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浙江工业大学硕士学位论文 基于b la e k fin 语音视频监控系统的设计与研究 摘要 近几年来，音视频处理技术与嵌入式处理器相结合是现今嵌入式产品应用 的一个热点课题。嵌入式产品已经被应用于各种领域。公安、安防、视频监控行 业的发展在经历了模拟数字混合阶段之后，最终的趋势必然是全面数字化。 本文首先介绍了嵌入式与音视频技术的发展现状和未来的发展趋势，并以实 际项目为基准，对在l i n u x 平台与嵌入式u c l i n u x 操作系统上构建的基于b l a e k f i n 的语音视频监控系统进行了详细分析和研究。结合本系统的工作需求，论文分别 对系统的硬件和软件两部分进行了分析与实现。 硬件电路部分采用了主频为6 0 0 m 的b l a c k f i nb f 5 3 3 数据处理器，并选用音 频转换芯片a d l8 3 6 、视频解码芯片a d v 7 1 8 3 、网络芯片d m 9 0 0 0 。该部分详细 介绍了嵌入式系统的处理器选型、系统硬件电路总体框图设计、语音采集转换模 块、视频采集转换模块、网络接口的数据传输与控制实现。 软件部分采用了源码公开u c l i n u x 的操作系统，将u c l i n u x 内核裁剪、优化， 并在l i n u x 平台编译后经由u b o o t 引导程序将其移植到b f 5 3 3 处理器系统中， 编写了音视频芯片的驱动程序与接口的驱动程序等。根据本系统的要求，还在 u c l i n u x 内核中还加载了f f m p e g 格式转换工具程序。 最后，对本系统进行了实验室调试。结果表明本文所采用的嵌入式b f 5 3 3 处理器及f f m p e g 相结合的系统设计能准确地完成多种不同音视频格式间的快速 转换，设计并调试了网络芯片传输图像模块。 关键词：嵌入式：b l a c k f i nb f 5 3 3 ；f f m p e g ；音视频转换 浙江工业大学硕士学位论文 d e s i g na n dr e s e a r c ho fm u i r i m e d i a m o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do nb l a c k f i n a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a u d i oa n dv i d e op r o c e s s i n gt e c h n o l o g yw i t ht h ee m b e d d e d p r o c e s s o rc o m b i n i n gi s ah o tt o p i ci nt h e a p p l i c a t i o n so fe m b e d d e dp r o d u c t e m b e d d e dp r o d u c t sh a v eb e e na p p l i e dt ov a r i o u sf i e l d s f o re x a m p l ep u b l i cs e c u r i t y ， s e c u r i t y ，v i d e os u r v e i l l a n c ee n ds oo n , w h e nt h e ya l ea f t e rt h ed e v e l o p m e n to ft h e a n a l o g t o - d i g i t a lm i x i n gs t a g e ，e v e n t u a l l yt h et r e n dm u s tb ef u l l yd i g i t i z e d t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e se m b e d d e dp r o c e s s o r 晰t 1 1a u d i oa n dv i d e ot e c h n o l o g y d e v e l o p m e n ts t a t u sa n df u t u r ed e v e l o p m e n tt r e n d s ，b a s e do nt h i sp r o j e c t ，w ec a r r i e d 。 