摘 要: TMS320DM642是TI公司推出的一種專門用于圖像處理的高性能DSP，它具有強大的指令集和高速的運算速度。針對傳統基于PC網絡攝像傳輸系統的穩定性差、執行效率低的特點,提出了基于DM642的多通道視頻網絡傳輸系統。CCD攝像頭將拍到的圖像通過視頻輸入端口實時地傳給DM642，DM642憑借高速的運算能力對圖像進行處理，然后通過EMAC(以太網)將相關的圖像信息傳給PC以達到視頻監控的目的。
關鍵詞: 以太網; 圖像處理; 視頻輸入口
隨著網絡通信技術和視頻壓縮技術的日益成熟，遠程網絡攝像在視頻監控領域越來越受到人們的關注。目前，傳統的視頻網絡傳輸系統將網絡攝像頭采集的視頻信號通過圖像采集卡直接傳給PC機，PC機通過相應的圖像處理軟件對輸入的圖像進行壓縮、特征提取等處理。這種方法不僅成本高，而且系統的穩定性和實時性也差。
TI公司推出的DM642是一款專門用于圖像處理和傳輸的高性能芯片， 它具有4路圖像輸入/輸出端口、 EMAC[1]（以太網）接口模塊，以及高速的運算能力和靈活的指令集，非常適合實時圖像處理和視頻監控以及遠程傳輸。本文正是利用DM642的這些優點，設計了多通道視頻網絡傳輸系統。該系統采用SEED(合眾達)公司推出的SEED_TDK_VPM642開發箱作為試驗平臺，搭建多通道視頻網絡傳輸系統，實現對圖像的傳輸與處理。
1 系統的整體架構的介紹
圖1所示為整個系統的結構圖，由DSP開發板、攝像頭和顯示器組成一個子模塊，再由5個同樣的子模塊與主機通過Ethernet組成一個局域網絡。每個子模塊各分配一個IP地址，主機通過IP[2]地址可以訪問每個子模塊，實時顯示每個DSP采集和處理的圖像信息。
2 系統的硬件設計
系統的硬件框圖如圖2所示。該系統以DM642為核心,由視頻輸入模塊、視頻輸出模塊、以太網通訊模塊、存儲器模塊和電源模塊等組成。由攝像頭采集的4路視頻信號經過TVP5150解碼后送入到VP1和VP2兩個視頻輸入口， 解碼芯片將PAL格式的視頻信號轉換為BT.656視頻流，BT.656數據信號通過DM642的VP口傳輸給DSP。DSP通過EDMA的方式將接收的視頻信號傳輸至SDRAM儲存。DSP一方面從SDRAM中讀取視頻信號進行相應的處理(如進行JPEG壓縮、特征提取、識別等)，另一方面將處理過的信號通過EMAC(以太網)接口傳輸給PC機，與此同時，DSP還通過視頻輸出口將采集的視頻圖像在顯示器上進行實時顯示，以隨時觀測采集的圖像信息。Host PC機通過以太網接收DSP傳輸的視頻信號和相關的檢測結果，實時顯示遠程的圖像信息，同時將圖像和檢測的結果存儲到硬盤中方便用戶隨時進行調用分析。
2.1 視頻采集模塊的設計
視頻采集模塊中的TVP5150是TI公司推出的一款超低功耗，支持自動識別NTSC/PAL/SECAM制式的視頻解碼芯片[3]，具有體積小、價格低、使用方便等特點。本系統中采用了PAL制式[4]的CCD攝像頭,所以PAL制式的模擬信號送到TVP5150后，需按照YCbCr4:2:2的格式將其轉化為數字信號， 以8 bit內嵌同步信號ITU-RBT.656[5]格式輸出。由于DM642的一個視頻輸入口接收2路視頻輸入信號，故采用最簡單的ITU-RBT.656連接方式，即不需要水平、垂直、場同步信號。TVP5150的數據輸出口YOUT[7:0]與VPxD[9:2]相連，時鐘同步信號SCLk與視頻輸入口的一個VPx_CTK0相連，SCL和SDA與DSP的I2C總線[5]相連。TVP5150的GPCL引腳用作VP口的CAPEN，以控制視頻數據流的采集，當GPCL為“1”時，允許VP口對輸入的視頻數據流進行采集；當GPCL為“0”時，禁止對輸入的視頻數據流進行采集。TVP5150與DSP的連接硬件圖如圖3所示。
TVP5150作為DM642的從設備，最多可以配備2個不同的從地址,一條I2C總線總能同時訪問2個TVP5150配置口,而seed_VPM642模板上有4個TVP5150，所以用總線切換的方式將I2C分為2組，如圖4所示。其中GP0[0]來控制I2C總線的切換，當GP0[0]為0時，選擇第1、2通道的TVP5150；當GP0[0]為1時，選擇第3、4通道的TVP5150。
