基于DM642的視頻音頻監控系統設計

摘 要：為實現視頻音頻數據的實時采集傳輸，提出了一種基于DM642的視頻音頻監控系統的設計方案。硬件上，利用DM642豐富的外設資源，完成了視頻輸入、輸出模塊，音頻輸入輸出模塊和以太網接口模塊的設計。軟件上，基于DSP/BIOS實時操作系統，實現對視頻音頻數據的管理和控制，并構建Web服務器，用戶可通過瀏覽器訪問系統，實現遠程監控。測試結果表明，該系統性能穩定，符合設計要求。

關鍵詞：DM642; 視頻音頻監控; 以太網; DSP/BIOS

中圖分類號：

TN722-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)19

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Design of Video and Audio Surveillance System Based on DM642

CHEN Hong-fei， SONG Sheng-jin， XU Yong-hui

(Automatic Test and Control Institute， Harbin Institute of Technology， Harbin 150001， China)

Abstract： In older to realize real-time acquisition and transmission of video and audio data， a video and audio surveillance system based on DM642 is proposed. In this system， the hardware modules of video input and output interface， audio input and output interface and Ethernet interface were designed by the rich resources of DM642. The software was developed based on DSP/BIOS real-time operating system， which achieved the management and control of video and audio data. The WEB server was also designed in the DSP， which achieved network transmission and remote surveillance. Test results show that the system works stable and meets the needs of design.

Keywords： DM642; video and audio surveillance; Ethernet; DSP/BIOS

隨著技術的發展，視頻音頻監控系統的應用領域越來越廣。目前，傳統的視頻音頻監控系統多存在著諸如體積大、容量小、實時性差、穩定性低等缺點，在工業或軍事等復雜環境下應用極為不便，應用場合受到很大的限制［1］。TI公司推出的TMS320DM642是一款針對數字視頻應用的高性能DSP芯片，具有10/100 Mb/s以太網接口［2］。本文基于DM642給出了一種視頻音頻監控系統的設計方案，具有本地及遠程視頻音頻監控能力。該設計方案具有體積小、成本低、可靠性高、使用方便等優點，具有較高的研究價值和廣泛的應用前景。

1 硬件設計

根據設計要求，本文提出了基于TMS320DM642為核心的結構設計：包括視頻輸入輸出模塊、音頻輸入輸出模塊、網絡接口模塊?？傮w結構如圖1所示。

主處理器DM642是TI公司的一款32位定點的高性能DSP，片上帶有豐富的視頻音頻硬件資源，具有網口、PCI接口、I2C接口、串行口等多種接口，可廣泛用于視頻、音頻、網絡、信號處理等領域。DM642的主頻可達720 MHz，每秒可執行指令數5 760 MIPS。它的EMIFA接口數據總線寬度為64位，最高數據存取頻率為133 MHz，可直接與異步寄存器及同步寄存器無縫連接。

圖1 系統結構圖

DM642通過EMIFA接口外擴存儲器時，使用CE0-CE3信號作為空間片選信號。DM642外部擴展兩片MT48LC2M32芯片，共4M×64位SDRAM空間，使用CE0引腳為片選信號，外部存儲區地址范圍為0x80000000~0x8007FFFF，作為數據緩存空間。外部擴展一片1M×8位FLASH，使用CE1引腳為片選信號，外部存儲區地址范圍為0x90000000~0x9001FFFF，作為程序存儲空間。

1.1 視頻輸入、輸出模塊的設計

DM642集成了3個可獨立配置的視頻口VP0~VP2，非常適合于圖像處理系統方面的應用［3］。本設計中，將DM642的VP0口配置為視頻輸入模式，VP2口配置為視頻輸出模式［4］。硬件電路如圖2所示。

圖2 視頻輸入、輸出硬件電路圖

視頻解碼器選用PHILIPS公司的SAF7113H。SAF7113H是一款低電壓、低功耗、小體積的視頻解碼芯片，支持NTSC，PAL，SECAM制式的視頻輸入，輸出為8 b ITU-RBT.656 YCrCb 4∶2∶2的視頻數據流［5］。SAF7113H可以通過I2C接口配置內部寄存器，默認讀/寫地址為4BH/4AH，當引腳HRTS0接地時，讀/寫地址為49H/48H。

視頻編碼芯片采用ADV7179，支持NTSC制式和PAL制式視頻編碼［6］。DM642通過I2C接口配置編碼芯片ADV7179內部寄存器，ADV7179的設備地址由ALSB引腳的狀態決定。本設計中，ALSB為低電平，讀/寫地址為55H/54H。

1.2 音頻輸入、輸出模塊的設計

DM642的McASP接口可用于多通道音頻處理，進行音頻數據的接收和發送［7］。音頻編解碼器采用TI公司的TLC320AIC23B，它是一款高性能低功耗雙聲道立體聲的音頻編解碼器芯片，集成了基于Sigma-delta采樣技術的A/D解碼電路和D/A編碼電路，支持麥克風輸入、立體聲輸入和立體聲輸出，輸入、輸出增益可編程，片上帶有耳機功率放大器。DM642與AIC23B芯片的電路連接如圖3所示。

