基于DVR的網(wǎng)絡(luò)化家庭視頻監(jiān)控系統(tǒng)

其他：在DVR對視頻／音頻信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視、記錄、回溯處理的同時，還需要記錄相關(guān)的時間信息，所以需要提供硬件實(shí)時時鐘。另外，為了保護(hù)DVR軟／硬件開發(fā)者，尤其是軟件開發(fā)者的知識產(chǎn)權(quán)，還必須提供安全、可靠的硬件加密措施。

上述這些是一個通用的嵌入式DVR所必需提供的硬件配置。

基于DM642的嵌入式DVR的具體實(shí)現(xiàn)

由上述DVR硬件需求分析可知，基于TMS320DM642的DVR的構(gòu)成如圖1所示：

圖3：TMS320DM642的多通道音頻串口McASP與音頻Codec的接口。

TMS320DM642是TI公司2003年推出的、專門為視頻應(yīng)用開發(fā)的、業(yè)界最高性能的、主頻高達(dá)720MHz的、32-位定點(diǎn)DSP。TMS320DM642具有下列特點(diǎn)：1）采用TI第2代超長指令集結(jié)構(gòu)（VelociTI.2）的TMS320C64xDSP內(nèi)核，主頻高達(dá)720MHz，峰值處理能力可達(dá)5760MIPS，可實(shí)時完成4路CIF或2路D1的H.264壓縮算法；2）64位、133MHz外部存儲器總線，可直接接口大容量、低成本的SDRAM；3）3個雙通道數(shù)字視頻口，可同時接口多達(dá)6路的BT.656數(shù)字視頻口；4）多通道音頻串口，可同時接口多達(dá)4路立體聲輸入/輸出；5）IIC總線可無縫接口視頻解碼器/編碼器和音頻Codec的控制口；6）10M/100M以太網(wǎng)MAC方便實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)接口；7）32位/66MHzPCI總線方便與PC機(jī)接口，及實(shí)現(xiàn)多板并行工作；8）32位HPI接口方便與主處理器接口，并實(shí)現(xiàn)多板并行工作。

基本的處理器系統(tǒng)用來存儲程序代碼和緩存大量的數(shù)字視頻/音頻數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)中通過TMS320DM642的64位、133MHz外部存儲器總線來擴(kuò)展大容量、低成本的閃存和SDRAM。另外，為了對壓縮后的視頻/音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行海量本地存儲，還通過外部存儲器總線擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)的ATA硬盤接口。

視頻接口用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻輸入/輸出、模擬視頻信號數(shù)字化(解碼器)、數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號(編碼器)、以及視頻編碼器/解碼器接口TMS320DM642視頻口。TMS320DM642視頻口與視頻編、解碼器的接口如圖2所示：

音頻接口：音頻接口用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模擬音頻輸入/輸出、模擬音頻信號數(shù)字化(解碼器)、數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號(編碼器)、音頻編解碼器一般做在同一器件上，稱為音頻Codec器件，以及音頻Codec接口TMS320DM642的多通道音頻串口。TMS320DM642的多通道音頻串口McASP與音頻Codec的接口如圖3所示：

傳輸接口：TMS320DM642提供3種外部傳輸接口，但它們復(fù)用引腳，每次只能配置為其中的一種外部接口。DM642通過復(fù)位時某些特殊引腳電平的配置，可分別提供下列3種接口：1）32位PCI接口；2）32位HPI接口；3）HPI16+以太網(wǎng)接口。

對于嵌入式DVR來說，外部傳輸接口一般選用HPI16+以太網(wǎng)接口這種類型。

嵌入式DVR的軟件平臺

基于DM642的嵌入式DVR采用DSP/BIOS實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)，其具有下列特點(diǎn)：1）基于優(yōu)先級的、搶先型實(shí)時調(diào)度程序；2）支持多線程管理與調(diào)度；3）支持4種線程類型：HWI、SWI、TSK、IDL；4）支持3種作業(yè)間的通信方式：Mailboxes、Semaphores、Queues；5）支持周期函數(shù)，方便實(shí)現(xiàn)固定時間間隔的數(shù)據(jù)采集，簡化多速率系統(tǒng)的設(shè)計；6）提供存儲器管理，實(shí)現(xiàn)動態(tài)存儲器分配。

