達芬奇架構(gòu)在智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

司翠平

摘 要：該文介紹了達芬奇架構(gòu)的技術(shù)特點，研究了基于達芬奇技術(shù)搭建嵌入式系統(tǒng)的一般方法以及一些關(guān)鍵技術(shù)，提出了達芬奇架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)在智能監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用方案，闡述了利用基于達芬奇架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)智能監(jiān)控的流程和方法。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 達芬奇架構(gòu) 智能監(jiān)控

中圖分類號：TN919.8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（c）-0013-03

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品的智能化水平不斷提高。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)在提高產(chǎn)品智能化水平方面作用顯著。與人們生活息息相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)視頻、視頻監(jiān)控等智能監(jiān)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事、安全、醫(yī)療衛(wèi)生、交通運輸、航空航天等領(lǐng)域。隨著嵌入式處理器技術(shù)的高速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在數(shù)字視頻技術(shù)中的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要使用ARM+DSP來搭建硬件處理平臺，在前端對視頻進行處理分析并實時產(chǎn)生分析結(jié)果。這種搭建方式硬件平臺設(shè)計比較復(fù)雜，成本也比較高。現(xiàn)在TI公司利用達芬奇技術(shù)將ARM核和DSP核集成于一片SOC，不僅有利于系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，而且有效降低了系統(tǒng)開發(fā)成本，縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期，其研究價值和應(yīng)用前景廣闊。

1 嵌入式系統(tǒng)、智能監(jiān)控及達芬奇架構(gòu)簡介

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以嵌入式微處理器為內(nèi)核，以微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。其應(yīng)用模式有兩種：其一是單片機式的應(yīng)用模式，該模式的嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺以功能較為簡單的微處理器為核心搭建，軟件的開發(fā)基于微處理器硬件資源完成，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，移植性較差。適用于成本低，功能簡單的應(yīng)用。其二是處理器加操作系統(tǒng)的應(yīng)用模式，該模式的嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺以功能強大的微處理器為核心，并在微處理器的flash中安裝操作系統(tǒng)。軟件開發(fā)基于操作系統(tǒng)完成，由于操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，功能完善，因此，其移植性較好。該模式適用于功能較為復(fù)雜的應(yīng)用。

智能監(jiān)控系統(tǒng)是近幾年發(fā)展起來的一種網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它將所采集的視頻監(jiān)控信號在采集端進行圖像處理，然后對圖像處理結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，而監(jiān)控端采集的視頻直接存儲于監(jiān)控端的數(shù)字化設(shè)備中。在這樣的監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控端做了大部分的視頻處理工作，只有數(shù)據(jù)量較少的處理結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)完成傳輸。將智能監(jiān)控系統(tǒng)與即將登場的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合必將給人們的生活帶來很大的便捷，其應(yīng)用前景廣闊。

達芬奇架構(gòu)是根據(jù)多媒體應(yīng)用的各種需要，由德州儀器公司將一系列全新技術(shù)和服務(wù)整合在一起，成功實現(xiàn)數(shù)字視頻需要的四大要素的最新進步，即處理器、開發(fā)工具、軟件以及系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)。其采用雙核嵌入式處理器架構(gòu)，內(nèi)部集成了ARM內(nèi)核和C64x+DSP內(nèi)核。ARM內(nèi)核主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制功能，而C64x+DSP內(nèi)核主要負(fù)責(zé)高密度數(shù)據(jù)處理。移植嵌入式操作系統(tǒng)后可更大限度地發(fā)揮硬件作用，構(gòu)成一個良好的基于網(wǎng)絡(luò)的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)平臺。由于能夠在集成這4種要素的平臺中實現(xiàn)數(shù)字視頻、音頻、語音與話音技術(shù)等，從而形成一套完整易用的多媒體應(yīng)用開發(fā)解決方案，特別是針對視頻應(yīng)用的開發(fā)，該架構(gòu)全方位滿足各種數(shù)字視頻終端設(shè)備對價格、性能以及功能等多方面的需求。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

