諸如視頻處理等多媒體應用的要求。
　　但是隨著視頻監(jiān)控市場的飛速擴大，目前市面上的一些視頻監(jiān)控系統(tǒng)缺點逐漸顯現，包括成本高昂、路數少、實時性差以及畫質不佳，且由于不同場合監(jiān)控需求不一樣使得用戶對監(jiān)控產品的靈活性和針對性提出了更高的要求。本設計采用TI公司的TMS320DM642多媒體處理芯片作為主控芯片，將成本控制在可行范圍內，并且充分利用芯片內核的高速處理能力保證監(jiān)控系統(tǒng)實時性，是一種兼顧成本及監(jiān)控質量的好方法。
　　TMS320DM642(以下簡稱DM642)是TI公司于2002年推出的一款專門為數字媒體應用設計開發(fā)的32-bit定點DSP芯片，具備高性能的C64x數字信號處理器內核外且集成了豐富的外設資源，如可配置的音視頻接口、以太網MAC控制器、JATG仿真器接口等。
　　圖1為整個系統(tǒng)的結構框圖。以DM642為核心，主要包括視頻模塊、存儲模塊、通信模塊以及其他外圍電路部分。視頻模塊由四塊編碼器芯片和一塊解碼器芯片組成，采用切換方式以支持四路復合視頻輸入和一路視頻輸出顯示;存儲模塊通過DM642的EMIF接口擴展片外存儲器SDRAM和FLASH，并通過CPLD控制FLASH片內分頁寄存器的讀寫;通信模塊部分利用CPLD控制并口傳輸模式，實現時序邏輯以及數據傳輸，使整個系統(tǒng)作為從設備接受主設備控制以完成特定的圖像處理運算等。

　　系統(tǒng)硬件架構
　　電源管理模塊
　　DM642工作頻率為600MHz，采取雙電源供電方式：CPU內核電壓+1.4V，電流793mA;外圍I/O電壓+3.3V，電流165mA。這兩個獨立電壓在供電時需要嚴格按照順序進行，保證內核電源先上電，最晚也應當與I/O電源同時上電，避免對芯片造成危害。
　　電源芯片，采用TI公司的高性能電源轉換芯片TPS54310，它利用電路板上5V電源驅動兩個線性穩(wěn)壓模塊，經過兩路電壓轉換生成所需的+1.4V及+3.3V電壓，精度達1%。
　　上電過程中，在內核電壓和I/O電源達到要求的電壓之前需確保系統(tǒng)時鐘處于復位狀態(tài)，以避免產生不受控制的狀態(tài)。因此采用TI公司的電源檢測芯片TPS3823-33，它能夠對系統(tǒng)使用最多的+3.3V電壓進行監(jiān)測，并且允許系統(tǒng)中各芯片在任意時刻通過復位來調整工作狀態(tài)。
　　時鐘電路
　　為了降低片外時鐘頻率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，在設計DSP系統(tǒng)時應盡量使用DSP片內鎖相環(huán)(PLL)。在本設計中選用外部50MHz的時鐘源，經過PLL進行12倍頻后得到CPU所需的600MHz主頻。在本設計中，采用1/4CPU時鐘為ECLKIN提供150MHz的時鐘，并通過ECLKOUT1引腳將時鐘提供給SDRAM的CLK引腳。
　　整個系統(tǒng)中使用到的時鐘頻率還有視頻編解碼芯片的14.31818MHz時鐘，它與DSP主時鐘一樣都采用外部有源晶體振蕩器。
　　外部存儲器
　　本系統(tǒng)主要用于視頻圖像處理，在處理過程中會產生海量數據，而DM642片內最多僅有256KB容量的RAM，所以必須擴展大容量的外部存儲器才能夠滿足數據處理的需要。
　　本設計采用兩片Hynix公司的HY57V283220T(4M×32bit)SDRAM芯片構成64bit外部RAM空間;采用一片AM29LV033C(4M×8bit)FLASH芯片構成外部ROM空間。將上述兩片SDRAM芯片并聯構成64-bit位寬、32MB大小的存儲空間映射到配置為同步動態(tài)存儲器接口、64bit位寬的CE0子空間。
　　視頻通路模塊
　　本設計中將DM642的3個視頻端口VP0\VP1\VP2均設置為8-bitBT.656模式，其中VP0和VP1采用單通道方式，將通道A用于視頻采集;VP2采用雙通道方式，通道A和B均用于視頻采集。因此，最多可以同時采集4路模擬視頻信號。在BT.656視頻捕獲模式下，FIFO空間總共為2560KB且如下分配：1個1280Byte的FIFO專用于存儲Y采樣數據;2個640Byte的FIFO分別用于存儲Cb和Cr數據。
　　采用4片飛利浦公司的SAA7113解碼芯片來實現4路模擬視頻輸入的轉換。SAA7113支持6路復合視頻信號CVBS或1路S端子(S-Video)輸入，輸出為帶離散同步信號的8bit4：2:2YCbCr格式或者帶內嵌同步信號的8bitBT.656格式的數字視頻信號。
　　在視頻回放部分，編碼器選用1片飛利浦公司的SAA7121，其可將數字亮色信號(YUV)或數字RGB信號等數據轉換成CVBS，S-VIDEO，RGB等模擬信號輸出，支持PAL/NTSC制式，并且支持VGA及高清晰HDTV輸出。
　　編解碼器與DM642的引腳連接圖如圖2所示。