o u tad e t a i l e da n a l y s i sa n dr e s e a r c hi nt h el i n u xo p e r a t i n gs y s t e mp l a t f o r ma n d e m b e d d e du c l i n u xo nb l a c k f i nb u i l dv o i c e - b a s e dv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m b e c a u s e o ft h ed e m a n do ft h ew h o l es y s t e m ，t h i sp a p e rs e p a r a t e l yf r o mh a r d w a r ea n ds o f t w a r e t w op a r t st oa n a l y s i sa n di m p l e m e n t a t i o n t h ep a r to ft h eh a r d w a r ec i r c u i tu s e df o rt h ef r e q u e n c yo ft h e6 0 0 md a t a b l a c k f i nb f 5 3 3p r o c e s s o r ，t h e nw es e l e c t i o no fa u d i oc o n v e r t e rc h i pa d l8 3 6 ，v i d e o d e c o d e rc h i pa d v 718 3 ，n e t w o r ki n t e r f a c ec h i pd m 9 0 0 0 t h i sp a r td e t a i li n t r o d u c e o ft h ep r o c e s s o re m b e d d e ds y s t e ms e l e c t i o n ，t h ed e s i g no fa l lh a r d w a r eb l o c kd i a g r a m ， a u d i o v i d e om o d u l e s ，a n dh o wt h ed a t at r a n s m i s s i o na n dc o n t r o lb e t w e e nb f 5 3 3 p r o c e s s o ra n dn e t w o r ki n t e r f a c e t h ep a r to ft h es o f t w a r eu s eo p e ns o u r c eu c l i n u xo p e r a t i n gs y s t e m ，u c l i n u x k e r n e lb yc u t t i n g ，o p t i m i z a t i o na n dt h ek e r n e lb e e nt r a n s p l a n t e di n t ob f 5 3 3p r o c e s s o r s y s t e mt h r o u g hu b o o tb o o t l o a d e ra f t e rc o m p i l e d t h ep r e p a r a t i o no ft h ea u d i o v i d e o c h i pa n di n t e r f a c ed r i v e r s u n d e rt h ed e m a n do ft h es y s t e ma tu c l i n u xk e r n e li sa l s o l o a d e dw i t hi n s t r u m e n tp r o c e d u r e sf f m p e gf o r m a tc o n v e r s i o n 1 i 浙江工业大学硕士学位论文 f i n a l l y ，t h es y s t e mc a r r i e do u tl a b o r a t o r yt e s t i n g t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e p r o c e d u r eo fc o m p i l i n ga n di n s t a l l i n gf f m p e gi nt h eu c l i n u xe n v i r o n m e n tb a s e do n b f 5 3 3i sd i s c u s s e da sw e l la sa l la u d i o v i d e oa p p l i c a t i o nu n d e rs u c hp l a t f o r mi s d e s c r i b e d ，a n dw ea l s od e s i g na n dd e b u gan e t w o r kt ot r a n s f e ri m a g e sc h i pm o d u l e k e y w o r d ：e m b e d d e dp r o c e s s o r , b l a c k _ f i nb f 5 3 3 ，f f m p e g , m u l t i m e d i a c o n v e r s i o n 浙江工业大学硕士学位论文 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江 工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的 法律责任。 