（信号与信息处理专业论文）基于dm355的嵌入式视频监控系统的设计与实现.pdf

抟 譬 i 昏 a 斧 ， 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：王堂值曼皇信息处堡 研究方向：图傻矬堡皇垒媒佳通信 作者：垫盟级硕士研究生睦瞳龌 指导教师：割蝰塾拯亟昱 题 英文题 目： 目： 主题词：视频监控系统d m 3 5 5 嵌入式系统红外控制 k e y w o r d s ：v i d e os u r v e i l l a n c es y s t e md m 3 5 5 e m b e d d e ds y s t e mi n f r a r e dc o n t r o l 笋 笺一 差 筮一 匮 业 ! 謇| 譬 ! 口 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 随着人民生活水平的不断提高、安防意识的不断增强及视频监控技术的不断发展，视 频监控系统特别是嵌入式视频监控系统在停车场、居民小区、交通、银行等地方得到了广 泛的应用。本文根据实际需求，提出和实现了基于t m s 3 2 0 d m 3 5 5 的嵌入式视频监控系统 方案。该系统运行稳定，能够支持对d 1 格式视频的实时采集，编码，同时能够对监控范 围内的物体进行运动检测和视频录制及回放，用户能够通过浏览器对视频进行监控，同时 可以通过红外控制器和浏览器对系统进行参数设置。 本文主要做了以下方面的工作： l 、对常用的嵌入式网络监控系统设计方案进行分析与比较后，提出了基于t i 公司的 t m s 3 2 0 d m 3 5 5 处理器的硬件系统设计方案。 2 、完成系统的原理图设计，对系统的电源模块、d i v l 3 5 5 主系统、红外解码模块进行 了详细的原理分析和说明。 3 、完成系统的p c b 绘制、硬件电路焊接及调试。对p c b 绘制中需要注意的元件布局、 布线问题进行说明，并对信号完整性问题作了介绍，给出解决方法，最后还总结了硬件调 试中需要注意的事项。 4 、对嵌入式操作系统和文件系统进行比较和选择，并对源文件的配置、编译和下载 过程进行介绍，最终完成了以u b o o t 引导加载程序、m o n t a v i s t al i n u x 操作系统、c r a m f s 文件系统、j f f s 文件系统为基础的嵌入式软件平台的搭建。 5 、对视频处理流程特别是t v p 5 1 4 6 的1 2 c 设备驱动、基于v 4 l 2 的视频采集程序进 行详细的阐述，此外论文也对本系统中的其它关键技术如b o a 服务器、c g i 技术、基于 m s p 4 3 0 f 1 5 5 的红外解码原理和流程进行了详细说明。 6 、完成系统测试和工作总结，探讨系统还可以完善和改进的地方。 关键词：视频监控系统d m 3 5 5 嵌入式系统红外控制 t - 、 0 、 p 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d s ，i n c r e a s i n ga w a r e n e s so f s e c u r i t ya n dd e v e l o p m e n to fv i d e os u r v e i l l a n c et e c h n o l o g y , v i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m s ， e s p e c i a l l yt h ee m b e d d e dv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m sh a v e b e e nw i d e l yu s e di nt h ep a r k i n gl o t s ， r e s i d e n t i a la r e a , t r a n s p o r t a t i o n , b a n k sa n do t h e ra r e a s t h i sp a p e r p r o p o s e sa l le m b e d d e dv i d e o s u r v e i l l a n c es y s t e mp r o g r a mb a s e do nt m s 3 2 0 d m 3 5 5a c c o r d i n gt oa c t u a lr e q u i r e m e n t t h