摘要：針對(duì)構(gòu)建高穩(wěn)定性、高魯棒性的多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款基于tms320dm642型數(shù)字信號(hào)處理器的四路實(shí)時(shí)mpeg-4視頻采集兼壓縮處理pci板卡。詳細(xì)介紹tms320dm642的硬件架構(gòu)、板卡的硬件構(gòu)成和核心模塊的實(shí)現(xiàn)，分析板卡設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該板卡在不降低視頻質(zhì)量的前提下能夠滿足對(duì)4路cif分辨率的視頻圖像進(jìn)行采集、實(shí)時(shí)編碼和通過pci接口傳輸?shù)囊�，為遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控提供有效的硬件支持，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

　　關(guān)鍵詞：tms320dm642；多路視頻采集；多路視頻處理；pci板卡

1 引言
　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，也是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。近年來，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也得到長足的進(jìn)步，集多媒體技術(shù)、數(shù)字圖像處理和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)茸钚录夹g(shù)為一體的多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)正在逐步取代傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。目前，市場(chǎng)上專用的視頻壓縮電路只能實(shí)現(xiàn)一種壓縮算法，靈活性和可擴(kuò)展性較差，基本不具備在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)的能力；各種基于isa、pci等總線的圖形采集卡也能在市場(chǎng)上買到，但價(jià)格較貴，且處理功能簡單，二次開發(fā)效率低，不能很好地滿足用戶的特殊需要。

　　為了適應(yīng)多媒體通信技術(shù)的發(fā)展，美國德州儀器公司推出一款針對(duì)視頻和圖像解決方案的tms320dm642型高性能數(shù)字媒體處理器，它是ti公司 c6000系列dsp中最新的定點(diǎn)dsp，其核心是c6416型高性能數(shù)字信號(hào)處理器，具有極強(qiáng)的處理性能、高度的靈活性和可編程性，同時(shí)外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備及接口，特別適用于機(jī)器視覺、醫(yī)學(xué)成像、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控、數(shù)字廣播以及基于數(shù)字視頻/圖像處理的消費(fèi)類電子產(chǎn)品等高速 dsp應(yīng)用領(lǐng)域。筆者針對(duì)市場(chǎng)客戶的需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款以tvp5150為視頻輸入解碼器、以pcml801為音頻輸入采集電路、以 tms320dm642型dsp為核心處理器的多路視頻采集兼壓縮處理pci板卡，并將其應(yīng)用于構(gòu)建高穩(wěn)定性、高魯棒性的多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 tms320dm642的硬件架構(gòu)
　　tms320dm642采用第二代高性能、先進(jìn)的超長指令字 velociti.2結(jié)構(gòu)的dsp核及增強(qiáng)的并行機(jī)制，在720 mhz的時(shí)鐘頻率下，其處理性能為5 760ml/s，使得該款dsp成為數(shù)字媒體解決方案的首選產(chǎn)品。它不僅擁有高速控制器的操作靈活性，而且具有陣列處理器的數(shù)字處理能力。 tms320dm642的外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信接口，主要包括：

　　3個(gè)可配置的視頻端口(vporto-2)，能夠與通用的視頻編、解碼器實(shí)現(xiàn)無縫連接，支持多種視頻分辨率及視頻標(biāo)準(zhǔn)，支持raw視頻輸入/輸出、傳輸流模式；

　　1個(gè)10/100mb/s以太網(wǎng)接口(emac)，符合ieee 802.3標(biāo)準(zhǔn)；

　　1個(gè)多通道帶緩沖音頻串行端口(mcasp)，支持i2s、dit、s/pdif、iec60958-1、aes-3、cp-430等音頻格式；
　　個(gè)多通道帶緩沖串行端口(mcbsp)，采用rs232電平驅(qū)動(dòng)；

　　1個(gè)vcxo內(nèi)插控制單元(vic)，支持音/視頻同步；

　　1個(gè)32位、66mhz、3.3 v主/從pci接口，遵循pci2.2規(guī)范；

　　1個(gè)用戶可配置的16/32位主機(jī)接口(hpi)；

　　1個(gè)16位通用輸入/輸出端口(gpio)；

　　1個(gè)64位外部存儲(chǔ)器接口(emif)，能夠與大多數(shù)異步存儲(chǔ)器(sram、eprom)及同步存儲(chǔ)器(sdram、sbsram、　　zbt sram、fifo)無縫連接，最大可尋址外部存儲(chǔ)器空間為1 024mb；