储签名尹；易 瞧研年巧月纱日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密i q ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 日期：硝年为a 2z e 1 日期：砷年厂月沪日 浙江工业大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 近年来，随着计算机与微电子技术的不断进步，从收录机风靡全球的八十年 代到高质量影音技术大行其道的今天，语音视频技术的发展脚步见证了人们物质 文化生活的逐步丰富。在这些逐渐改善人们生活质量的新兴技术中，嵌入式多媒 体技术的发展尤为耀眼，它不仅推动着数字消费电子产品的不断发展，还深受工 业、通讯等产业的追捧。目前使用最为广泛且发展前景最好的多媒体业务主要是 视频监控、会议电视、远程教学、远程医疗、可视电话等业务。其中监控技术以 直观、方便，以及信息量丰富而被广泛应用于许多重要场合i n 。从工控领域来讲， 由于需要监控的区域广、监控的对象种类繁多，因而需要花费大量的人力、物力 和财力进行设备的维护。而且存在许多条件恶劣，人们不易到达或不能时刻停留 的地方偶尔采集一些现场数据，这就推动了监控领域的发展。而监控领域的发展 的核心就是嵌入式视频技术的应用。 现今，嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的i t 应用领域之一。嵌 入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件资源( 如处理器、存储 器等) 非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等。特别是随着 消费家电的智能化，嵌入式更显重要。像我们平常常见到的手机、p d a 、电子字 典、可视电话、v c d d v d m p 3 播放器、数字相机、数字摄像机、机顶盒、高 清电视、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家 电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等都是典型的嵌入式系统i z 】。 a d i 公司的b l a c k f i nd s p 系列是新一代嵌入式处理器，b l a c k f i n 以其优异的 综合性能和的电磁兼容性广泛运用在医疗、工业控制、航空航天、国防等产品上， b l a c k f i n 提供的信号处理和控制功能的完美组合使其适合于满足要求严格的信号 处理任务的需求，特别是针对音频、视频、通信应用等方面的计算需求和降低功 耗的设计，使得其它处理器产品在处理元素分析固有的大量复杂处理工作的灵活 浙江工业大学硕士学位论文 性方面无法与b l a c k f i n 处理器相媲美。它为新的嵌入式产品，包括i p 机顶盒、 便携式和网络媒体播放器、汽车远程信息处理以及网络安全连接，提供扩展的可 扩缩性、可移植性和连通性。b l a c k f i n 以其强大的d s p 处理能力和与之并重的 c p u 管理能力，已经在业界掀起一番新的工业革命。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 视频监控系统的发展 视频监控系统经历了模拟信号监控系统，p c 插卡的数字监控系统，基于嵌 入式技术的网络数字监控系统等发展过程【3 l 。 ( 1 ) 模拟信号监控系统 本地图像监控系统主要是采用同轴电缆进行传输，并由控制主机进行模拟处 理。模拟视频线将来自摄像机的视频连接到监视器上，利用视频矩阵主机，采用 键盘进行切换和控制。传统的闭路电视监控系统对传输的距离要求很高具有十分 明显的局限性。但是国内还是普遍使用该种方式。 ( 2 ) p c 插卡式的数字监控系统 顾名思义p c 插卡式的数字监控系统由p c 机插视频卡构成，采用同轴电缆 进行传输，由多媒体控制主机或硬盘录像主机( d v r ) 进行数字处理与存储。 当进行监控时，通过摄像机、各种检测、报警探头与数据设备将数据汇接到监控 终端机上( 一般是一台p c 机) 。该方式需要人为控制p c 机，所以在环境条件比 较恶劣时p c 插卡式并不适用。 ( 3 ) 基于嵌入式技术的网络数字监控系统 嵌入技术的监控系统与之前相比的最大特点是省去了用于模拟信号处理的 p c 机，将采集到的模拟视频信号直接转换成数字信号。视频从前端图像采集设 备输出时即为数字信号，并以网络为传输媒介，并通过设在网上的网络虚拟( 数 字) 矩阵控制主机( i p m ) ，来实现对整个监控系统的指挥、调度、存储、授权 控制等功能。 浙江工业大学硕士学位论文 1 2 2 该课题的现状与趋势 目前很多监控系统采用w i n d o w s 操作系统，因为w i n d o w s 提供大量的图形 界面，有各种外部设备及应用程序，所以系统的开发就容易很多。但w i n d o w s 系统庞大复杂，占用c p u 资源大，外围硬件较为复杂，稳定性、可靠性不如嵌 入式系统系统。嵌入式实时操作系统的特点在于系统简单，去掉了与监控无关的 功能，减少了出问题的几率。