e s y s t e mw o r k sr e l i a b l y i tn o to n l yc a l ls u p p o r tv i d e oc a p t u r ea n de n c o d i n gf o rv i d e oo fd 1 f o r m a tr e a l - t i m e ，b u ta l s om o n i t o rt h em o v e m e n to fo b j e c t sw i t h i nt h es c o p eo fd e t e c t i o na n d s u p p o r tv i d e or e c o r d i n ga n dp l a y b a c k u s e r sc a nm o n i t o rt h ev i d e ob yb r o w s e ra n ds e tt h e s y s t e mp a r a m e t e r sb yt h ei n f i x e dc o n t r o l l e ra n db r o w s e r t h i sp a p e rh a sm a i n l yc o m p l e t e dt h ef o l l o w i n gw o r k s ： 1 、p r o p o s eas c h e m ef o rh a r d w a r ed e s i g nb a s e d0 1 1t m s 3 2 0 d m 3 5 5p r o c e s s o ro ft i c o m p a n ya f t e ra n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gt h ee m b e d d e dn e t w o r k m o n i t o r i n gs y s t e m s c o r l i n o n l yu s e d 2 、c o m p l e t et h es c h e m a t i cd e s i g nf o rt h es y s t e m ，a n di m p l e m e n td e t a i l e da n a l y s i sa n d d e s c r i p t i o nf o rp r i n c i p l eo fp o w e rs u p p l ym o d u l e ，d m 35 5m a i ns y s t e m ，a n di n f r a r e dd e c o d i n g m o d u l e 3 、c o m p l e t ep c bd r a w i n gf o rt h es y s t e m ，j o i n f i n ga n dd e b u g g i n gf o rt h eh a r d w a r ec i r c u i t d e s c r i b ep r o b l e m sw h i c hs h o u l db ep a i da t t e n t i o nt of o rp c b l a y o u ta n dw i r i n g ，i n t r o d u c ea n d s o l v et h es i g n a li n t e g r i t yp r o b l e m f i n a l l ys u m u pt h ep r o c e d u r ea n dp r o b l e m sf o rt h eh a r d w a r e d e b u g g i n g 4 、c o m p a r et h ep o p u l a re m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m sa n df i l es y s t e m st os e l e c tt h em o s t a p p r o p r i a t eo n e ，a n di n t r o d u c et h ec o n f i g u r a t i o n , c o m p i l i n ga n dd o w n l o a dp r o c e s sf o rt h es o u r c e f i l e f i n a l l yt h i sp a p e rh a sb u i l tu pt h ee m b e d d e ds o