基于TMS320的數(shù)字視頻采集卡設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的數(shù)字視頻采集卡通常只具備視頻采集功能，而不具備視頻處理功能。介紹了一塊基于TI公司C6000系列DSP芯片的數(shù)字視頻采集卡的設(shè)計(jì)，該卡具備自主的數(shù)字視頻處理功能，通過(guò)PCI接口與主機(jī)通信。

系統(tǒng)組成

如圖1所示，本文所述數(shù)字視頻采集卡由以下5個(gè)部分組成：

圖1 采集卡系統(tǒng)組成框圖

（1）高速視頻采集單元，主要完成模擬視頻信號(hào)到數(shù)字視頻信號(hào)的變換；

（2）數(shù)據(jù)交換單元，由FPGA和雙口RAM構(gòu)成，采用包交換技術(shù)，完成數(shù)字視頻數(shù)據(jù)向DSP的傳送；

（3）DSP及其外圍接口電路，包括EMIF接口、McBSP接口、HPI接口、PLL時(shí)鐘接口、DMA接口、JTAG接口、電源監(jiān)控等；

（4）DSP與PCI總線的橋接單元，主要完成DSP與上位機(jī)的通信；

（5）雙供電模式的電源部分。

下面將對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)分別進(jìn)行介紹。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

高速視頻采集單元
模擬視頻信號(hào)是一類比較復(fù)雜的模擬信號(hào)，信號(hào)中包含了像素的亮度信息，色彩同步信息和行、場(chǎng)同步信息。要實(shí)現(xiàn)正確的圖像采集，必須從復(fù)合的視頻信號(hào)中正確地分離出各種信號(hào)，并利用其中的同步信號(hào)控制A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)正確的圖像采集。

如圖2所示，在硬件設(shè)計(jì)上有2種實(shí)現(xiàn)方案：

圖2 A/D采樣方案

（1）采用通用A/D器件+同步信號(hào)分離器件；

（2）采用專用的視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片。

方案1的實(shí)現(xiàn)電路較復(fù)雜，本文的設(shè)計(jì)采用了第2種方案，以PHILIP公司的視頻采集芯片SAA7111為核心構(gòu)成轉(zhuǎn)換電路。

數(shù)據(jù)交換單元
在實(shí)時(shí)視頻圖像處理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的吞吐量是很大的，大量的視頻圖像數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)采集、傳輸、處理。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)的傳輸設(shè)計(jì)是非常重要的。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，利用FPGA和雙口RAM實(shí)現(xiàn)了一種包交換的數(shù)據(jù)傳輸方式，如圖3所示。

圖3 FPGA及雙口RAM

在系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA首先要完成對(duì)A/D采樣的控制，包括控制采樣的啟停，采樣數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換等；其次FPGA要完成對(duì)雙口RAM數(shù)據(jù)寫(xiě)入的控制和數(shù)據(jù)發(fā)送中斷信號(hào)的產(chǎn)生；另外，還要在FPGA中形成從A/D到雙口RAM的數(shù)據(jù)通路，在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)一些數(shù)據(jù)預(yù)處理的功能。

在雙口RAM設(shè)計(jì)上，本文將整個(gè)雙口RAM分成2個(gè)存儲(chǔ)塊，每當(dāng)一個(gè)存儲(chǔ)塊在進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，另一個(gè)存儲(chǔ)塊在進(jìn)行讀操作，這樣數(shù)據(jù)的讀、寫(xiě)操作在不同的存儲(chǔ)塊上同時(shí)進(jìn)行，即實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的緩沖，又實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的不間斷傳送。數(shù)據(jù)的分塊交換傳輸過(guò)程也是數(shù)據(jù)的打包過(guò)程，存儲(chǔ)塊的大小決定了數(shù)據(jù)包的大小，數(shù)據(jù)的打包有利于數(shù)據(jù)的整塊處理。