DM嵌入式无线视频监控系统硬件设计方案

1、作者：Pan Hon glia ng仅供个人学习无线视频监控系统是公安、交通、水利等行业的重要装备，目前无线视频传输设备主要采用微波方式，其致命弱点是传输距离短，有障碍物时传输距离大为减少， 多年来一直没有得到很好的解决。随着运营商在国内大部分地区推出GRPS和CDMA1X公共无线数据网络,通过公共无线数据网络传输视频已成为当今研究 和应用的热点，它能彻底解决微波方式的短距离问题。由于公共无线数据网络的 带宽比较窄且不稳定,采用编码效率不高的视频压缩算法(如H. 263、MPEG-4 等),传输效果不理想,无法满足大多数监控场合的要求。H. 264 是JVT制定 的最新视频压缩标准，比H. 2

2、63 和MPEG-4 在同质量时码流可低50% , 同时支持无线网络传输，但其运算复杂度也是H.263和MPEG-4的3-5倍, 因此一般的CPU系统无法满足要求。TMS320DM642 是TI最新推出的高性 能数字媒体处理器，指令最高可达4800MIPS,可以满足实时H. 264 编码算 法的要求。本文设计了基于 TMS320DM642 的嵌入式系统,采用H. 264 视 频编码算法，成功的开发了基于CDMA传输的无线视频监控系统。1无线视频监控系统构成1.1无线视频监控系统设计需求本系统要求采用嵌入式视频发送终端，对采集视频图像进行实时压缩并通过 CDMA网络发送,接收端采用PC机对接收视

3、频数据进行解码并显示。对于嵌入 式视频发送终端有如下需求：2.4CDMA无线传输串口模块本系统中采用Q2358C串行接口模块作为CDMA接入设备,它支持语音通 信、支持中英文短信、双音多频功能(DTMF)等功能。波特率从300到115, 200 bit/s, 支持上网最高速率153 kb/s, 采用AT指令集通过RS-232 串口 进行通信。DM642没有异步通用串行接口，需采用扩展异步通信芯片来实现串 行通信TL16C752B 是UART收发器,最高波特率可以达到 3Mb/s（使用48MHz时钟源时）,其内部具有64byte发送/接收FIFO,接收FIFO的启动和停止可 通过软件编程实现，支

4、持多种波特率、多种串行数据格式。 DM642与其连接采用EMIF控制，地址线A0A2、数据线DOD7、读写控制信号IOR/IOW 与经过驱动的总线相连，而选通信号CSA/CSB 由GAL产生。TL16C752B 与Q2358C模块之间通过MAX3243 进行电平转换连接。图4给出一路串行接口 连接方式。2.5DE及USB通信模块本系统中对采集视频要进行本地数据存储，采用CF卡或IDE硬盘来保存数 据,在通过USB2.0 将保存于CF卡或DE硬盘中的数据在需要时读出。DM642 与DE接口通过GAL16LV8 产生的信号进行控制。TUSB6250 采用内嵌8051 内核的USB2.0到ATA/A

5、TAPI桥接器，其完全兼容USB2.0标准,支持八个可 配置终端（四路输入和四路输出）。内部集成USB存储设备传输协议，与 ATA/ATAPI设备无缝连接。内部集成的60MHz8051 微处理器指令速度可达 30MIPS, 40k byte RAM可灵活的配置为数据或代码 RAM , 13个通用I/O 口能进行各种通信和控制使用，并有I2C接口。在本系统中通过I2C和HPI总线 实现DSP和TUSB6250 之间的通信。DE及USB部分接口见图5一路PAL/NTSC标准模拟视频输入，一路模拟音频输入；采用CDMA 接入方式将视频数据通过网络发送；采用CF卡或硬盘对视频进行本地存储； 发送图像和

6、保存图像的尺寸和帧率等参数可调；可通过无线网络进行远程 控制，并且要求低功耗。1.2系统的总体设计由于CDMA无线网络带宽窄、带宽波动大，因此系统中采用H.264作为视 频压缩算法。同时本地存储与CDMA发送视频在图像尺寸和帧率上不同，需要采 用两个编码结构分别进行编码。图1显示了本系统的总体结构框图，系统主要 包括DM642CPU、视频输入、音频输入/输出、硬盘接口、串口和 U SB通信 (USB2. 0) 等主要功能模块，此外还包括实时时钟(RTC )、显示和I/O 接口 (LCD&I/0 )、SDRAM、FLASH 和电源(POWER )模块。下面将详细地对各个功能模块进行一一分

7、析和设计。2无线视频监控系统硬件设计2.1TMS320DM642 简介TMS320DM642 是TI推出的针对多媒体处理领域应用的高性能数字媒体 处理器。该处理器是专门为视频与影像市场量身定制的，特别适用于VOIP视频、 视频点播(VOD )、多信道数字视频摄录像应用以及高品质视频编码与解码解决 方案。DM642 处理器内部集成了 TMS320C64X 的DSP内核,在600MHz运行速度下，指令可达4800MIPS,由于其强大的运算能力,可以实现实时的H. 264 编解码算法。DM642内部集成了外部内存接口（EMIF）控制单元,通过20根地址线和64位数据总线可直接与外部的SDRAM、FL

