DSP课程设计基于DSP的视频监视系统的设计.doc

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1、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II1. 设计目的1 2. 设计要求2 3. 设计内容3 3.1系统需求分析33.2 DM642的图例43.3 视频部分电路的设计4 3.3.1视频编码部分4 3.3.2视频解码部分53.4音频部分电路的设计63.5 网络接口电路的设计63.6 存储器电路的设计63.6.1.SDRAM63.6.2.FLASH73.7 系统的应用性能及前景分析7总结与致谢8参考文献9附录1视频编码部分电路图10附2视频解码部分电路图11附3音频部分电路图12附4网络接口部分电路图13附5存储器电路图14摘 要 视频监控近年来得到了迅速的发展,应用范围越来越广

2、。随着各种视频信息处理技术的改进和提高,视频监控从模拟视频监控进入了数字监控的时代,进而进入了嵌入式数字视频监控时代。嵌入式数字视频监控系统具有体积小、成本低、可靠性高、使用方便等优点,在数字视频监控领域有广泛的应用前景。 本文给出了一套采用TI 公司推出的一款多媒体专用芯片TMS320DM642 构建嵌入式数字视频监控系统的方案。以视频编解码硬件系统及其实现技术为研究内容,以TMS320DM642 为核心,结合TVP5150 &SAA7105 视频编解码芯片,设计了高性能的视频监控系统。详细说明了系统架构以及视频解码、视频处理、存储器系统、音频接口、网络接口几个部分的设计并且给出了电路图。最

3、后在此基础上简要介绍了系统的应用前景以及功能扩展。关键词:DM642 ;视频压缩;视频监控;硬件电路设计151 设计目的 随着安全意识的增强，监控系统的需求逐渐增大。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

4、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。具体的原理图全部在附录附上2 设计要求1根据已知参数对输入信号特征进行分析、需求分析，选择确定DSP芯片型号、视频采集芯片型号，完成系统硬件设计。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

5、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

6、DM642的图例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

7、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。具体的电路图见附录1。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

8、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DM64

9、2 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。 TVP

10、5150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。具体的电路图见附录2。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

11、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。具体的电路图见附录33.5 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

12、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。具体电路图见附录43.6 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。鉴于DM642 的EMIF 在CE0 空间提供了1G、64 bit 的SDRAM 接口总线( 无缝连接) , 本系统采用了2 片32 bit 的MT48LC4M32B

13、2 - 6SDRAM 芯片(为了符合64 bit 的接口,必须采用2片32 bit 的SDRAM) ,在片外扩展32 Mbyte 的动态存储空间。SDRAM 工作的最高频率为133MHz ,为保证信号完整性,需要串接33 的匹配电阻降低传输线上的信号反射干扰; PCB 布线的时候要注意同步信号线的等长,以保证同步信号在一个时钟周期内可以几乎同时到达。考虑到PCB 版的顶层、底层与中间信号层的阻抗不一样,传输时延不一样 ,SDRAM 的数据线和地址线都被设计在中间的信号层。3.6.2 FLASH本系统采用8 Mbyte 的AM29LV640MT 映射到CE1 的低地址空间,用来存储程序,实现系统

14、的自启动。DM642 的CE1 空间被配置成8 bit宽,以适应自启动要求。8 Mbyte 的存储空间需要23 根地址线来寻址,而DM642 的EMIF 口可用地址线只有20 条。本系统通过3 根GPIO 口线模拟地址线来解决这个问题,实现FLASH 的页选。系统BOO T LOADIN G 时,先从第一页拷贝1 K的启动代码到DM642 ,完成芯片初始化,然后控制3 根GPIO 口线的组合完成余下代码的导入。具体的电路图见附录5。3.7系统的应用性能和前景分析 TMS320DM642 是TI 推出的一款专门面向多媒体应用的DSP , 具有超强的单核处理能力和丰富的外围接口, 其应用将会越来越

15、多。本文介绍的基于TMS320DM642 设计的嵌入式视频监控系统具有体积小、成本低、稳定性高、可扩展性好等优点, 可同时支持监控、压缩4 路视频信号,通过以太网传输,发现异常及时报警,并经CDMA 发送可疑图像等功能。该硬件系统已在实际工程中得到应用。 在DM642 中还可以加入人数统计算法,甚至人脸识别算法, 实现更深程度的智能监控。也可作为图像算法的实现平台,与ARM 操作系统相结合,增加对硬盘的操作,实现本地视频数据存储,进一步降低监控成本。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，初次做这个的时候，还是感觉力不从心，始终是第一次做这种东西。但是慢慢的熟悉之后，

16、直到自己做出来之后，还是很欣慰的。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。但是。在这里，又不可避免的涉及到一个关于隐私的问题，因为这个系统在监控某些地方的时候，是同步传送视频及音频信号的。在不久的将来。可能还会出现人脸识别。并不是每个人都是喜欢他的吧。特别是对于那些非常关注自己隐私的人。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

17、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。这一切的一切。与我的平时上课的高老师的生动的讲学是分不开的。在此深深的感谢他。同时，我们的辅导老师，张君捧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

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