f t w a r ep l a t f o r mb a s e do nu b o o tb o o t l o a d e r , m o n t a v i s t al i n u xo p e r a t i n gs y s t e m , c r a m f sf i l es y s t e ma n dj f f sf i l es y s t e m ， 5 、c a r r yo u td e t a i l e dd e s c r i p t i o nf o rv i d e op r o c e s s i n ge s p e c i a l l yf o ri 2 c d e v i c ed r i v e ro f t v p 514 6a n dv i d e oc a p t u r ep r o c e d u r eb a s e do nv 4 l 2 ，i na d d i t i o n , t h i sp a p e ri n t r o d u c e so t h e r k e yt e c h n o l o g i e ss u c ha sb o as e r v e r , c g ia n di n f r a r e dd e c o d i n gp r i n c i p l ea n dp r o c e d u r eb a s e d o nm s p 4 3 0 f15 5i nd e t a i l n | j， 0 6 、c o m p l e t et h et e s t i n gw o r k f o rt h es y s t e ma n ds l i mu pt h ew o r k sd o n eb yt h i sp a p e r , a n d p r o p o s es u g g e s t i o n sh o w t or e f i n ea n di m p r o v et h es y s t e m k e y w o r d s ：v i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m d m 3 5 5e m b e d d e ds y s t e m i n f r a r e dc o n t r o l i i i ， 南京邮电大学硕士研究生论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t ，i i l ；i录i 、v r 第一章绪论l 1 1 嵌入式视频监控系统的研究背景和研究意义l 1 2 本文主要工作和结构安排2 1 2 1 论文主要工作。2 1 2 2 论文结构安排3 第二章系统总体方案设计。4 2 1 嵌入式系统简介。4 2 2 嵌入式视频监控系统方案比较4 2 3 本系统方案选择7 2 4d a v i n c i 技术介绍。7 2 5t m s 3 2 0 d m 3 5 5 介绍7 2 6 系统硬件方案设计9 2 7 本章小结l l 第三章系统硬件电路设计1 2 3 1 电源模块12 3 2 视频解码芯片。1 4 3 3 外部存储器l6 3 3 1r a m 存储器16 3 3 2f l a s h 存储器1 7 3 4s d 卡接口18 3 5 以太网控制器。1 9 3 6 实时时钟。2 0 3 7j t a g 接口21 3 8 串口。2 2 3 9 红外解码模块2 3 3 9 1 红外遥控技术介绍2 3 3 9 2m s p 4 3 0 f 15 5 介绍2 3 3 9 3 红外接收器2 5 3 10p c b 绘制。2 5 3 1 0 1p c b 布局布线注意事项2 7 3 1l 信号完整性问题。2 9 3 1 1 1 传输延迟2 9 3 1 1 2 反：射2 9 3 1 1 3 串扰2 9 3 1 1 4 接地反弹3 0 3 1 1 5 解决办法3 0 3 1 2 硬件调试3 0 3 1 3 本章小结3 l 第四章嵌入式l i n u x 软件平台搭建3 2 4 1 嵌入式系统软件开发特点3 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 目录 一 4 2b o o t l o a d e r 介绍。3 2 4 3 主流嵌入式操作系统比较。3 3 4 4l i n u x 文件系统3 4 4 4 1f l a s h 文件系统。3 4 4 4 2 基于r a m 的文件系统3 5 4 4 3 基于网络的文件系统n f s 3 5 4 4 4 本系统使用的文件系统- 3 5 4 5 源文件配置及编译：3 6 4 5 1u b o o t 编译。