　　1個(gè)具有64路獨(dú)立通道的增強(qiáng)型直接內(nèi)存訪問控制器(edma)；

　　1個(gè)數(shù)據(jù)管理輸入/輸出模塊(mdio)；

　　1個(gè)i2c總線模塊；

　　3個(gè)32位通用定時(shí)器；

　　1個(gè)符合ieee 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的jtag接口及子板接口等。

　　有關(guān)tms320dm642的詳細(xì)性能介紹請(qǐng)參照其數(shù)據(jù)手冊(cè)。

3 多路視頻采集處理板卡硬件設(shè)計(jì)
　　基于tms320dm642的多路視頻采集處理板卡的主要硬件功能模塊包括視頻輸入解碼模塊、音頻輸入采集模塊、核心dm642型dsp模塊、外部存儲(chǔ)模塊、pci總線驅(qū)動(dòng)控制模塊及電源管理模塊等�；竟ぷ髟硎怯蒫cd攝像頭采集輸入的模擬視頻信號(hào)，經(jīng)過視頻解碼器轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)，由拾音器采集輸入的模擬音頻信號(hào)經(jīng)過音頻采集電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻數(shù)據(jù)，送到dm642， dm642再將采集的音、視頻數(shù)據(jù)用mpeg-4標(biāo)準(zhǔn)編碼壓縮后通過pci接口傳送到pc上位機(jī)，構(gòu)成數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)。本板卡的總體設(shè)計(jì)功能框圖及接口信號(hào)示意圖如圖1所示，主要由1個(gè)tms320dm642gdk(dsp)、4個(gè)ti公司的tvp5150aml(視頻解碼器)、2個(gè)ti公司的 pcml801u(音頻采集電路)、2個(gè)hynix公司的hy57v283220tp-6(sdram)、1個(gè)sn74cbtl6233dggr(pci 總線橋接電路)以及amsl085cm和amsl086cd(電源管理電路)等組成。

　　摘要：針對(duì)構(gòu)建高穩(wěn)定性、高魯棒性的多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款基于tms320dm642型數(shù)字信號(hào)處理器的四路實(shí)時(shí)mpeg-4視頻采集兼壓縮處理pci板卡。詳細(xì)介紹tms320dm642的硬件架構(gòu)、板卡的硬件構(gòu)成和核心模塊的實(shí)現(xiàn)，分析板卡設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該板卡在不降低視頻質(zhì)量的前提下能夠滿足對(duì)4路cif分辨率的視頻圖像進(jìn)行采集、實(shí)時(shí)編碼和通過pci接口傳輸?shù)囊�，為遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控提供有效的硬件支持，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

　　關(guān)鍵詞：tms320dm642；多路視頻采集；多路視頻處理；pci板卡

1 引言
　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，也是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。近年來，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也得到長足的進(jìn)步，集多媒體技術(shù)、數(shù)字圖像處理和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)茸钚录夹g(shù)為一體的多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)正在逐步取代傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。目前，市場(chǎng)上專用的視頻壓縮電路只能實(shí)現(xiàn)一種壓縮算法，靈活性和可擴(kuò)展性較差，基本不具備在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)的能力；各種基于isa、pci等總線的圖形采集卡也能在市場(chǎng)上買到，但價(jià)格較貴，且處理功能簡單，二次開發(fā)效率低，不能很好地滿足用戶的特殊需要。