由于开发者掌握源代码，可随时解决硬件冲突及优 化系统。 随着嵌入式系统应用的不断深入和产业化程度的不断提升，新的应用环境和 产业化需求对嵌入式系统的应用提出了更加严格的要求。在新需求的推动下，嵌 入式操作系统内核不仅需要具有微型化、高实时性等基本特征，还将向高可信性、 自适应性、构件组件化方向发展：支撑开发环境将更加集成化、自动化、人性化。 目前国内的l i n u x 嵌入式操作系统队伍正在逐渐扩大，已形成百家争鸣的局面， 在市场上主要有红旗r e dh a t 嵌入式l i n u x 、博利思推出的p o c k e ti x 、蓝点的 嵌入式l i n u x 系统。它们所具备的共同特点是：精简的内核，提供完整的开发工 具和s d k ；用户可定制，提供图形化的定制和配置工具：常用嵌入式芯片的驱 动集；提供实时版本；完善的中文支持等【4 】。l i n u x 正逐渐成为嵌入式操作系统 的主流：u c l i n u x 技术也将对嵌入式系统的发展产生深远影响。嵌入式处理器和 嵌入式操作系统及各种应用软件的支持，使得嵌入式多媒体设备的设计和开发变 得较为方便和快捷，也为嵌入式多媒体通信的功能更新和发展提供了极大的便 利。 嵌入式视频监控技术的快速发展，带动各大数据处理器产品层出不穷，其中 主要有a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ) 公司的a r m 7 ，a r m 9 ，a r m l 0 等系 列，i n t e r 公司的x s c a l e 系列和s t r o n g a r m ，t i 公司的t m s 3 2 0 数字处理器系 列，还有a d i 公司的b l a c k f i n 系列等。与基于a r m 核的处理器相比，b l a c k f i n 处理器具有动态电源管理能力，功耗更低，并且b f 5 3 3 芯片配有专用的视频接 1 ：3 ，非常适合视频处理的开发与应用。当前在国内外市场上，视频处理数字化、 前端设备一体化、监控网络无线化、系统集成话已经成为嵌入式音视频技术发展 的主流趋势。 浙江工业大学硕士学位论文 1 3 论文的主要工作 本文主要阐述t n 用a d i 公司的b l a c k f i n 的b f 5 3 3 数据处理器以及视频解 码器a d v 7 1 8 3 音频数模转换器a d l 8 3 6 对由外接设备输入的音频、视频数据格 式进行处理、转变，最后通过网络芯片传输图像的监控系统的研究与设计。首先， 阐述国内外监控设备与嵌入式系统的发展现状，分析了嵌入式语音视频技术应用 于监控、安防的良好的发展趋势和前景；其次，针对世面上的众多数据处理器产 品进行比较，在此基础上选择具有较高性价比的b l a c k f i n 系统b f 5 3 3 数据处理 器来完成音频、视频数据格式的处理。最后，实现嵌入式b f 5 3 3 数据处理器下 数据格式的转换、传输，完成整个系统的搭建。 本文研究的重点与核心内容是： ( 1 ) u c l i n u x 系统内核的优化，嵌入式操作系统在b f 5 3 3 上的移植； ( 2 ) b f 5 3 3 处理器与语音、视频芯片控制连接； ( 3 ) 利用f f m p e g 在该嵌入式平台实现数据格式的转换； ( 4 ) 在b f 5 3 3 的基础上网络接口功能的扩展； ( 5 ) 整个系统的硬件软件平台的搭建。 1 4 论文的结构安排 本文的正文部分共分为章，论文的章节安排如下： 第一章：绪论 在本章中，主要阐述了本文的的研究背景和国内外的相关内容的研究现状， 总结了本文所要研究的重点与核心内容。 第二章：b l a c k f i n 处理器平台 本章首先介绍了b l a c k f i n 处理器的概况以及它所具有的特点，接着围绕 a d s p b f 5 3 3 处理器芯片、音频转换器a d l8 3 6 和视频解码器a d v 7 18 3 展开叙 述。讨论了b f 5 3 3 以及它的所用到的主要外部设备。 第三章：系统的软件平台u c l i n u x 操作系统 本章分别对l i n u x 操作系统、u c l i n u x 操作系统的优缺点进行分析，选择 浙江工业大学硕士学位论文 u c l i n u x 操作系统作为本研究的嵌入式操作平台，最后介绍了嵌入式操作系统的 引导程序u b o o t 。 第四章：系统的实现 在本章中，详细阐述了系统实现的整个过程，其中包括硬件部分：视频解码 器a d v 7 18 3 、音频转换器a d l8 3 6 与b f 5 3 3 的数据传输与控制线路的连接与实 现，网络接口扩展的实现。软件部分：u c l i n u x 内核的优化与编译、u b o o t 引导 程序、f f m p e g 在u c l i n u x 平台上的加载以及音视频模块的驱动程序和主要的接 口驱动程序等。并记录了系统利用f f m p e g 结合b f 5 3 3 以及编解码芯片实现语音、 视频格式的转换的几种结果的分析。 第五章：总结与展望 最后一章对现有的研究工作做了总结，并对下一步的工作提出了自己的想法 和见解。 