基于Hi3531的高清跟蹤攝像機的硬件設計

崔彥彬

摘要：隨著信息化快速的發展，高清跟蹤攝像機得到普遍應用，受政策的影響，教育錄播市場在近些年得到蓬勃發展，人們對高清攝像機的需求也有了很大的增長。本文基于華為海思的Hi3531處理器，設計了新一代的高清跟蹤攝像機，并詳細分析了系統硬件方案。通過實際的樣機驗證，證明了該方案的優越性、可行性。

關鍵詞：Hi3531 高清 跟蹤 攝像機

中圖分類號：TN919.81 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0157-01

1 前言

本文提出了一種基于Hi3531為核心的高清跟蹤攝像機的硬件方案，該方案同時集成了兩個高清攝像頭，能夠完成2臺傳統攝像機的工作，大大簡化了系統方案。

2 高清跟蹤攝像機的系統方案設計

高清跟蹤攝像機主要由以下幾個部分構成：高清圖像采集模塊、圖像處理與智能分析控制模塊、高清圖像輸出模塊、音頻輸入輸出模塊、云臺控制模塊、對外接口以及電源模塊等。高清圖像采集模塊包含2種高清視頻來源，分別拍攝特寫圖像和全景圖像；圖像處理與智能分析控制模塊完成圖像的分析并智能確定拍攝目標的位置、發出準確的跟蹤命令；云臺控制模塊接受跟蹤命令，實現具體的跟蹤動作；音頻輸入輸出模塊采集用于聲音的采集與播放；高清圖像輸出模塊用于輸出兩路高清圖像，對應于兩路采集模塊的視頻來源；電源模塊為整個系統的各個部分提供能量[1]。

3 高清跟蹤攝像機的主要硬件設計

高清跟蹤攝像機的硬件設計是以Hi3531為核心進行的，包括多個硬件模塊，如Hi3531最小系統、高清采集部分、音頻部分、高清輸出部分、接口部分、云臺控制部分、接口部分、電源部分[2]。

3.1 Hi3531最小系統設計

Hi3531最小系統主要包括DDR3內存、FLASH和電源部分。Hi3531擁有2個DDRC控制器，支持DDR3標準接口，最高總線頻率為620Mhz。在本設計中，選用了SAMSUNG公司的4片K4B2G1646Q內存，總1GB的內存容量。Hi3531支持從SPI FLASH進行引導，在本設計中，采用了SPANSION公司的S25FL128P0XMFI011存儲器。

3.2 高清采集部分的硬件設計

高清跟蹤攝像機的采集模塊包含2個高清視頻來源，一個為標準的高清機芯模組，一個為使用高清SENSOR和圖像處理芯片自行構建的高清模塊。本設計中采用的高清機芯模組是SONY公司的FCB-EH6300，它輸出的是LVDS信號，而Hi3531只支持BT.1120數據輸入，故本設計中添加了一顆LVDS轉換芯片THC63LVD104C。THC63LVD104C是THINE公司開發一款LVDS接收器，它可以將LVDS信號轉換為最高35bit的CMOS/TTL信號輸出。自行構建的高清模塊采用了高清CMOS傳感器MN34041、高性能的ISP處理器NVP2421，該模塊將圖像數據經處理后轉換為BT.1120數據，送到Hi3531進行后續分析使用。MN34041是PANASONIC公司一款高清CMOS傳感器，具有200萬像素，像元尺寸2.75um。NVP2421是NEXTCHIP公司開發的一款高性價比和高性能的ISP處理器，支持3A處理、WDR和圖像增強等功能。

3.3 音頻輸入輸出部分的硬件設計

高清跟蹤攝像機的音頻包括1個LINE輸入和2個LINE輸出，用于拍攝現場的聲音采集和播放。該模塊采用了TI公司的TLV320AI

C3101芯片，與Hi3531通過I2S總線進行連接。TLV320AIC3101是TI開發的一款低功耗的立體聲音頻編解碼器，它擁有高達102dB的信噪比，能夠逼真的還原現場的聲音。

3.4 高清輸出部分的硬件設計

高清跟蹤攝像機有2個高清輸出接口，均為SDI接口。SDI是美國電源與電氣工程協會SMPTE定義的視頻標準接口，它提供了一種無損的視頻編碼方式[3]。Hi3531提供了一個BT.1120輸出接口和一個HDMI輸出接口。BT.1120輸出信號可以通過GV7600轉換為SDI信號；HDMI輸出的視頻信號需要先轉換為BT.1120信號，然后再通過GV7600轉換為SDI信號。GV7600是GENNUM公司開發的一款SDI 發送芯片，支持多種SDI信號發送，包括SD-SDI、HD-SDI和3G-SDI。

3.5 云臺控制部分的硬件設計

高清跟蹤攝像機的云臺部分是系統非常重要的部分，在本設計中，該功能主要由MCU STM32F103控制電機驅動芯片TMC5031來實現。STM32F103是ST公司基于Cortex-M3開發一款高性能的MCU控制器，主頻最高72Mhz，最高有512K的FLASH容量，外設接口豐富，有完整的開發資源。在本設計中，MCU控制器接收來自Hi3531的運動控制命令，通過電機驅動芯片TMC5031控制電機的平穩運行，實現系統的跟蹤功能。

3.6 接口部分的硬件設計

高清跟蹤攝像機的對外接口主要有電源接口、網絡接口、SDI接口、RS232接口、RS485接口以及音頻接口。RS232、RS485由STM32F103進行控制，經過接口驅動后與外部系統進行通信。網絡接口由Hi3531直接進行控制，實現網絡控制和網絡視頻流的傳輸。

3.7 電源部分的硬件設計

高清跟蹤攝像機的電源采用12V電源輸入，內部生成1.0V、 1.5V、1.8V、3.3V等電源，這些電源均由12V經過DC-DC轉換電路生成。為了系統的穩定運行，DC-DC電路均經過了仿真設計，確保電源電壓的紋波小于5%。

4 結語

根據教育錄播系統演化的發展趨勢，本文以Hi3531為核心，提出了一種高清跟蹤攝像機的硬件設計方案。通過實際的樣品測試，新的高清攝像機在拍攝跟蹤、成本控制、系統集成上均表現出了明顯的優勢。

參考文獻

[1]周晶晶.國家精品課程建設的現狀、問題與對策—以教育類國家精品課程為例[D].浙江師范大學，2009.

[2]張志剛.高校課堂網絡實時錄播系統設計與實現[D].河北科技大學，2014.

[3]董素玲，王真.HDMI到HD—SDI接口轉換在高清視頻系統中的應用[J].徐州建筑職業技術學院學報，2011（2）.