　　為了適應(yīng)多媒體通信技術(shù)的發(fā)展，美國德州儀器公司推出一款針對(duì)視頻和圖像解決方案的tms320dm642型高性能數(shù)字媒體處理器，它是ti公司 c6000系列dsp中最新的定點(diǎn)dsp，其核心是c6416型高性能數(shù)字信號(hào)處理器，具有極強(qiáng)的處理性能、高度的靈活性和可編程性，同時(shí)外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備及接口，特別適用于機(jī)器視覺、醫(yī)學(xué)成像、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控、數(shù)字廣播以及基于數(shù)字視頻/圖像處理的消費(fèi)類電子產(chǎn)品等高速 dsp應(yīng)用領(lǐng)域。筆者針對(duì)市場(chǎng)客戶的需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款以tvp5150為視頻輸入解碼器、以pcml801為音頻輸入采集電路、以 tms320dm642型dsp為核心處理器的多路視頻采集兼壓縮處理pci板卡，并將其應(yīng)用于構(gòu)建高穩(wěn)定性、高魯棒性的多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 tms320dm642的硬件架構(gòu)
　　tms320dm642采用第二代高性能、先進(jìn)的超長指令字 velociti.2結(jié)構(gòu)的dsp核及增強(qiáng)的并行機(jī)制，在720 mhz的時(shí)鐘頻率下，其處理性能為5 760ml/s，使得該款dsp成為數(shù)字媒體解決方案的首選產(chǎn)品。它不僅擁有高速控制器的操作靈活性，而且具有陣列處理器的數(shù)字處理能力。 tms320dm642的外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信接口，主要包括：

　　3個(gè)可配置的視頻端口(vporto-2)，能夠與通用的視頻編、解碼器實(shí)現(xiàn)無縫連接，支持多種視頻分辨率及視頻標(biāo)準(zhǔn)，支持raw視頻輸入/輸出、傳輸流模式；

　　1個(gè)10/100mb/s以太網(wǎng)接口(emac)，符合ieee 802.3標(biāo)準(zhǔn)；

　　1個(gè)多通道帶緩沖音頻串行端口(mcasp)，支持i2s、dit、s/pdif、iec60958-1、aes-3、cp-430等音頻格式；
　　個(gè)多通道帶緩沖串行端口(mcbsp)，采用rs232電平驅(qū)動(dòng)；

　　1個(gè)vcxo內(nèi)插控制單元(vic)，支持音/視頻同步；

　　1個(gè)32位、66mhz、3.3 v主/從pci接口，遵循pci2.2規(guī)范；

　　1個(gè)用戶可配置的16/32位主機(jī)接口(hpi)；

　　1個(gè)16位通用輸入/輸出端口(gpio)；

　　1個(gè)64位外部存儲(chǔ)器接口(emif)，能夠與大多數(shù)異步存儲(chǔ)器(sram、eprom)及同步存儲(chǔ)器(sdram、sbsram、　　zbt sram、fifo)無縫連接，最大可尋址外部存儲(chǔ)器空間為1 024mb；

　　1個(gè)具有64路獨(dú)立通道的增強(qiáng)型直接內(nèi)存訪問控制器(edma)；

　　1個(gè)數(shù)據(jù)管理輸入/輸出模塊(mdio)；

　　1個(gè)i2c總線模塊；

　　3個(gè)32位通用定時(shí)器；

　　1個(gè)符合ieee 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的jtag接口及子板接口等。

　　有關(guān)tms320dm642的詳細(xì)性能介紹請(qǐng)參照其數(shù)據(jù)手冊(cè)。

3 多路視頻采集處理板卡硬件設(shè)計(jì)
　　基于tms320dm642的多路視頻采集處理板卡的主要硬件功能模塊包括視頻輸入解碼模塊、音頻輸入采集模塊、核心dm642型dsp模塊、外部存儲(chǔ)模塊、pci總線驅(qū)動(dòng)控制模塊及電源管理模塊等�；竟ぷ髟硎怯蒫cd攝像頭采集輸入的模擬視頻信號(hào)，經(jīng)過視頻解碼器轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)，由拾音器采集輸入的模擬音頻信號(hào)經(jīng)過音頻采集電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻數(shù)據(jù)，送到dm642， dm642再將采集的音、視頻數(shù)據(jù)用mpeg-4標(biāo)準(zhǔn)編碼壓縮后通過pci接口傳送到pc上位機(jī)，構(gòu)成數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)。本板卡的總體設(shè)計(jì)功能框圖及接口信號(hào)示意圖如圖1所示，主要由1個(gè)tms320dm642gdk(dsp)、4個(gè)ti公司的tvp5150aml(視頻解碼器)、2個(gè)ti公司的 pcml801u(音頻采集電路)、2個(gè)hynix公司的hy57v283220tp-6(sdram)、1個(gè)sn74cbtl6233dggr(pci 總線橋接電路)以及amsl085cm和amsl086cd(電源管理電路)等組成。