浙江工业大学硕士学位论文 第2 章b l a c k f i n 处理器平台 2 1bia e k fin 概述 a n a l o gd e v i c e s ( 美国模拟器件公司) 是世界著名的d s p 厂商，在通用d s p 市场上，a d i 公司占有约4 0 的市场分额。b l a c k f i n 是a d i 公司近年的旗舰处理 器，它重在多媒体音频视频处理领域的开发研究。 目前，b l a c k f m 处理器在单内核产品中可提供高达7 5 6 m h z 的性能。 b l a c k f i n 处理器系列中的新型对称多处理器成员在相同的频率条件下实现了性 能的翻番。b l a c k f i n 处理器系列还提供了低至0 8 v 的业界领先功耗性能。对于 满足当今及未来的信号处理应用包括宽带无线、具有音频视频功能的因特网工 具和移动通信而言，这种高性能与低功耗的组合是必不可少的。 b l a c k f i n 作为专门为通信和互联网应用而设计的通用d s p 芯片，不仅在视 频、音频、图象处理方面有杰出的表现，它的综合应用能力也不容小看，它主要 的特点为【5 l ： ( 1 ) 高性能处理器内核 b l a c k f i n 处理器体系结构是基于由a d i 和i n t e l 公司联合开发的微信号架构 ( m s a ) 上实现的，该微信号架构采用了一个综合的信号处理和统一的控制指 令集，消除了不同器件之间的复杂度。使得3 2 位r i s c 型指令集和双1 6 位乘法 累加( m a c ) 信号处理功能可以与通用型微控制器所具有的易用性组合在一起。 这种处理特征的组合使得b l a c k f i n 处理器能够在信号处理和控制处理应用中均 发挥上佳的作用，b l a c k f i n 处理器的这种体系结构极大地简化了硬件和软件设计 实现任务。 ( 2 ) 高效控制处理 b l a c k f i n 处理器架构还提供了各种在r i s c 控制处理器中最为常见的好处。 它有一个功能强大且灵活的分层存储器架构最大限度地缩短了内核对内存的访 浙江工业大学硕士学位论文 问时间、出众的代码密度以及各种各样的微控制器型外设例如：通用异步接收 发送装置( u a r t ) 、串行外设接口( s p i ) 、j t a g 调试端口、c a n 控制器、支 持p w m 的定时器、看门狗定时器、实时时钟、同步和异步存储器控制器等。 所有这些特点都为设计师提供了巨大的设计灵活性，并最大限度地降低了系统的 设计成本。 ( 3 ) 出众的代码密度 b l a c k f i n 处理器架构支持多长度指令编码。使用频率非常高的控制型指令被 编码为1 6 位值，而更多的算术密集型信号处理指令则被编码为3 2 位值。并包括 用于加速视频和图像处理的指令。该处理器将把1 6 位控制指令与3 2 位信号处理 指令加以混合和链接，以形成6 4 位组，从而实现存储器存储密度的最大化。因 为它没有排列方面的限制，当进行指令高速缓存和取指令操作时，内核将自动地 对总线的长度进行充分的压缩。当组合起来使用时，使得内核处理器具有优秀的 代码密度处理能力很容易为获得最佳的最佳代码密度创造所需要的条件。这两种 功能使b l a c k f i n 处理器可以提供堪与业界领先的r i s c 处理器相媲美的优良性 能。 ( 4 ) 动态电源管理 所有的b l a c k f i n 处理器均采用了多种节能技术。b l a c k f m 处理器基于一种 选通时钟内核设计，按照逐条指令来选择性地切断功能单元的电源。b l a c k f i n 处 理器还支持多种针对所需c p u 动作极少或根本不需要c p u 动作期间的断电模 式。最重要一点是，b l a c k f i n 处理器支持一种自含动态电源管理电路，借助该 电路即可对工作频率和电压进行独立控制，以满足正在执行的算法的性能要求， 同时实现功耗的最小化。a d i 为了使动态电源管理特性发挥最大的效能，还推出 了能够控制d s p 电压和频率的芯片组，可以使基于b l a c k f i n 处理器的设计功耗 减少至少6 0 。一般来说，大多数b l a c k f i n 处理器都提供了片上内核稳压电路， 并可在低至0 8 v 的电压条件下工作，因而特别适合于需要延长电池使用寿命的 便携式应用。 ( 5 ) 易用性 如今，许多过去需要同时采用一个高性能信号处理器和一个单独的高效控制 处理器的应用，只需采用一个b l a c k f i n 处理器就完全可以实现。由于只需采用 组开发工具，因而减少了系统设计师的初期费用和学习时间。这种好处也极大 浙江工业大学硕士学位论文 地缩减了开发时间和成本，并最终加快了终端产品的面市进程，提高了产品的市 场竞争力。 2 2 b f 5 3 3 处理器及主要芯片介绍 2 2 1 b f 5 3 3 处理器 b f 5 3 3 是b l a c k f i n 系列中较为突出的一款，它具有丰富的外部接口特别还设 有视频处理接口，在b f 5 3 3 单块芯片上结合一流的d s p 内核和传统微控制器的 体系结构，避免了其它传统复合处理器系统的限制性、复杂性和高成本的问题。 b f 5 3 3 的系统框图2 1 如下所示。 