　　DM642中的IIC接口不支持高速模塊[2]，因此在本設計中所使用的IIC總線速率最高為400kbit/s。本設計中采用了TI的4bit 2選1切換器SN74CBT3257使DM642可以每次選擇接收一組IIC數據。由于SAA7113只能配置兩個不同的設備地址，一條I2C總線中不能同時連接4個SAA7113，因此須將IIC總線切分成IIC0和IIC1。具體連接方式見圖3。

　　軟件設計
　　設置DM642內部模塊的配置參數，包括VPort視頻端口參數配置，SDRAM及FLASH寄存器配置;IIC總線參數配置;編解碼芯片內部寄存器配置等。
　　系統(tǒng)上電初始化，DM642通過內部軟件模擬IIC總線時序，配置好SAA7113內部寄存器，設置其工作方式;之后DM642向CPLD發(fā)送采集指令，雙方通過HOLD、HOLDA握手信號，實現總線控制交接，此時CPLD獲得總線控制權，然后打開SAA7113的輸出，對采集到的視頻數據進行寫控制;當一幀視頻數據寫入SDRAM幀緩存器后，CPLD關閉SAA7113視頻輸出，放棄總線控制權，并發(fā)送中斷信號給DM642;DM642重新獲得控制權后，對采集到的視頻數據使用特定算法進行圖像處理，并將處理后的視頻數據緩存在SDRAM中，同時配置SAA7121內部寄存器，設置其工作方式，此時將SDRAM中緩存的圖像數據送入SAA7121進行D/A轉換，并經過并口送VGA顯示器進行圖像顯示;DM642在圖像處理完畢后即重新發(fā)出開始采集命令，進行下一幀數據的采集。
　　系統(tǒng)應用
　　本設計在參考評估板的基礎上，即成功裁減了冗余功能又保證了所需功能，大大降低了成本，節(jié)省了資源。本系統(tǒng)已應用在某法庭監(jiān)控系統(tǒng)中(見圖4)。其中攝像頭1為被告席視頻監(jiān)控攝像頭，攝像頭2、3分別為公訴人及辯護人監(jiān)控攝像頭，攝像頭4為法官席監(jiān)控攝像頭。數字監(jiān)控平臺可置于書記席處便于實時操作。整套系統(tǒng)建立在本視頻處理系統(tǒng)設計之上，兼顧了成本與監(jiān)控質量，已成功達到預期效果。

　　目前，業(yè)內主流還是基于CIF分辨率的視頻監(jiān)控，今后高分辨率D1的監(jiān)控記錄以及采用H.264技術的編碼壓縮產品的市場需求將逐漸增加，給算法優(yōu)化及處理器性能提升提出了新的課題，這將是下一步關注的重點。
　　結語
　　整套系統(tǒng)充分利用了DM642的高速數據處理能力，其優(yōu)點在于成本較低且具有較強的通用性和可擴展性。隨著視頻監(jiān)控應用的快速發(fā)展，人們對圖像質量以及實時處理的要求也會越來越高?；贒M642的嵌入式視頻處理系統(tǒng)一定會越來越多地應用于多媒體數字信號處理領域，在工業(yè)應用及民用領域發(fā)揮越來越大的作用。