3 6 4 5 2l i n u x 内核配置、编译3 6 4 5 3c r a m f s 文件系统制作3 8 4 6 文件下载3 8 4 6 1u b o o t 下载。3 8 4 6 2l i n u x 内核和文件系统下载4 0 4 7 本章小结。4 2 第五章软件设计4 3 5 1 视频处理流程4 3 5 2 视频采集4 3 5 2 1 1 2 c 总线介绍4 4 5 2 2t v p 5 1 4 6 的1 2 c 设备驱动加载过程4 5 5 2 3 视频采集驱动4 5 5 3 其它关键技术的研究4 7 5 3 1 嵌入式w e b 服务器比较4 7 5 3 2b o a 服务器分析4 7 5 3 3c g i 技术4 8 5 3 4 红外解码4 9 5 4 本章小结。5 3 第六章实验结果及总结。5 4 6 1 实验结果测试5 4 6 1 1 硬件连接。5 4 6 1 2 系统功能测试5 5 6 2 本文工作总结6 0 6 3 需进一步完善的工作。6 l 参考文献6 2 j l j 【谢6 4 攻读硕士学位期间发表的学术论文6 5 攻读硕士学位期间参加的科研项目6 6 v 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 嵌入式视频监控系统的研究背景和研究意义 视频监控是指出于安全的考虑，人们需要知道某些重要场所如银行、停车场、居民小 区、军事基地等地方发生的事件，于是采用特定方法来监视该场景，而且能够及时地对发 生的异常事件做出反应。随着人民生活水平的不断提高、安防意识的不断增强以及视频监 控技术的不断发展，视频监控得到了广泛的应用。 视频监控系统的发展主要经历了以下三个阶段【1 埘： 1 、模拟视频监控系统 在2 0 世纪9 0 年代初以前，以模拟设备为主的闭路电视监控系统被称为第一代模拟监 控系统。该类系统主要由模拟摄像机、专用电缆、视频切换矩阵、模拟监视器、模拟录像 设备和录像带等构成。它是随着摄像机、电视机的出现而产生的，被广泛应用于保安、生 产、管理等场合。模拟监控系统一般采用视频电缆以模拟信号的方式传输，因此传输距离 较短，主要适用于小范围内的监控，监控图像仅限于监控中心查看，应用的灵活性较差， 而且需要耗费大量的存储介质。 2 、基于p c 机的数字视频监控系统 在9 0 年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，出现了基于p c 机的 多媒体控制系统，被称为第二代数字化视频监控系统。基于p c 机的数字视频监控系统由 摄像机、pc 机工控机、视频采集压缩卡、网络通信设备、p c 监控设备等组成。这种系统 利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像 的多画面显示，从而大大提高了图像质量，但是稳定性不够好、功耗高、体积大、价格比 较昂贵。 3 、基于嵌入式的数字视频监控系统 随时嵌入式系统的快速发展，视频监控进入了数字化的网络监控时代。该类系统把摄 像机输出的模拟视频信号通过视频解码器转换成数字信号，再由嵌入式处理器对数字视频 信号进行处理、分析以及压缩等处理，用户不需要使用专用的软件，只需使用浏览器和网 络便可实现视频的网络传输和网络管理。基于嵌入式的视频监控系统不但继承了基于p c 的视频监控系统的特点，而且具有可靠性高、成本低、体积小、功耗低等优点。数字视频 监控系统不仅符合信息产业的发展趋势，而且也代表了监控行业的发展方向，蕴藏着巨大 的商机。虽然嵌入式系统的图像处理功能还比不上计算机，但是嵌入式微处理器的迅速发 l 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 展使得其图像处理能力也在不断地提高。2 l 世纪以来，随着计算机视觉、模式识别、人工 智能研究的逐渐深入，出现了以数字视频监控系统为基础的智能视频监控系统。总体而言， 视频监控系统正朝着数字化、网络化、智能化、一体化的方向发展。 嵌入式视频监控系统是当今嵌入式系统发展的一个热门应用，基于嵌入式系统的数字 化视频监控系统越来越受到客户的青睐，网络技术的发展为实现远程视频监控创造了条 件，大容量磁盘存储技术的发展为视频数据存储提供了保障，而h 2 6 4 等优秀图像算法的 出现解决了网络带宽不足和误码率高等问题。