图2 1b f 5 3 3 的系统框图 b f 5 3 3 是具有主频6 0 0m h z 、峰值处理能力为1 2g m a c s 的高性能b l a c k f i n 处理器。b f 5 3 3 内核包含2 个1 6 位m a c 、2 个4 0 位算术逻辑单元( a l u ) 、4 个8 位视频a l u 以及1 个4 0 位移位寄存器。另外，b f 5 3 3 还包括1 个通用异 步接收发送口( u a r t ) 、1 个串行外设接口( s p i ) 、2 个双通道串行口( s p o r t ) 其中每个串行接口支持4 个立体声1 2 s 通道，数据传输速率达1 0 0m b i t s 、4 个 浙江工业大学硕士学位论文 通用定时计数器( 其中3 个具有p w m 功能) 、1 个实时时钟( r t c ) 、1 2 个d m a 通道、看门狗定时器( w a t c hd o g ) 、1 个并行外设接口( p p i ) 、片内自带 1 - - - 6 3 x p l l 以及0 7 1 2 v 的核心电压【6 】。b f 5 3 3 的外部存储器控制器还可以与 s d r a m 、s r a m 、f l a s h 和r o m 实现无缝连接，为项目的开发提供了极大的 便利。这么多优良的性能，而b f 5 3 3 的零售价仅为$ 1 6 9 5 $ 1 9 9 5 ，不得不说 b f 5 3 3 具有非常优厚的性价比。 2 2 2 音频编解码芯片a d l 8 3 6 a d l 8 3 6 是a d i 公司的一款高性能的数模转换器，适用于数字音频系统。 a d l 8 3 6 集成了3 路立体的d a 和两路立体的a d ，参考电压为2 2 5 v ，为了降 低信号的干扰，模拟信号的输入输出均采用差分的形式，输入输出模拟信号的最 大峰峰值为5 6 v 。系统时钟为1 2 2 8 8 m h z ，数据采样率最高为9 6 k h z ，采样位 数最高为2 4 位，可以通过s p i 口方便地对内部功能寄存器进行配置，从而选择 相应的功能，例如j 时钟、工作模式、采样率、采样位数、工作a d 和d a 的 路数等选择。a d l 8 3 6 为5 2 管脚封装电路，管脚及功能框图如图2 2 所示。 图2 - 2a d l 8 3 6 管脚描述 浙江工业大学硕士学位论文 a d l 8 3 6 拥有4 条a d c 通路实现对2 对独立的立体声线路的配置。6 条d a c 通路配置3 对独立的立体声线路。第一对立体声线路包含主要的a d c 和完全不 同的输入。第二对立体声线路可以被设置成工作在三种可能的输入模式下的一种 ( 经由s p i a d c 控制寄存器3 实现设置) 。a d c 可以工作在9 6 k h z 的信号频率 下，此时只有2 条通道在工作状态。在a d c 中包含了一个片上数字滤波器，该 滤波器具有1 2 0 b d 的衰减带宽。对于d a c 来说，数字信号的输入是通过三条数 字信号输入管脚、位时钟( d b l c k ) 和普通结构时钟( d l r a c k ) 实硎7 1 。 a d l 8 3 6 具有一个s p i 兼容控制端口允许a d c 和d a c 对内部控制寄存器编 程。s p i 端口是一个四线端口，除了输入的数据格式是1 6 位的以外它与摩托罗 拉的s p i 端口非常类似。下图2 3 表示的是s p i 信号的格式，这里c c l k 信号将 持续地执行在s p i 信号处理中也不停止。 o a t 翻恐。一一。一。一。刃【 g g t l t 弋八八八八八八八八八八 舢压x 田 【丁二 二：k 二仁x d 0 0 u t 压积二 ：k x 烂二 图2 3s p i 信号格式 本文采用a d l 8 3 6 来采集音频信号，经由三路立体声道的输出两路9 8 k h z 多通道输入实现语音信号的a d 、d a 转换，经过此芯片的处理，模拟的语音信 号就转变为1 2 8 k b s 的数字信号，然后再进一步对该数字信号进行压缩、处理和 保存。 2 2 3 视频解码芯片a d v 7 1 8 3 a d v 7 i8 3 是a d i 公司的一款综合视频解码器。它能够自动将种兼容国际 标准n t s c 或p a l 的模拟视频基带信号转换成另一种兼1 6 位8 位 c c i r 6 0 1 c c i r 6 5 6 的y c b c r 型4 ：2 ：2 或4 ：l ：1 视频数据。 浙江工业大学硕士学位论文 a d v 7 18 3 内部带有行锁定系统时钟( l l c ) 和自适应数字线长跟踪( a d l l t ) 电路，可以提供双重视频锁定功能；具有完整的a g c 和箝位控制功能，可对色 度、亮度、饱和度和对比度进行编程视频调节；它还可设置为二线连续双向端口 模式与1 2 c 兼容；输入峰峰值为0 5 v 2 v 。a d v 7 1 8 3 采用8 0 - - l q f p 封装【8 1 。 它的主要引脚及功能框图如图2 - 4 所示。 p o - p 1 溯像素输出口 嘲懈m 虻i ：l f f l t o 幅 y i , i c 懈v i ：i c l o c k 研i 硪黼s 嗽托“虻x u 曩 图2 - 4 主要引脚及功能框图 主要引脚定义如下： v s v a c t i v e 双重功能复用管脚，该脚输出对应于j v 像素数据的垂直同步 信号v s ；或者视频场有效期间内的有效信号v a c t i v e 。 