基于DSP的网络安全视频监视系统的设计.doc

山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书目 录摘 要II一、设计目的1二、设计要求2三、设计内容33.1系统需求分析33.2系统方案设计33.3视频部分电路模块33.4音频部分电路模块53.5网络部分电路接口模块63.7存储器系统部分电路模块7总结与致谢8参考文献9摘 要 嵌入式网络视频监控系统作为新一代的视频监控设备，集先进的视频压缩处理和以太网通信与一体。通过Internet远程用户可以在任意时间、任意地点访问监控系统,进行实时视音频监控，接收报警信息，同时还可以对摄像机进行控制操作，对图像的质量进行调节。系统以嵌入式系统技术为基础，具有高度的稳定性和可靠性，在道路交通、银行、电信、智能家居等众多领域具有广泛的应用前景。 多媒体处理器集成了通用DSP芯片的特点，具有高速的运行速度、极强的处理能力和灵活性。同时，由于是面向多媒体应用，多媒体处理器对内核结构进行了优化，同时扩充了接口功能，添加了视频接口、音频接口、网络接口等，可以实现与视频解码芯片、音频解码芯片和以太网物理层芯片的无缝连接，整个芯片非常设和与网络视频监控系统的应用，比较有代表性的又TI公司的TMS320DM64x系列。采用多媒体处理器进行网络视频监控系统的设计，系统外围电路简单、体积小、灵活性高，可升级性和可扩展性强，所以是一种非常好的解决方案。 系统主要功能模块包括：视频解码、视频处理、存储器系统、音频接口、网络接口几个部分的硬件设计。系统硬件设计的工具采用的是Altium Designer，完成了系统原理图的设计。关键词：网络安全DVR ；TMS320DM642；硬件电路设计81 设计目的 由于传统监视设备通常是对模拟信号进行处理、存储和传输故而在安装和使用上有很大的不便，其推广受到很大的限制。针对这种情况，对于更加廉价、方便、快捷的远程视频监控系统，就显得越来越需要。在此基础上。更是对视频监视系统的图像视频及音频的处理力度上显得越来越来需要清晰。本系统在这种需求的前提下，采用廉价的TMS320DM624以及一些通用器件来实现图像视频及音频的压缩和传输。把摄像头传来的视频及音频信号数字化、压缩处理后通过网络传到远程监控端。本设计完成视频解码、视频处理、存储器系统、音频接口、网络接口几个部分的硬件设计。2 设计要求1本设计完成视频解码、视频处理、存储器系统、音频接口、网络接口几个部分的硬件设计。根据设计题目的要求，选择确定DSP芯片型号、视频采集芯片等型号。2基本教学要求：每人一台计算机，计算机安装CCS、Protel等软件。3 设计内容3.1系统需求分析 网络安全DVR是一个视频监视系统，该系统将模拟视频和模拟音频经过数字化压缩处理后，降低传输所需的带宽和减少对存储介质的海量要求，这样将为安全目的获得的数据变成数据流在LAN网络上传输而不需要昂贵的同轴电缆。 同时，本设计要求完成视频解码、视频处理、存储器系统、音频接口、网络接口几个部分的硬件设计。这就对整个的系统提出以下的要求。 （1）整个系统首先必须对视频进行采集。然后进行处理。编码压缩。然后传输。最后在监控端进行解码。（2） 在视频传输的同时必须同步的记录下音频的信号。并且在监控解码出完整的视频信号的同时。必须有完整的音频信号与之同步。（3） 音频信号与视频信号在传输的过程中。会产生时间延迟。同时。监控端若是在某个时候需要查看以前的监控片段。这就涉及到视频信号与音频信号处理形成的数据的储存问题。（4） 在音频信号与视频信号编码压缩处理形成数据之后。必须通过网络才能传送到远程的监控端。这里涉及到网络接口部分的设计。本系统主要的需求的分析如上。3.2 系统方案设计经过分析和比较，本系统采用TI公司的高性能多媒体处理器TMS320DM642x芯片为核心进行系统平台的设计。TMS320DM642器件是德州仪器推出的基于甚长指令字的结构开发出来的DSP，甚长指令字(VeryLongInstructionWord)这种结构能够使DSP的性能更加优越。TMS320DM642的内核是TMS320C64x，它属于TMS320C6000系列DSP，因此TMS320DM642的代码可以和TMS320C6000系列其它型号的DSP代码兼容。TMS320DM642是一款定点数字信号处理器，最高时钟频率可达720MHz，每秒最高可以执行5760百万条指令。它有两个多通道缓冲串行口，芯片采用BGA封装，集成度非常高。3.3 视频部分电路的设计 3.3.1视频编码部分 本系统采用了Philip s 公司的SAA7105H 作为本地回放的视频编码芯片。SAA7105H 可以将数字视频信号( ITU - R B T. 656) 编码成普通电视所能接收的N TSC 或PAL 制式的复合电视信号(CVBS)。 SAA7105H 还支持VGA 输出,通过I2C 总线对其内部寄存器设置就可以实现不同的输出。ITU - R B T. 656 标准的YCb2Cr4 :2 :2 格式数据从DM642的视频口2 的数据管脚(VP2D2. . 9 ) 输出,送到SAA7105H 的PD0. .7 管脚上, 经过数模转换成模拟视频信号并从CVBS1 、2 、3 中任何一个输出。水平、垂直、场同步信号线按后面的电路所示分别和DM642视频口2的3个控制线连上。