基于達(dá)芬奇技術(shù)的數(shù)字視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：達(dá)芬奇技術(shù)是業(yè)界第一款集成了DSP 處理器、軟件、工具以及技術(shù)支持的綜合型解決方案系列，非常適用于開(kāi)發(fā)各種優(yōu)化的數(shù)字視頻終端設(shè)備。本文介紹了一種基于達(dá)芬奇技術(shù)的數(shù)字視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的總體架構(gòu)、視頻部分功能、電源設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)。

引 言

在數(shù)字視頻創(chuàng)新已經(jīng)成為數(shù)字信息產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)的今天，數(shù)字視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不斷提高，數(shù)字視頻系統(tǒng)的復(fù)雜度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以往任何時(shí)候。達(dá)芬奇技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻需要四大要素的最新進(jìn)步，即：處理器、開(kāi)發(fā)工具、軟件以及系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)。由于能夠在集成這四種要素的平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻、音頻、語(yǔ)音與話(huà)音技術(shù)，因此達(dá)芬奇技術(shù)可以為數(shù)字視頻的當(dāng)前變革打下基礎(chǔ)。

本設(shè)計(jì)是在一塊60*60mm 的PCB板上來(lái)完成視頻的采集、處理與顯示。由攝像頭采集的視頻圖像經(jīng)由解碼器轉(zhuǎn)換成達(dá)芬奇處理器能夠處理的格式，在Codec Engine 中實(shí)現(xiàn)H.264 、MPEG-4編解碼，在LCD液晶屏上最高能達(dá)到1280*720 分辨率下30fps(幀/每秒)流暢顯示。這樣的數(shù)字視頻系統(tǒng)能達(dá)到尺寸小，功能強(qiáng)，設(shè)計(jì)靈活，實(shí)用性廣的優(yōu)點(diǎn)。

1. 1．系統(tǒng)的總體架構(gòu)及工作原理

2. 1.1 TMS320DM6446 器件總攬 達(dá)芬奇處理器TMS320DM6446 是基于業(yè)界最高性能的DSP平臺(tái)―TI TMS320C6000 由ARM926EJ-S 內(nèi)核、TMS320C64x+ DSP 內(nèi)核、系統(tǒng)控制、視頻處理子系統(tǒng)(VPSS)、電源管理、外部存儲(chǔ)器接口、外圍控制模塊等功能模塊組成。

TMS320DM6446 中的ARM926EJ-S 內(nèi)核具有16KB 指令和8KB 數(shù)據(jù)Cache 及16KB ROM 和16KB RAM 。TMS320C64x+ DSP 內(nèi)核具有32KB L1 程序R A M / C a c h e 、8 0 K B L1 數(shù)據(jù)R A M /Cache 及64KB L2 RAM/Cache 。具有DDR2 內(nèi)存控制器；64 通道增強(qiáng)型DMA 控制器；串行端口(3 個(gè)UART、I2C、SPI、音頻串口);3 個(gè)64 位通用定時(shí)器；10/100M 以太網(wǎng)；USB2.0 端口；3 個(gè)PWM 端口；多達(dá)71 個(gè)通用I/O 口；支持MMC/SD/CF 卡等。系統(tǒng)控制模塊提供了看門(mén)狗、中斷控制器、電源管理控制器、復(fù)位控制器及2 個(gè)片上振蕩器。視頻處理子系統(tǒng)(VPSS) 有用于視頻輸入的視頻前端輸入(VPFF) 接口由CCD 控制器(CCDC)， 預(yù)處理器、柱狀模塊、自動(dòng)曝光/白平衡/聚焦模塊(H3A)和寄存器組成；和用于視頻輸出的視頻后端輸出(VPBE)接口由屏幕菜單式調(diào)節(jié)器(OSD)、視頻編碼器(VENC)和四路10bit DACs 組成。

1.2 系統(tǒng)的硬件組成及工作原理

整個(gè)數(shù)字視頻系統(tǒng)采用的是由達(dá)芬奇處理器（TMS320DM6446）、DDR2 SDRAM 、NAND FLASH、視頻解碼器TVP5146 、電源管理芯片TPS65023，LTC3412 加上外圍接口芯片的方案。視頻解碼器把CCD攝像頭傳過(guò)來(lái)的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，變成符合ITU-BT.656 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻信號(hào)，然后將數(shù)字視頻信號(hào)傳到達(dá)芬奇處理器的視頻處理子系統(tǒng)的前端進(jìn)行預(yù)處理經(jīng)過(guò)Codec Engine 編解碼后送到視頻處理子系統(tǒng)的后端，直接輸出數(shù)字視頻信號(hào)到顯示終端上或是通過(guò)四路54MHz 的DACs來(lái)提供NTSC/PAL制式的模擬視頻輸出。DM6446 上的ARM端主要做為控制器來(lái)控制視頻解碼芯片和外圍接口芯片，DSP端主要負(fù)責(zé)視頻編解碼工作。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

1. 2．視頻部分的硬件結(jié)構(gòu)及其分析

2. 2.1 視頻采集與解碼

本設(shè)計(jì)選用TI公司的視頻解碼芯片TVP5146 完成從模擬到數(shù)字視頻的轉(zhuǎn)換。TVP5146 允許10路模擬視頻輸入,具有4路10bit A/D 轉(zhuǎn)換器;場(chǎng)同步信號(hào)VS,行同步信號(hào)HS,奇偶場(chǎng)信號(hào)FID,時(shí)鐘輸出信號(hào)DATACLK 等都由引腳直接引出,省去同步時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)。

TVP5146 上的Y[9：2]為輸出的亮度視頻信號(hào)，DATACLK 為行鎖定系統(tǒng)的輸出時(shí)鐘，像素時(shí)鐘頻率為27MHz， 用來(lái)同步數(shù)據(jù)采集，HS為行同步信號(hào)，VS為場(chǎng)同步信號(hào)分別與達(dá)芬奇處理器DM6446 視頻端口對(duì)應(yīng)的信號(hào)相連接。HS的高電平表示一行有效采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，VS 的高電平表示一場(chǎng)有效信號(hào)，對(duì)于NTSC 制信號(hào)，單場(chǎng)為243 行， 奇偶場(chǎng)信號(hào)FID為1 時(shí)，表示當(dāng)前為奇數(shù)場(chǎng)，為0 表示偶數(shù)場(chǎng)。視頻解碼芯片與DM6446 的接口電路如圖2所示。

圖2 視頻前端模塊接口