基于TMS320DM643的視頻監(jiān)控系統(tǒng)電路模塊設(shè)計(jì) - 全文

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，視覺監(jiān)控系統(tǒng)得到了很大的普及，特別是在911事件后，全世界都加強(qiáng)了反恐意識(shí)，飛機(jī)場(chǎng)，銀行，停車場(chǎng)，超市等公共場(chǎng)所被安放了大量的監(jiān)控設(shè)備，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行全天候的監(jiān)控。但是，實(shí)時(shí)視頻的處理對(duì)系統(tǒng)有著嚴(yán)格的要求，特別是是常見的處理中總包含這大量的乘加法等運(yùn)算，而且視頻總是有著多種格式和特殊的顯示要求，故實(shí)時(shí)的視頻處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無論是在硬件上還是軟件上都具有更高更嚴(yán)的要求?；诖吮疚奶岢隽艘环N基于DM643的嵌入式實(shí)時(shí)視頻處理系統(tǒng)，DM643具有DM642的功能，并且價(jià)格更便宜。

　　以TMS320DM643為核心，結(jié)合視頻編解碼芯片等設(shè)計(jì)了高性能的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。詳細(xì)說明了視頻處理的相關(guān)核心硬件結(jié)構(gòu)；及其在動(dòng)態(tài)圖像序列背景中， 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別與跟蹤的軟件設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)采用DM643對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過實(shí)際應(yīng)用證明該方案具有高速視頻輸入輸出能力，為視頻編解碼算法開發(fā)、 視頻處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)搭建了高性能的平臺(tái)。

　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)是以DSP控制模塊為核心，由存儲(chǔ)模塊、視頻輸入模塊、視頻輸出模塊、通訊模塊以及電源模塊等構(gòu)成。

　　視頻編、解碼電路模塊

　　視頻解碼模塊的主要功能是將從攝像頭采集來的PAL/NTSC復(fù)合視頻信號(hào)進(jìn)行采樣、量化得到任意分辨率的數(shù)字信號(hào)，為DM643提供視頻流。視頻解碼器選用的是TI公司的TVP5150視頻解碼芯片。該芯片是一個(gè)高性能數(shù)字視頻解碼器，可以將NTSC/PAL制模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成BT.656格式的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻信號(hào)（YUV4:2：2）。下面是視頻解碼的濾波部分電路圖：

　　圖2 濾波電路圖

　　視頻解碼器TVP5150視頻信號(hào)輸入范圍為0.75Vpp，而外部視頻信號(hào)輸入范圍一般為1Vpp，所以外部視頻輸入與TVP5150視頻輸入之間串接到地分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)到TVP5150所需的輸入電平。DM643支持標(biāo)準(zhǔn)的BT.656格式的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流的輸入格式，能與TVP5150的視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行無縫連接。

　　串行通信電路模塊

　　該模塊實(shí)現(xiàn)的功能是DSP芯片通過異步串行總線RS-485向機(jī)械控制電路（云臺(tái)）發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)攝像頭的自動(dòng)跟蹤。該系統(tǒng)采用的是TL16C752通用異步收發(fā)器UART，它采用8位異步并行存儲(chǔ)器接口，并采用+3.3V電源供電，可以與DM643的外部存儲(chǔ)器接口（EMIF）直接連接。

　　圖4 串口連接圖

　　網(wǎng)絡(luò)接口電路模塊

　　DM643上HPI和EMAC是復(fù)用的，這里根據(jù)系統(tǒng)需要只用了EMAC（以太網(wǎng)媒體訪問控制器）。其中EMAC+MDIO用于為以太網(wǎng)物理層（PHY）器件提供接口，其中EMAC為接口以太網(wǎng)PHY提供數(shù)據(jù)通路，MDIO為接口以太網(wǎng)PHY提供管理信息通路。即EMAC控制PHY與DSP之間的數(shù)據(jù)包的交換，MDIO控制PHY的配置與狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)。

　　圖5 網(wǎng)絡(luò)接口

　　電源電路模塊

　　本系統(tǒng)采用TPS54310的專用電源芯片，輸入為5V，輸出為1.4V和3.3V，分別給DSP內(nèi)核和I/O端口供電，產(chǎn)生另外一個(gè)3.3V給視頻編解碼及其他芯片供電。注意這兩個(gè)3.3V電源要分開設(shè)計(jì)，以免電源噪聲相互干擾。把1.4V模塊的電源輸出有效引腳PG連接到3.3V模塊的允許電壓輸入引腳EN。這樣，只有當(dāng)1.4V電壓有效之后，3.3V電壓才開始上電，這就保證了DM643的內(nèi)核電壓先于I/O電壓上電。下面是產(chǎn)生1.4V的電路。

　　圖6 電源部分電路圖

　　本文根據(jù)成本、運(yùn)算量等要求，合理選擇了TMS320DM643作為主處理芯片，以相位相關(guān)配準(zhǔn)算法為核心算法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)圖像識(shí)別系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、全面，通過串口能夠控制云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)時(shí)的追蹤目標(biāo)，提高監(jiān)控的效果。顯示部分能夠?qū)崟r(shí)的觀察到圖像，網(wǎng)口的設(shè)計(jì)也能夠通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。本文描述了一個(gè)完整的視頻處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和擴(kuò)展性，可以作為核心模塊應(yīng)用到各種高性能的視頻系統(tǒng)中。