2.2 視頻回放模塊的設計
系統采用Phillip公司的SAA71721H作為視頻輸出的編碼芯片，支持NTSC/PAL制式的視頻編碼，其輸入支持BT.656格式的數字信號。SAA7121H與DSP的連接圖如圖5所示。
符合BT.656標準的YCbCr4:2:2數字信號從DM642的VP0[9:2]輸出送至SAA7121H的Min[7:0]中，經數/模轉換為模擬的視頻信號輸出顯示。DM642的VP0TCTL0、VP0TCTL1分別作為水平控制信號和垂直控制信號，與SAA7121H的RCV1和RCV2相連。在進行視頻編碼前，DSP通過I2C總線引腳的SCL和SDA對SAA7121H進行配置。
2.3 以太網接口電路的設計
DM642中PCI、HPI和EMAC的接口引腳是復用的，由于本硬件系統采用網絡傳輸的方式，故使用EMAC（以太網）的功能。通過軟件配置將EMAC_EN拉高、PCI_EN拉低即可配置為EMAC方式。DM642的EMAC提供數據鏈路層的功能，因此，只需要利用一塊物理層的網絡芯片（以太網網絡收發器），將網絡變壓器與Internet相連，便可構成10/100 Mb的自適應以太網接口。
以太網連接圖如圖6所示，本系統采用Broadcom公司的BCM5221作為10/100Base-Tx以太網收發器，BCM5221的MII接口(傳媒無關接口)與DM642的MII接口對接即可。此網絡的主要接口特性與功能包括以下幾點：符合IEEE802.3及TCP/IP協議；支持傳媒無關接口；8個獨立的接收和發送通路；同步10/100 Mbit的數據操作；廣播及多幀的發送。
2.4 電源模塊的設計
該硬件系統需要高精度、高穩定的雙電源來供電,以保證整個系統的正常運行。本系統使用了一個5 V電源來驅動2片電壓調整芯片[3]（TPS54310），產生內部核心電源CVDD為1.4 V和外部電壓DVDD為3.3 V。TI公司提供的TPS54310輸出精度為1%，完全滿足系統設計要求。為了保持系統穩定性，系統設計TPS76703XX電壓監測芯片，一旦電壓低于一定門限值(88%)，就強制系統進入復位狀態。TVP5150解碼芯片需要1.8 V的供給電壓，本系統采用Sipex公司的SPX3819-18電源轉換芯片，將3.3 V轉換為1.8 V。由于1塊該芯片能驅動4塊TVP5150，所以只要1塊芯片就可滿足要求。
3 系統的性能與應用前景
TMS320DM642是TI公司專用于數字圖像處理的高速處理芯片，它具有體積小、成本低、高速的處理能力和豐富的外圍接口、便于擴展和維護等特點，它可以同時支持4路視頻信號的采集、處理、壓縮、通過以太網傳輸、顯示等功能，該硬件系統正逐步應用到日常生活中。
憑借強大的程序移植功能，可以向DM642中寫入人臉識別算法、字符檢測等算法來實現客流量統計、車牌字符識別和視頻監控[6]等功能。同時也可以與ARM操作系統相結合，增加對硬盤的操作，實現本地視頻數據的存儲，進一步降低系統的成本。
參考文獻
[1] Texas Intruments. TMS320C6000 DSP ethernet media access controller (EMAC)/management data input/output(MDIO) module reference guide[R]. U.S:SMSC Inc, 2004.
[2] Texas Instruments. TMS320C6000TCP/IP network developer’s kit NDK user’s guide[R]. U.S: SMSC Inc,2003.
[3] 魏振宇，張旭東. 一種新的數字信號處理器媒體處理器DM642[J]. 世界電子元器件, 2004(6):28-29.
[4] 韓非，胡春梅，李偉. TM320C6000系列DSP開發應用技巧[M]. 北京：中國電力出版社, 2008.
[5] 劉瓊，安濤，金鋼. 基于DM642視頻采集處理系統硬件設計[J]. 微計算機信息, 2007,23(11-2):180-182.
[6] 劉源，朱善海，葉旭東. 基于DM642的嵌入式視頻監控系統的硬件設計[J]. 電子器件,2006,29(3):905-908.