总之市场的需求和技术的进步促使嵌入式视 频监控系统得到了迅速发展【3 l ，因此研究嵌入式视频监控系统具有重要的意义1 1 2 本文主要工作和结构安排 本系统的总体设计目标是能够对从模拟摄像头输入的视频信号进行实时的监控，对目 标区域的物体进行运动检测，根据用户需要进行视频的实时录制及回放，用户能够通过网 络进行视频监控及系统功能的参数设置，并且还能够利用红外控制器进行系统参数设置。 1 2 1 论文主要工作 本论文主要完成了以下工作： l 、根据需求，分析了现在主流的基于嵌入式视频监控系统方案的优劣，提出了以 公司生产的d a v i n c i 系列芯片中的t m s 3 2 0 d m 3 5 5 处理器为核心的嵌入式视频监 控系统方案。 2 、根据总体方案设计，完成外围芯片选型、硬件电路原理图设计、p c b 制板。 3 、对系统的硬件电路进行焊接及调试，使系统能够稳定工作。 4 、对系统的嵌入式软件平台作了简要介绍，对现在流行的嵌入式操作系统和文件系 统进行比较和选择，详细的阐述了引导加载程序、操作系统及文件系统的配置、 编译及下载过程。 5 、对系统的视频处理流程及视频采集程序进行研究与设计，分析了网络监控的关键 技术：b o a 服务器和c g i 技术，并对红外控制技术进行分析与研究。 6 、完成系统功能的测试与工作总结及展望。 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 2 2 论文结构安排 全文分为六个章节，具体结构安排如下： 第一章：绪论。介绍课题研究的背景和意义，主要介绍了视频监控系统的发展历程与 发展趋势及研究意义，并对本文的主要工作及论文结构安排作了简要介绍。 第二章：系统总体方案设计。对嵌入式系统特点及应用作了简要介绍，分析了现在三 种主流的基于嵌入式的视频监控系统方案的优劣，在此基础上提出了基于a m r + d s p 协处 理器的嵌入式视频监控系统方案，并详细介绍了该方案的核心：t i 公司的d a v i n e i 技术和 d m 3 5 5 处理器。 第三章：系统硬件电路设计。分三大模块：电源模块、d m 3 5 5 主系统、红外解码模块 进行介绍，根据系统的电源需求，详细阐述了电源转换芯片的选择与电路设计。对于d m 3 5 5 主系统中的视频解码模块、存储器、s d 卡接口、以太网控制器、实时时钟、j t a g 接口、 串口以及红外解码模块的电路给出了详细的原理分析及设计说明，并对p c b 绘制时的布 局、布线注意事项及信号完整性进行了详细的说明，最后完成p c b 制板、硬件电路焊接及 调试。 第四章：嵌入式l i n u x 软件平台搭建：简要介绍了b o o t l o a d e r ，分析和比较几种流行 的嵌入式操作系统和文件系统后，选择了适合本系统的操作系统和文件系统，详细的介绍 了引导加载程序u b o o t 、嵌入式l i n u x 内核的配置和编译及下载过程。 第五章：软件设计。详细的介绍了视频处理流程以及视频采集程序的设计与实现，重 点分析了实现网络监控的关键技术如b o a 服务器和c g i 技术，并分析了本系统红外解码的 原理与流程。 第六章：实验结果及总结。对系统进行功能测试，并对论文已完成的工作进行总结， 探讨系统还可以完善和改进的地方。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章系统总体方案设计 2 1 嵌入式系统简介 第二章系统总体方案设计 嵌入式系统是一个比较笼统的概念，随着嵌入式系统在工业、消费电子等领域的应用 不断扩大，使得人们很难给嵌入式系统一个确切的定义。我国对嵌入系统的主要定义是： 以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应于应用系统对功能、可靠性、 成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统，它主要有以下特点： 面向特定应用及可裁减性 实时性高 便携性及可移动性 可靠性高 复杂的应用环境 随着计算机及集成电路技术的发展，嵌入式系统日渐普及，它的应用也越来越广泛， 主要包括以下领域： 工业控制 交通管理 信息家电 家庭智能管理系统 电子商务 环境工程 机器人 2 2 嵌入式视频监控系统方案比较 视频监控系统是应用计算机与通信技术实现对目标信息进行监控的系统，常用于交 通、能源、公安、电信、军事等部门。现在主流的嵌入式视频监控系统方案有以下三种： 单d s p 处理器方案、单嵌入式处理器方案、嵌入式处理器+ d s p 处理器方案。 