8、ASH进行连接。本系统中由于采用100MHz 的SDRAM ,考虑到信号完整性，SDRAM 直接与DM642 连接， 而FLA SH通过总线加以驱动后加以连接。2.2视频输入模块DM642具有三个视频端口 ,支持多种分辨率和标准,如CCIR601、ITU- BT.656、BT. 1120 等,每个端口为20bit位宽,可以被灵活的配置为一个20/16bit 或两个10/8bit 通道。同时,每个端口都可配置为视频输入或视频输 出。本系统中采用VP0与SAA7113H 相连进行视频输入采集。SAA7113H为9bit视频解码器,其内部有由视频源选择、反混叠滤波器和ADC组成的两通道模拟预处理电路

9、、增益控制、时钟发生电路 （CGC）、多标准 数字解码器、亮度饱和度控制电路等组成。它支持PAL、NATSC等多种视频输 入格式，输出支持标准的ITU. 656 YUV 4: 2 : 2 8bit 格式，通过I2C 总线进行控制,只需一个24. 576MHz外部晶振，采用3. 3V电源、具有小于0. 5W 的功耗。SAA 7113H 与DM642 接口见图2。2.3音频输入输出（CODEC）模块DM642具有多通道音频串行端口(McASP)和两个多通道有缓存的串口 (McBSPs),但它们是与视频端口复用的,本系统中采用VP1中的McBSPsI作 为与音频Codec连接的接口。TLV320AI

10、C23B 是TI推出的一款高性能的立体声音频 Codec芯片，内置 耳机输出放大器，支持MIC和LINEIN 两种输入方式(二选一)，且对输入和输 出都具有可编程增益调节。AIC23B的模数转换(ADCs)和数模转换(DACs) 部件高度集成在芯片内部,采用了先进的Sigma-delta过采样技术，可以在8k到96k 的频率范围内提供16bit、20bit、24bit 和32bit 的采样,ADC 和DAC 的输出信噪比分别可以达到 90dB和100dB °A IC23B 还具有很低的能耗,回 放模式下功率仅为23 mW。A IC23B 与DM642 接口见图3。2.6电源及其它模块

11、DM642采用双电源供电,内核电源采用为1.4V 消耗电流为890 mA; I/O电源采用3. 3 V消耗电流为210mA。由于内核电源电压低同时消耗电流较大 如果采用LDO电源效率较低，消耗功率将加大,所以在本系统中采用两个开关电 源芯片TPS54310分别产生3. 3 V 和1.4 V电源，电源效率可达90%以上。 DM642 提供了 16个通用I/O ,通过这些I/O 实现键盘输入、控制开关量输 入与输出。DM642的视频端口 VP3配置为输出直接与LCD连接。另外，系 统中采用DS1338 作为实时时钟,提供实时时间信息。3系统设计中的注意事项3.1原理图设计DM642内部运行频率是通

12、过外部时钟输入经内部 PLL倍频后得到，PLL倍频可通过CLKMODE1 和CL KMODE2 管脚来选择x1、x6或x12,因此这 两个管脚外部一定要接相应的电阻可调，以便DM642可在不同速度下运行。DM642 有多种BOOT启动模式可选,如果选择EMIFA 的FLASH 作为启动 时,FLASH的片选必须接到TCE1上。DM642可选字节顺序的大/小模式、外 设的PC I、HP I、EMAC 模式的选择是通过复位时 LEND IAN、PC I_ EN、 PC I_ EEA I、HD5、MAC _EN 管脚的电平决定,一定要考虑其在复位时电平 值做成可调的。对于仿真器的EMU 1 : 0

13、保证已经上拉，TRST下拉。另外，在 AARDY管脚不使用时要保证其为高电平，NMI管脚不使用时要接地，在选择 HPI模式时要保证HPI控制信号电平正确,同时对其他不使用的输入管脚进行 正确处理。3.2PCB设计DM642作为高性能数字媒体处理器不仅内部具有很高的运行频率600MHz、720MHz和1GHz,而且与外部的SDRAM的总线速度也达到100MHz或133MHz,如果外部的SDRAM由于布线原因达不到设计的希望速 度，会降低系统的性能。对于100MHz以上的信号总线，存在信号完整性问题。 要保证信号的完整采用如下方法，对于SDRAM的时钟线尽量要短，到两个 SDRAM的长度尽量相等;

14、FLASH等其他外设不要直接与数据和地址总线连接 而应通过缓冲芯片（如SN74LVT16245B）连接；高速总线上要串入小阻值电阻阻值大小可通过仿真得到，同时对线路更加要求进行阻抗限制。DM642内部有 PLL,对于PLL外部所接器件要尽可能靠近芯片，而且必须放在线路板的一面上。对于JTAG的连线长度不能超过6in,如果超过6in长要加驱动。本系统中既有 模拟部分又有数字部分，要注意模拟电源和数字电源的设计，尽量减少数字信 号对模拟信号的干扰，否则对采集的视频信号会有雪花、 条纹，音频信号产生噪 音等。对视频、音频芯片尽量采用单独的电源芯片供电，模拟地和数字地要单点 或采用磁珠相连。4结束语依

15、据以上硬件设计完成基于DM642的嵌入式无线视频监控系统，该系统以 高速DSP为核心,辅以相应的外围电路，实现实时H. 264视频编解码。目前，该 系统已经顺利通过调试，连续运行稳定，为公安、交通、水利等行业的无线视频 监控提供切实可行的方案，具有非常高的应用价值。版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为潘宏亮个人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is Pan Hon glia ng's pers onal own e

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