圖3 音頻輸入、輸出電路圖

AIC23B芯片的控制端口支持SPI協議和I2C協議，兩類接口的選擇由引腳MODE狀態決定。本設計中，引腳MODE接地，DM642通過I2C接口對音頻編解碼器TLC320AIC23B進行參數配置。TLC320AIC23B芯片的I2C設備地址由引腳CS選定，當引腳CS接地時，TLC320AIC23B的設備地址為0011010。I2C總線選擇7位地址的尋址方式，由于AIC23B的寄存器只有寫操作，沒有讀操作，因此，I2C通信協議每個字前7位為寄存器地址，后9位為寄存器內容。

1.3 網絡接口模塊的設計

DM642帶有一個EMAC接口，符合IEEE 802.3協議，具有8個獨立的發送與接收通道，支持10 Mb/s或100 Mb/s模式［8］。本設計中，采用Intel公司專門開發的一款以太網收發器LXT971A。LXT971A采用先進的CMOS工藝，只需一個3.3 V的單電源供電，其MII接口(獨立多媒體接口)可與DM642的EMAC接口直連。LXT97IA的4路信號TD+，TD-，RD+，RD-經過網絡變壓器轉化后接到RJ 45連接器上。模塊結構如圖4所示。

圖4 網絡接口模塊結構圖

2 軟件設計

TI公司為TMS320C6000系列DSP開發了一個功能豐富、用戶可剪裁的實時多任務操作系統DSP/BIOS，并提供了網絡工具開發包NDK，工具包提供了HTTP服務，為快速開發網絡應用提供了解決方案。DSP/BIOS提供了許多豐富的內核服務，用戶可以使用DSP/BIOS快速建立實時性要求高且精細復雜的多任務應用程序［9］。

本設計的軟件編寫在集成開發環境CCS (C6000)中完成，利用TI公司提供的算法對數據進行處理，實現對音頻、視頻數據的管理和控制，并在DSP內部構建Web服務器，用戶在PC端可通過瀏覽器訪問系統，實現遠程監控。

由于DSP/BIOS為多任務操作系統，將整個系統的處理分為3個部分：音頻采集與處理任務、視頻采集與處理任務、HTTP服務任務。軟件的整體流程如圖5所示。

系統上電后，從FLASH加載引導程序，完成對DM642的初始化，并對視頻解碼芯片SAF7113、編碼芯片ADV7179和音頻編解碼器AIC23B進行參數配置。DSP/BIOS啟動后，在主線程中加載網絡工具開發包NDK，配置系統IP地址、子網掩碼和默認網關等信息，然后動態創建音頻、視頻采集與處理任務，并使能HTTP服務［10］。

圖5 系統主流程圖

Web服務器的處理流程如圖6所示。系統網頁設計采用HTML語言，在系統啟動時將主頁加載到RAM，用戶在PC端通過瀏覽器輸入系統IP地址，Web服務器返回系統的主界面。網頁和服務器之間的數據交互是通過表單的形式，CGI處理程序提取表單中的有用信息，實現對系統IP信息的配置、視頻音頻編解碼芯片的參數配置等，并將視頻音頻編碼后的實時數據以表單的形式傳輸至用戶瀏覽器，實現系統的遠程監控功能。

圖6 Web服務器處理流程圖

3 系統測試

在集成開發環境CCS(C6000)下，加載相關驅動程序，對本系統進行了測試。CCD攝像頭為標準PAL制式，圖像采集的幀頻為25幀/s，圖像的分辨率為720×576像素。測試結果如圖7所示。測試結果表明，網絡連接正常，用戶在PC端可通過瀏覽器訪問系統，成功實現遠程監控。

圖7 系統測試結果

4 結 語

基于DM642設計了一個切實可行的視頻音頻監控系統，實現了視頻音頻數據的實時采集和傳輸，可應用于遠程監控、語音識別、視頻電話、數字電視等相關領域。測試結果表明，該系統性能穩定，具有較高的研究價值和廣泛的應用前景。

參 考 文 獻

［1］徐婉瑩，劉建軍，黃新生.基于CPLD和DSP的高速圖像采集技術研究［J］.電子工程師，2004，30(6):48-50.

［2］王躍宗，劉京會.TMS320DM642 DSP應用系統設計與開發［M］.北京:人民郵電出版社，2009.

［3］Texas Instruments. TMS320DM642 video/imaging fixed-point digital signal processor \\. America: Texas Instruments， 2004.

［4］張海濤，蔡文寰，董有爾.基于DM642的圖像處理系統設計及應用［J］.現代電子技術，2008，31(12):125-130.

［5］PHILIPS. SAF7113H 9-bit Video input processor \\. \\: PHILIPS， 2000.

［6］Analog Devices. Chip scale PAL/NTSC video encoder with advanced power management ADV7174/ADV7179 \\. \\: Analog Devices， 2004.

［7］Texas Instruments. TMS320C6000 DSP multichannel audio serial port (McASP) reference guide \\. America: Texas Instruments， 2004.

［8］Texas Instruments. TMS320C6000 DSP ethernet media access controller (EMAC)/management data input/output(MDIO) module reference guide \\. America: Texas Instruments， 2004.

［9］李方惠，王飛，何佩琨.TMS320C6000系列DSPs原理與應用［M］.北京:電子工業出版社，2003.

［10］Texas Instruments. TMS320C6000 TCP/IP network developer′s kit(NDK) programmer′s reference guide \\. America: Texas Instruments， 2004.