h s h a c y i v e 双重功能管脚，输出为一个可编程的行同步信号h s ；或者是 一个在视频行有效期间的有效信号h a c y i v e 。 l l c li 双重功能复用管脚，行锁定系统时钟输出或f i f o 输出时钟。 l l c 2 行锁定系统时钟输出的二分频。 x t a l ：2 7 m h z 晶体振荡器输入管脚或连接外部晶体振荡器的输入。 p 1 5 - - p 0 视频像素输出口，其中包括8 b i t 亮度信号y ( p 1 5 - p s ) 和8 b i t 色 差信号c b 和c r ( p 7 p 0 ) 。 g p o 3 ：0 】：由1 2 c 控制的通用目的输出。 舯 狮 删 眦 黼 黼 腿 雌 浙江工业大学硕士学位论文 a v s s l 6 ：模拟输入信道。如果选择了单终端模式，则接地。当选择了不同的 模式，则直接与r e f o y t 相连。 a i n l 6 ：模拟视频输入信道。 r d ：异步f i f o 读使能信号。 r e s e t ：系统输入重新设置。 o e ：输出使能控制端口。 本文采用a d v 7 1 8 3 视频解码器采集视频数据。a d v 7 1 8 3 功能的实现主要分 为4 个部分它们分别是： ( 1 ) 模拟信号输入过程 a d v 7 1 8 3 有6 个模拟视频输入信道，这6 个信道用不同的配置可以支持6 个c v b s 输入信号、3 个s - v i d e o 输入信号和2 个y c b c r 构成的模拟视频输 入信号。i n s e l 3 ：0 控制着输入类型和通道选择。模拟a d c 前端有3 个采样保持 放大器对输入的y c b c r 模式信号同时进行采样。整个的模拟前端对于整个视频 解码器来说的非常重要的，它确保了高质量视频的捕捉。a d v 7 18 3 的模拟前端 过程入图2 - 5 所示 图2 - 5a d v 7 18 3 模拟前端工作流程 ( 2 ) 模拟到数字的转换 如上图所示，a d v 7 18 3 的两个a d c 工作在2 7 m h z 的输入电压下。如果 浙江工业大学硕士学位论文 将解码器设置在c v b s 工作模式下，第二个a d c 将被关闭，以减少电源的消耗。 ( 3 ) 自动增益控制( a g c ) 自动增益控制确保输入的视频格式( c v b s 、s - v i d e o 或者y c r c b ) 标记 在正确的范围内便于输出的y c r c b 数字输出数据与视频信号的正确增益相匹 配。a g c 模拟信号的输入范围是0 5vp - p 到2 o v p - p ，它具有一6d b 到+ 6d b 的增益幅度，在该增益幅度里增益将对电缆损耗或其他原因而产生失真的视频信 号进行补偿。 ( 4 ) 数据输出 a d v 7 1 8 3 支持三种输出接口模式：兼容l l c 的同步像素接口、c a p i 接口 和s c a p i 接1 2 1 。当输出端口设置在同步像素模式下时，像素数据与控制数据将 从l l c l ( 8 - b i t ) 或者l l c 2 ( 1 6 b i t ) 同步输出，在这种模式下场消隐、行消隐和 列消隐的控制和定时信息编码与控制码相同如图2 6 所示。设定为c a p i 接口或 s c a p i 接1 3 模式时，只有激活的像素数据输出才与异步先进先出时钟( c l ) 同 步。 蚴八八八八八八八八八八八厂、八八八八 峻八八八八八八八八八一 i 陇纠l d a t ax 互x 互汇王c d e 玉x p i x e 唧ld a t 明ax 夏x 叵k 三压d 臣d 互强 2 2 4 网卡d m 9 0 0 0 图2 - 6 同步像素模式时序图 d a v i c o m 公司的d m 9 0 0 0 是带有通用处理器接口的单片快速以太网控制 处理器，d m 9 0 0 0 实现以太网媒体介质访问层( m a c ) 和物理层( p h y ) 的功 能，该网卡芯片在嵌入式开发板上的具有非常广泛的应用。其基本特性是：4 8 管脚的l q f p 封装，管脚少体积小：支持8 1 6 位数据总线；适用于1 0 b a s e t 和 浙江工业大学硕士学位论文 1 0 0 b a s e t ，1 0 1 0 0 m 自适应，适应不同的网络速度要求：内置1 6 l 的s 删， 用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求：支持i p t c p u d p 加速，减轻了 c p u 负担，提高网络速度；支持b a c kp r e s s u r e 半双工流量控制，与i e e e 8 0 2 3 u 兼容，支持i e e e 8 0 2 3 x 全双工流量控制：2 0 n s 响应时间，2 5 v 3 3 v 低功耗【9 】。 d m 9 0 0 0 网卡芯片支持8 位、1 6 位模式的处理器，通过芯片引脚e e d o ( 6 5 脚) 和w a k e u p ( 7 9 脚) 的复位值设置支持的处理器类型，如1 6 位处理器只 需将这两个引脚接低电平即可，其中w a k e u p 内部有6 0 k 下拉电阻，因此可悬 空该引脚，或作为网卡芯片唤醒输出用。