l 、单d s p 处理器方案 d s p 的优势是采用专门的硬件乘法器和流水线操作，具有强大的数据处理能力和较高 的运行速度，适合以视频处理为代表的大运算量系统，因此适用于视频的采集、编码、分 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章系统总体方案设计 析等处理。如文献【4 】介绍了以t m s 3 2 0 d m 6 4 2 处理器为核心设计的d s p 视频监控系统， 主要原理是利用d s p 芯片d m 6 4 2 对摄像头获取的图像进行压缩、处理，传送到监控中心。 d m 6 4 2 完成了图像采集，图像压缩，传输等处理工作，减少了嵌入式视频监控系统开发的 成本和难度，该系统设计示意图如2 1 所示。这种方案的缺点是其外围设备较少，通用性 不够好，控制能力也比较差，从而限制了视频处理系统的应用推广及功能扩展。 图2 1 基于d s p 的监控系统设计示总图 2 、单嵌入式处理器方案 这种方案一般都采用单a r m 核的芯片作为中央处理器。由于a r m 处理器具有体积 小、成本低、可靠性高、外围设备接口丰富、功耗较低等特点，被广泛应用在控制领域。 如文献 5 】把带有u s b 接口的摄像头接入a r m 9 处理器s 3 c 2 4 1 0 ，$ 3 c 2 4 1 0 在外围电路的 配合下完成前端视频采集、编码工作，然后通过以太网与宿主机相连实现视频监控功能， 该系统的设计示意图如图2 2 所示。但单嵌入式处理器方案的浮点运算一般只能由软件来 完成，因此适合控制代码处理，而不适合语音、视频编解码等实时数字信号处理，数字运 算能力的限制使只具有单a r m 核的嵌入式系统很难胜任视频监控系统的全部工作。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章系统总体方案设计 图2 2 基于a r m 的监控系统设计不慈图 3 、嵌入式处理器+ d s p 处理器方案 基于嵌入式处理器+ d s p 架构的视频监控方案能结合上述两种方案的长处，同时克服 不足，是解决以嵌入式处理器为核心的视频监控系统的很好方案。此架构采用嵌入式处理 系统和视频处理模块并行的模式，嵌入式处理通过总线与d s p 芯片进行通信。如文献【1 】 采用t i 的多媒体处理芯片1 m s 3 2 0 d m 6 4 2 作为协处理器，负责视频的采集、处理、分析， 并将分析结果通过h p i 接口传给a r m ，采用a r m 作为主处理器，负责处理d s p 传过来 的视频分析结果，从而决定是否报警，并且向d s p 发送视频图像传输请求及各种控制命令， a r m 通过以太网接口与p c 机通信，图2 3 是该系统的设计示意图。但是这种方案采用双 处理器，增加了系统的成本和功耗。 图2 3 基于a r m + d s p 的监控系统设计示意图 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章系统总体方案设计 2 3 本系统方案选择 本系统采用a r m + d s p 协处理方案，与2 2 节所介绍的第三种方案类似，不同点是 a r m 与d s p 集成在一个芯片上，因此本文采取的方案不但能够继承2 2 节所介绍的第三 种方案的优点，而且降低了产品的功耗与成本，另外采用单芯片架构能够减少它所占用的 p c b 板空间，从而减少设计出来的产品体积。本系统采用的处理器是1 r i ( 德州仪器) 公司 生产的达芬奇系列芯片中的刑s 3 2 0 d m 3 5 5 芯片，它具有价格便宣、功耗低的特点，是由 m c u 和d s p 组合的s o c 芯片，集成了高性能的a r m 9 处理器和m p e g 4 协处理器，既具 有对外设的强大管理能力，又具有对数字信号进行高速处理的能力。 2 4d a v i n c i 技术介绍 d a v i n e i 技术是，r i 公司为数字视频处理及应用提供的解决方案，包括处理器、开发工 具、软件及专业技术等。d a v i n e i 技术采用高度集成的片上系统，具有高效的处理能力， 完整的达芬奇软件架构涵盖驱动程序和应用程序接口a p i ，能够使开发人员无需了解各种 音频、视频背后的d s p 编程，只需调用少量函数便可实现d s p 编解码功能，加快了系统 开发。另外d a m c i 技术通过提供开放式平台降低系统创建和众多组件管理的复杂性，t i 公司与第三方合作伙伴在该平台上集成了构成数字视频系统所需的各种组件，同时开放式 开发平台还扩展到应用程序，从而降低了技术人员开发产品的难度1 6 , 7 1 。 