3.3.2 视频解码部分 为了能同时支持4 路视频信号的采集,TMS320DM642 的三个视频口( Video Port 20bit) :视频口2 (VP2) 用作视频回放,视频口0 和1(VP0 & VP1) 分别被分成2 个8bit 的视频输入接口,选用4 片视频解码芯片TVP5150 ,实现4 路的视频采集功能。T VP5150 是TI 推出的一款超低功耗,支持自动识别N TSC/ PAL/ SECAM 制式的视频解码芯片,具有价格低、体积小、使用方便的特点 。 NTSC/ PAL/ SECAM 制式的模拟信号送到TVP5150 后,按照YCbCr 4 :2 :2 的格式转化成数字信号, 在本系统中以8bit 内嵌同步信号的ITU - R BT. 656 格式输出。由于受到DM642 的1 个视频口分成2 个8 bit 接口的限制, TVP5150 和DM642 的连接方式只能采用最简连线的ITU - R BT. 656 的方式(不需要水平、垂直、场同步信号线) 。其中YOU T 0 7 为TVP5150 的数据输出管脚,与DM642 视频口1 中的VP1D 2 9 管脚相连;时钟同步信号PCL K与DM642 视频口1 的VP1_CL K0 相连; SCL 和SDA作为I2C 接口的时钟线和数据线,分别与DM642的I2C 总线接口的时钟和数据线相连; IN TERQ/GPCL与DM642 的外部中断7 相连。在设计视频输入模块的时候需要注意的是: TVP5150 的I2C标准地址只有一位是可变的( 101110X1 , 其中的X) ,而在系统中用到了4 片TVP5150 。这样必须要有2 条I2C 总线,每条上面挂2 片TVP5150 ,才能正确地对各TVP5150 分别进行操作。而DM642自带的I2C 总线只有一条,因此需要利用GPIO (通用输入输出口) 模拟1 条I2C 总线。 TVP5150的IN TERQ/ GPCL 管脚需要和DM642 的外部中断相连,在软件上稍做处理,可以通过中断解决摄像机插拔时出现的分屏现象。3.4 音频部分电路的设计对于音频处理方面，本系统主要采用TI自家开发的TLV320AIC23B编码器，它一款高性能低功耗的立体声音频Codec芯片，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输入方式，输入/输出都具有可编程增益调节。AIC23内部集成了模数转换（ADC）和数模转换（DAC）电路，输出信噪比可分别达到90dB和100dB，可在8K96K的频率范围内提供16/20/24/32位的采样。 音质较为纯正，保真度高，高音响亮，低音实净。对与本系统的需求得到保证。对于音视频的同步也能较好的控制。3.5 网络接口部分电路图的设计 DM642 中的PCI、HPI 和EMAC 接口管脚是复用的。根据实际需要,本系统只采用了以太网接口(EMAC) 。通过DM642 的系统配置管脚MAC_EN 拉高,PCI_EN 拉低配置成EMAC 口使能4 。DM642 的EMAC提供了数据链路层的功能,所以只需要利用一块物理层的网络芯片。常用的单口100M/1000Mbps高速以太网物理层接口器件主要有CBTD16210DGGR、ET1011C、CDCE949、BCM5221KPT等，均提供MII接口和传统9线制网络接口，可方便地与TMS320DM6467接口。以太网物理层接口器件主要功能一般包括：物理编码子层、物理媒体附件、双绞线物理媒体子层、10BASE-TX编码/解码器和双绞线媒体访问单元等。 在该设计中，使用BCM5221KPT作为以太网的物理层接口。3.6 存储器系统部分电路图的设计 3.6.1 SDRAMDM642 芯片内部只集成了256 K 的SRAM ,需要在外部存储器接口( EMIF) 上扩展存储空间。总结与致谢本次设计的系统是基于DSP的网络安全视频监视系统的设计，对于这个系统来说。增加了很多家庭和公共场合的安全性是勿容置疑的，在经济高速发展，信息话社会的今天这个东西。我感觉对于当今的社会是必须的。通过本次课程设计，使我对DSP的书本上的很多知识得到了的掌握和理解，巩固了我在DSP原理及应用课程中所学的基本理论知识和实验技能，使我对DSP原理及应用课程有了更深入的了解，特别是对于TMS320D642这个芯片的认识，有了更进一步的提高，同时，也进一步激发了我对所学专业学习的兴趣，提高了我的实际操作能力。非常感谢高老师平时细心的教学，在此深深的感谢他。同时感谢指导老师杨健老师，杨健老师给予了我热心的帮助和大力的支持，给我提了诸多的宝贵意见，拓宽了我的思路。在此我向老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！ 在我的学习过程中，也还有其他的同学和其它也给了我耐心的指导和帮助。我在此对各位老师表示诚挚的感谢！参考文献1杨磊等.闭路电视监控系统.机械工业出版社，1999年5月2李波等.数字监控系统一多双眼睛看世界.北京航空航天大学，2000年7月3谢建国，陈松乔.视频存储技术发展综述.计算机工程与应用，2002年第9期4薛金柱，张培强，沈兰荪.基于DsP的低速率视频传输系统的设计.测控技术，2002年05期5习惠新标，董永强.数字化视频多合一监视设备的设计与实现.电视技术，2002年03期6张晓辉，李勇.对数字视频网络的分析与展望.电视技术，2002年02期7李在铭等.数字图像处理压缩与识别技术.电子科技大学出版社