DSP/BIOS只是一個實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)的內(nèi)核，不具備文件輸入/輸出系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持，這些軟件模塊需要在DSP/BIOS基礎(chǔ)上添加。

設(shè)備驅(qū)動程序：DSP/BIOS的設(shè)備驅(qū)動程序模型類似于Windows操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動程序模型，將設(shè)備驅(qū)動程序分成二層，上層為與硬件設(shè)備無關(guān)的層，與應(yīng)用程序接口；下層為與硬件設(shè)備相關(guān)的層，直接來操作具體的硬件設(shè)備。這樣可以使應(yīng)用程序與具體的設(shè)備硬件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)隔離，提高應(yīng)用程序的通用性和重復(fù)使用性，使應(yīng)用程序具有更好的可維護(hù)性和可移植性。

基于上述DM642的嵌入式DVR包含下列設(shè)備驅(qū)動程序：1）音視頻輸入/輸出設(shè)備驅(qū)動程序；2）異步串口設(shè)備驅(qū)動程序；3）以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動程序；4）ATA硬盤設(shè)備驅(qū)動程序。

視頻壓縮算法的選擇主要取決于主處理器的性能，基于DM642的嵌入式DVR，采用TI專為視頻處理而開發(fā)的、業(yè)界最高性能的、主頻高達(dá)720MHz的、32-位定點(diǎn)DSPTMS320DM642，其峰值處理能力可達(dá)5760MIPS，可實(shí)時完成4路CIF或2路D1的H.264壓縮算法。采用H.264視頻壓縮算法雖然對處理器性能的要求提高了，但其在保證圖像質(zhì)量的前提下所到達(dá)的高壓縮比，無論對海量本地存儲，還是網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的要求，都具有積極的意義。

文件輸入/輸出系統(tǒng)：DVR的基本要求能對壓縮后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行長時間的保存，事后還要求可對保存的視頻圖像進(jìn)行檢索和回放，所以必須能進(jìn)行海量本地存儲?；贒M642的DVR采用DSP/BIOS實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)，其并不包含文件輸入/輸出系統(tǒng)，必須在DSP/BIOS的基礎(chǔ)上自行擴(kuò)展文件管理系統(tǒng)。FAT32文件系統(tǒng)在Windows中被證明是行之有效的文件輸入/輸出系統(tǒng)，在此我們采用FAT32文件系統(tǒng)作為基于DM642的DVR的文件管理系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)海量的本地存儲，而且還可與Windows文件系統(tǒng)兼容。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)傳輸也是DVR的基本的功能要求，基于DM642的DVR硬件上配置有10/100M以太網(wǎng)接口，同樣，在DSP/BIOS基礎(chǔ)上擴(kuò)展TCP/IP協(xié)議，可以支持HTTP、FTP、PPPoE等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使其成為真正意義上的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

其它：作為家庭應(yīng)用的DVR，還會有一些附加的功能要求，比如，家庭安全防盜、老幼監(jiān)護(hù)等，這些功能可利用DSP所具有的可編程能力，增加圖像移動偵測、特征提取等輔助軟件功能來實(shí)現(xiàn)。

嵌入式DVR的發(fā)展趨勢

由基于DM642的DVR可知，主處理器DM642除了要進(jìn)行視頻／音頻編解碼等真正意義上的DSP處理外，還需要進(jìn)行文件系統(tǒng)管理，和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)等操作系統(tǒng)所承擔(dān)的工作，這不僅加重了DSP處理器負(fù)擔(dān)，而且將影響附加功能的實(shí)現(xiàn)。TI即將提出的DaVinci處理器，為一種DSP+ARM的雙核處理器，其上的DSP為TI最新的C64x+DSP內(nèi)核，并進(jìn)一步在內(nèi)部集成視頻加速器和相關(guān)的外設(shè)，使其真正成為視頻應(yīng)用的SoC解決方案，并使DaVinci處理器具有很高的性能/價格比，這無疑將對嵌入式DVR產(chǎn)業(yè)帶來巨大的沖擊。