2 5t m s 3 2 0 d m 3 5 5 介绍 t m s 3 2 0 d m 3 5 5 是t i 公司推出的针对高清视频产品市场的d a v i n c i 处理器，其中a r m 核是a r m g e j s ，频率可以工作在2 1 6 m h z 或2 7 0 m h z ，d s p 协处理器可用于m p e g j p e g 算法的实现，性能很强，能够以每秒3 0 帧的速度对7 2 0 p 格式的视频进行m p e g 4 实时编 解码以及每秒5 0 万像素的速度提供i p e g 编解码功能【8 1 ，下面介绍d m 3 5 5 的一些详细特 性【9 l ： l 、a r m 处理器a r m 9 e j s 核属于a r m 9 e 系列微处理器，具有以下特点： 支持d s p 指令集，适用于需要高速数字信号处理的场合。 5 级整数流水线，指令执行效率高。 支持3 2 位a r m 指令集和1 6 位t h u m b 指令集。 支持3 2 位的高速a m b a 总线接口。 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文箍三章覆缠璺签查塞塑盐 全性能的m m u ，支持w m d o w sc e 、l i n u x 、p a l mo s 等多种主流嵌入式操作系 统。 支持数据c a c h e 和指令c a c h e ，具有更高的指令和数据处理能力。 2 、具有集成的视频处理子系统v p s s ( v i d e op r o c e s s i n gs u b s y s t e m ) 视频处理子系统由视频处理前端v p f e ( v i d e op r o c e s s i n gf r o n te n d ) 和视频处理后端 v p b e ( v i d e op r o c e s s i n gb a c ke n d ) 组成，视频处理前端提供了c c d 和c m o s 传感器接口， 可以接受符合b t 6 0 1 b t 6 5 6 标准的y c b c r 数据【1 0 1 。视频处理后端支持8 b i t 1 6 b i ty c b c r 和最高1 8 b i tr g b 6 6 6 数字信号输出，能够输出n t s c p a l 制式的复合视频信号，通过与 外部编码芯片配合工作可以输出7 2 0 p 1 0 8 0 i 信号到h d t v ，而且在硬件上实现了o s d 显 示的功能( o s d 是o n = s c r e e nd i s p l a y 的简称，即屏幕菜单式调节方式。一般是按m e n u 键 后屏幕弹出的各项信息的矩形菜单，可通过该菜单对系统各项工作指标包括色彩、模式、 几何形状等进行调整) 。下面重点介绍d m 3 5 5 视频处理后端。 d m 3 5 5 视频处理后端用于视频输出，支持标清电视、l c d 显示器等，d m 3 5 5 的视频 处理后端模块由o s d 模块和视频编码( 戮c ) 模块组成i l o l ，图2 4 是功能框图： d n d d f e m i f 矧。c。l。u。i。盥 鬻 协绚 g e n e r a t o r 既g i t a i l c d c o n t m r e f d i g i t a l v i d e o i n t a r f a 0 b 幽clko s d o s d ，隧黪凌毫 、tt 、t 3 j 一? 删1 ：一。，i 0 ：；j 鼻 d a t a 枣n 憾9 e 萌g 删 。t i m i n g 翻g n 翻 叶c l o c k 搿鲫翻 c o n t m 4s 铆霜 图2 4d m 3 5 5 视频处理后端功能框图 这两个模块为d m 3 5 5 提供了强大和灵活的视频后端显示接口，主要功能如下： o s d ：从内存中取出视频数据和显示数据( 位图) ，并把它们叠加在一起以y c b c r 的 数据格式发送给视频编码模块( v e n c ) 处理。 v e n c - 从o s d 中取出要显示的帧，处理成要求的输出格式和信号，包括数据、时钟、 8 疆 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章系统总体方案设计 同步信号等，并且提供接口连接到显示设备上，它主要由三个子模块组成： ( 1 ) 模拟视频编码器：进行a d 转换，提供n t s p p a l 制式的电视接口。 ( 2 ) 数字l c d 控制器：提供l c d 显示器的接口，并且能够提供标准的y u v 输出信号， 可以连接到高清视频编码器。 ( 3 ) 时钟发生器：为模拟视频和数字视频输出提供时钟。 