对处理器驱动网卡芯片来说，我们比较 关心的有以下几个引脚：i o r 、i o w 、a e n 、c m d ( s a 2 ) 、i n t 、r s t ，以及数 据引脚s d 0 - s d l 5 - s d 3 1 和地址引脚s a 4 s a 9 。其中，地址引脚配合a e n 引脚 来选通该网卡芯片，这些地址引脚主要用于在多网卡芯片环境下选择其中之一。 d m 9 0 0 0 工作的默认基地址为0 x 3 0 0 ，这里我们按照默认地址选择，将s a 9 、s a 8 接高电平，s a 7 d a 4 接低电平。 爱) 啦s d 3 l i s d s a 9 i 船6 i 脚 j d r d w 。1 ) b t 9 0 0 0 m 【2 。l 舾 dwai错m, t t lb 捃f f k e 雕；了 p w 肿 l x i 2 5 4 t x o 。 s 、供z -1 x 啦 i m r a f o r 臌r- 。_ _ _ 一 x225m啦 i j - 图2 7d m 9 0 0 0 引脚图 一 眈 一曲 亳： m 汹一 一 一 嘲 搬 竖 浙江工业大学硕士学位论文 2 3 主要外部设备 在前面已经提到，b f 5 3 3 处理器除了本身优良的性能外，还具有丰富的外部 设备，包括有：并行外设接d ( p p i ) 、2 个双通道全双工同步串行接口、1 2 通道d m a 控制器等。这些扩展了b f 5 3 3 处理器的功能为工程师进行快速有效的开发做好了 准备。 2 3 1 并行外部接口( p p i ) p p i 是指并行外部接口，它是半双工形式，具有双向端口，可以配置成8 1 6 位间宽度的输入输出。它有一个专用的时钟引脚、3 个多元帧的同步引脚、4 个 专用的数据引脚和1 2 个p f 复用的数据引脚。该p p i 能以高达6 5 m h z 的时钟频 率接收数据，而对于发送数据，如果满足数据转换器的保持时间要求，它发送数 据的频率也可以达到6 0 m h z 。p p i 还支持专用视频和通用并行数据的传输，其 中包括了高速数据转换器的连通。 p p i 有5 个寄存器来控制它的操作： ( 1 ) p p i 控制寄存器( p p i c o i j l n t r o l ) ：该寄存器设置p p i 的操作模式、控 制信号极性以及端口的宽度。 ( 2 ) p p i 状态寄存器( p p i s 兀y s ) ：该寄存器提供了当前p p i 的运行状态。 ( 3 ) p p i 延迟计数寄存器( p p i d e l a y ) ：该寄存器用来决定在p p i f s l 之后， 开始读写数据之前，延迟几个时针周期。 ( 4 ) 传输计数寄存器( p p i c o u n t ) ：该寄存器只在g p 模式 ( g e n e r a i p u r p o s ep p im o d e s ：通用p p i 模式) 下有效，在g p 模 式与帧捕捉模式下，它保存了每条线路读入p p i 的样本个数。 ( 5 ) 每帧数线路数数寄存器( p p i f r a m e ) ：该寄存器只在g p 模式和i t u 一6 5 输入模式下有效。它的作用是保存了期望的每帧数据线路线。 b l a c k f i n 的p p i 接口可以和a d i 的其他产品，例如视频转换器a d v 7 18 3 、 a d v 7 1 7 1 音频转换器a d l 8 3 6 等外设相连，从而创建一个音频或视频信号处理 器的应用。举例来说，b f 5 3 3 板子支持视频的输入与输出的应用a d v 7 1 7 1 视频 解码器给分析后的图象提供了3 个输出通道，与此同时，a d v 7 1 8 3 视频编码器 也提供了3 个输入通道，而这3 个输出通道与3 个输入通道都是通过并行外设接 浙江工业大学硕士学位论文 口，也就是p p i 与a d s p b f 5 3 3 处理器相连接的，p p i 架起了外设与处理器之间 的桥梁。 a d s p b f 5 3 3 的p p i 接口有2 7 m k z 的输入时钟，3 个多元帧形式的s y n c 信号，和4 位数据宽度，其余的数据宽度要重新配置可编程编译管脚才可以得到。 下表2 1 是p p i 的管脚信息【l o 】： 表2 - 1p p i 的管脚信息 d s pp p ip i n其它d s p 功能e z k i t 功能 p p l 7 p f l 2 a d v 7 1 7 1 和a d v 7 1 8 3 数据信号 p p l 6p f l 3 a d v 7 1 7 1 和a d v 7 1 8 3 数据信号 p p l 5 p f l 4 a d v 7 1 7 1 和a d v 7 1 8 3 数据信号 p p l 4 p f l 5 a d v 7 1 7 1 和a d v 71 8 3 数据信号 p p l 3 p p l 0a d v 7 1 7 1 和a d v 7 1 8 3 数据信号 p f 3f s 3a d v 7 1 8 3 接地