智能監(jiān)控系統(tǒng)不但需要對視頻數(shù)據(jù)進行實時處理，還需要對處理結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)傳輸實現(xiàn)很好的控制，因此基于達芬奇架構(gòu)的DM6446處理器成為了我們組建智能監(jiān)控系統(tǒng)的最佳選擇。

2 達芬奇架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)的搭建

基于達芬奇架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)的組成一般是由嵌入式硬件系統(tǒng)和嵌入式軟件系統(tǒng)兩部分組成，其系統(tǒng)組成如圖2所示。嵌入式硬件系統(tǒng)由達芬奇架構(gòu)的處理器和相關(guān)的外圍接口電路構(gòu)成，它的功能是搭建一個硬件平臺支持嵌入式軟件系統(tǒng)的運行。嵌入式軟件系統(tǒng)包括嵌入式操作系統(tǒng)、硬件設(shè)備驅(qū)動程序和嵌入式應(yīng)用軟件3部分，它是整個系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)運算核心。

達芬奇架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計方案采用模塊化的設(shè)計方法。該系統(tǒng)硬件設(shè)計是以達芬奇架構(gòu)的處理器為核心，分別設(shè)計了視頻采集模塊、視頻輸出模塊、存儲模塊、電源模塊、通信模塊包括以太網(wǎng)和232串口以及其他模塊包括時鐘模塊等。

由于達芬奇架構(gòu)采用雙核嵌入式處理器架構(gòu)，內(nèi)部集成了ARM內(nèi)核和C64x+DSP內(nèi)核。因此，我們在軟件系統(tǒng)搭建的過程中除了建立ARM開發(fā)環(huán)境外，還需要安裝DVEVM軟件。DVEVM軟件包括多媒體數(shù)字信號編解碼器引擎組件、DSP/BIOS鏈接器、音視頻演示文件、xDAIS和xDM頭文件、Linux鄰接存儲空間分配器等，其具體操作過程該文不再詳述。

3 利用達芬奇架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)智能監(jiān)控

硬件系統(tǒng)電路由視頻采集模塊、視頻處理模塊、存儲模塊、視頻輸出模塊、通信模塊以及電源模塊、時鐘模塊等部分構(gòu)成。視頻采集模塊將采集到的原始視頻圖像經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入到視頻處理模塊中，視頻圖像由處理模塊處理、分析后存儲或緩存到存儲模塊，最后將存儲模塊中的數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)功能需求，通過視頻輸出模塊輸出通信模塊，通信模塊主要是實現(xiàn)智能視頻分析系統(tǒng)與其他設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸與通信，同時系統(tǒng)中報警模塊按照預(yù)設(shè)規(guī)則實現(xiàn)報警。電源模塊主要給硬件系統(tǒng)供電和進行電源監(jiān)控、復(fù)位，時鐘模塊主要是給系統(tǒng)中各芯片提供基準(zhǔn)時鐘。系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖3所示。

由圖3可見，監(jiān)控終端的硬件組成可分為監(jiān)控攝像頭、達芬奇架構(gòu)的CPU、網(wǎng)絡(luò)接口芯片、電源以及時鐘等部分。上述幾部分功能相對獨立，都已實現(xiàn)高度集成化，大部分可以直接購買獲得并且相互之間的接口都已經(jīng)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，所以監(jiān)控終端的硬件電路設(shè)計充分體現(xiàn)了模塊化設(shè)計思想，實際設(shè)計過程簡單方便，有效縮短產(chǎn)品設(shè)計時間。

由于硬件電路設(shè)計的高度集成化以及接口的標(biāo)準(zhǔn)化，從而大大減少了硬件設(shè)備驅(qū)動程序的工作量和復(fù)雜性。基于系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，硬件驅(qū)動程序設(shè)計只需完成USB接口驅(qū)動設(shè)計和以太網(wǎng)網(wǎng)卡驅(qū)動設(shè)計，即可滿足應(yīng)用軟件的算法開發(fā)的底層支持。而USB接口驅(qū)動和以太網(wǎng)網(wǎng)卡驅(qū)動由于接口的標(biāo)準(zhǔn)化，都已經(jīng)集成到LINUX操作系統(tǒng)中，所以只要將LINUX根據(jù)實際應(yīng)用進行優(yōu)化并移植到硬件平臺上即可。