3 、丰富的外部设备接口。 外部存储器接口支持d d r 2 和m d d rs d r a m ，寻址空间达2 5 6 m 字节，而异步外部 存储器接口( a e m i f ) 可以支持8 b i t 1 6 b i t 数据宽度的n a n df l a s h 或1 6 b i t 数据宽度的 o n e n a n df l a s h ，另外还有m m c s d 卡，串口、u s b 等通用接口，图2 5 是d m 3 5 5 芯片 功能结构框图1 9 1 ： 图2 5d m 3 5 5 芯片功能结构框图 d m 3 5 5 还具有低功耗的特点，d m 3 5 5 在高清m p e g 4 编码过程中的功耗约为4 0 0 m w ， 待机功耗仅为l m w ，另外它的价格不到十美元。 2 6 系统硬件方案设计 要实现对视频的远程监控，网络功能是必不可少的一部分，此外，为了方便用户使用， 在功能设计时，用户不但可以通过网络进行视频监控和系统参数设置，而且可以利用电视 机和o s d 显示技术，通过红外控制器进行菜单选择及参数设定。根据总的功能需求，系 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章系统总体方案设计 统的硬件整体设计框架如图2 6 所示： 图2 6 系统的硬件整体设计框架 下面简要的介绍图中各个模块的主要功能： l 、电源模块 它的主要作用是为整个系统各个芯片提供稳定的电源。根据芯片的电源需求，需要提 供三种直流电平：1 3 v ，1 8 v ，3 3 v 。本系统先采用1 2 v 的电源适配器把2 2 0 v 的交流电 转换为1 2 v 的直流电源后，再利用电源转换芯片得到本系统所需的各种电平。 2 、d m 3 5 5 主系统 该模块是本系统最核心的部分，结合一些外围电路，可以完成视频的实时采集，编码、 存储、传输、电视显示等功能。各个部分的主要功能分别如下： 视频解码芯片：把摄像头输入的模拟信号转换成为d m 3 5 5 的c c d 控制器所能识别的 数字信号。 n a n df l a s h ：存储u b o o t ，l i n u x 操作系统以及文件系统，并用来保存系统运行时所 需的配置文件。 s d r a m ：为操作系统提供所需的内存空间，并为采集的原始视频数据及编码后的码 流提供缓冲区。 以太网控制器：为系统提供网络传输功能，从而实现视频的远程监控及参数设置。 j t a g 调试接口：用于d m 3 5 5 的u b o o t 下载及硬件测试。 1 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章系统总体方案设计 u a r t ：在系统开发时作为控制终端，方便开发初期的软件调试。 t v 输出接口：提供了一个简单方便的人机交互手段，用户可以通过电视机方便的对 摄像头输入的图像进行监控，同时利用d m 3 5 5 的o s d 显示功能并结合红外解码模块对系 统的视频采集、编码、运动检测部分等进行参数的设置。 s d i o 的接口：主要功能是外接s d 卡存储器保存编码后的m p e g 4 码流，供用户进行 回放。 实时时钟：为系统提供时间。 3 、红外解码模块 该模块的主要作用是接收红外遥控器的红外信号后进行解码，得到d m 3 5 5 所能识别 的数字信号，而解码后得到的数值即为用户按键的键码，d m 3 5 5 可以通过i 2 c 总线读取该 键码从而进行相应的操作。 2 7 本章小结 首先对嵌入式系统的特点及应用作了简要概述，分析了三种嵌入式视频监控系统方案 的优劣后提出了基于d m 3 5 5 的嵌入式视频监控系统方案，详细介绍了t i 公司的d a v m c i 技术和d m 3 5 5 处理器，最后给出了总体的硬件设计框架，并对各个模块的功能进行了简 要的介绍。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章系统硬件电路设计 第三章系统硬件电路设计 本章把整个系统分三大模块分别进行介绍：电源模块、d m 3 5 5 主系统、红外解码模块。 电源模块为其它模块提供其所需的各种电平，d m 3 5 5 主系统主要完成模拟视频信号解码、 编码、传输、存储和其它控制等，而红外解码模块则完成红外控制信号的接收和解码。 3 1 电源模块 电源部分是整个系统工作的基础，它的稳定对整个系统的稳定工作起着至关重要的作 用。在进行电源模块设计之前必须对整个系统的供电需求有一个详细的了解，因为不同芯 片对电源的电压、电流有不同的需求，表3 1 列出了本系统