1、 引言

視頻采集系統在航天、工業等領域大量存在，隨著多媒體技術的快速發展．對視頻采集及處理技術系統的性能提出更高的要求，如高采集速度、低功耗、信號連續平滑、延時小、實時性及擴展性等。TI公司推出的TMS320DM642器件很好地解決了上述問題，其豐富的外圍接口及專用的視頻處理模塊使得其非常適合日益發展的視頻處理系統。這里，提出了以TMS320DM642為核心，由解碼器TVP5150為視頻輸入解碼處理器，與非門Flash為存儲器、LXT971為網絡傳輸器組成的集視頻采集、壓縮、存儲、網絡傳輸于一體的多功能視頻處理系統。

2、系統硬件設計

圖1出系統硬件原理圖。TMS320DM642器件具有強大的處理能力和豐富的外部設備接口。滿足各種不同應用環境的控制與圖像輸出的需要。TMS320DM642在600 MHz的時鐘主頻下，數字處理能力可達到4 800MI／s，內部具有256 K字節的二級緩存結構：TMS320DM642具有4個可配置的視頻接口（VP0～VP3），能提供與通用視頻編解碼器等數據流的無縫連接，支持ITU—BT．656等多個視頻標準；并具有多通道音頻接口（McASP）、10／100 Mb／s以太網介質接入控制器（EMAC），以適應網絡和多媒體的需要，其片內64位的EMIF（Eixtemal Memoryr Interface）接口可以與SDRAM、Flash等存儲器件無縫連接，極大方便大量數據的搬移。

多功能視頻處理系統中CCD攝像頭將采集到的PAL制式的圖像信號通過視頻解碼器TVP5150轉換成8 bit的ITUBT．656格式的數字視頻信號，同時將相應的同步信息，比如行、場同步信號等，打包成內嵌同步頭信號送入TMS320DM642的VP0接口模塊．再通過TMS320DM642的內部集成外設將分離后的數字視頻信號通過EDMA送入SDRAM中，由DSP直接處理。TMS320DM642的CLOCK使用50 MHz的外部時鐘網絡和12倍的片內鎖相環倍頻系數，將DSP的主頻配置為600 MHz。由于視頻采集系統的數據存儲量大，計算復雜。系統在TMS320DM642的CEO空間通過EMIFA接口外擴了2片SDRAM存儲器，頻率為133 MHz，由外部ECLKIN外接PLL（Phase Locked Loop）產生133 MHz時鐘，使系統的SDRAM存儲空間達到32 MB。

TMS320DM642的Boot為EMIFA方式，系統在CEl空間外擴了一片Flash AM29LV320存儲器作為程序存儲器，當TMS320DM642上電或復位啟動時，自動從AM29LV320上加載程序代碼。另外系統在CEl空間外擴了一片NAND FlashK9 K8G08130M用來存儲處理后的視頻數據。同時系統采用Ahera公司的CPLD EPM3064ATCl00，管理系統內的控制信號，包括測試信號、復位信號、使能及中斷信號、同步控制信號等，以及對TMS32013M642的部分地址空間的管理，CPLD還預留了部分引腳用于系統功能的擴展。同時TMS320DM642內部集成了以太網控制器外設，在外部只需外擴PHY物理層器件LXT971就可為系統構建一條100 Mb／s的高速以太網接口，使系統具有了網絡傳輸的功能。

3、主要模塊數據處理

3．1 TMS320DM642數據處理模塊的工作流程

TMS320DM642的工作流程如圖2所示。上電后，首先初始化DSP的CSL庫函數，然后初始化PLL、GPIO及相關中斷寄存器，等待中斷信號的來臨。采集模塊中CPLD控制A／D轉換器寫FIF0，FIF0半滿時，通過HF信號通知CPLD，CPLD對TMS320DM642產生一個中斷信號，通知DSP將讀取的一幀圖像數據讀入到內存（SDRAM）中，DSP處理過的數據寫入DSP內軟FIF0，判斷寫外部接口滿足條件后，軟FIFO內數據可通過以太網，串口等接口輸出。視頻信號經解碼器轉換成數字信號傳送到DSP的專用數字視頻接口。DSP將采集的信號放到一個臨時的緩沖空間里，緩沖空間滿后，觸發中斷。DSP接收到中斷后將緩沖空間里的數據放到圖像緩存（SDRAM）中。DSP處理數據后，將處理后的數據寫入圖像輸出緩存（SDRAM）。如果寫外部接口條件滿足，DSP即將處理后的數據從輸出緩存中讀出，然后經以太網或串口輸出。

3．2 視頻采集數據處理

視頻解碼器TVP5150通過TMS320DM642的I2C總線設置其內部寄存器等。通過8位的并行數據線將采集到的視頻數據傳到TMS320DM642的video port口。TMS320DM642的片內視頻端口（VP0、VPl、VP2、VP3）可用作視頻捕獲端口、視頻顯示端口、視頻流傳輸端口。每個視頻在捕獲模式或顯示模式時可采用8／10位分辨率的ITU—R BT．656的YUV 4：2：2格式，或者作為一個Y／C 16／20位視頻通道，以YCbCr4：2：2格式的Y和Cb／Cr分離的形式輸入輸出。在系統中VP0口作為視頻捕獲端口，選用8位ITU-R BT656捕獲模式（內嵌式同步信號）。配置好TVP5150后，把DSP的相應采集輸入口也配置成ITU—R BT.656的輸入格式，然后再設置好EDMA通道并使能相關的中斷，DSP里面的EDMA會將視頻口輸入的亮度Y，還有紅差CR、藍差CB的數據自動分開存到TMS320DM642的內部RAM里，從而達到獲取視頻數據流的目的。

4 、系統測試

在焊接電路板時先焊接電源部分，待電源部分有穩定的電壓輸出后再焊接電路板上的其他部分，進行調試并測試驅動程序。當TMS320DM642與SDRAM、Flash、CPLD焊接完畢后，下載完成CPLD程序，然后將電路板連接仿真器及PC機，上電后啟動CCS（Code Composer Studio）代碼編輯與集成環境，如果能正常啟動并運行，則表示測試通道已經建立。TMS320DM642工作正常。

通過I2C總線配置視頻解碼器TVP5150的內部寄存器．系統調試中I2C的時序測試如圖3所示。圖3中的曲線分別為時鐘總線和數據總線。當數據總線為低時，從時鐘總線下降沿開始傳輸數據，圖4給出I2C數據傳輸原理，通過比較圖4和圖3，測試結果顯示，時鐘線與數據線傳輸正常，可正確配置各器件內部寄存器。

當系統的核心TMS320DM642工作正常后，即可調試系統各個外設模塊的調試。視頻輸入模塊是本系統的主要功能，一旦I2C工作正常，通過下載相關視頻程序到板子中，通過CCS使用View一》Graph一》Image操作顯示圖像。從而驗證視頻輸入模塊及相關器件的工作情況。圖5則驗證系統工作正常。

5、結語

采用TMS320DM642處理器設計的切實可行的視頻采集存儲系統，測試效果良好，性能穩定，達到預期設計目標。多功能頻視處理系統具有廣闊的應用前景，可廣泛應用于智能安防，機器人工業檢測和其他需要嵌入式圖像信息處理的自動化領域。

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