一種車載視頻處理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

當(dāng)前車載電子系統(tǒng)的綜合化程度隨著計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的發(fā)展不斷提高，對視頻處理的綜合化要求也不斷提高，如何對多種外視頻源進(jìn)行處理與對輸出通路進(jìn)行控制，是車載視頻處理中面臨的越來越突出的問題。本文討論的重點(diǎn)是以DSP+FPGA為核心的視頻處理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可以完成多路視頻的切換選擇輸出控制和視頻縮放顯示的功能，同時(shí)具備通信控制等功能。

1 視頻處理模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

視頻處理模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括以下功能電路：

(1)DSP電路;

(2)存儲(chǔ)器電路，包括DDRII及FLASH;

(3)FPGA功能電路;

(4)1路高清HDMI接收電路;

(5)l路標(biāo)清HDMI發(fā)送電路;

(6)4路PAL-D接收電路;

(7)11路PAL-D發(fā)送電路;

(8)CAN通信接口電路，采用單片機(jī)內(nèi)部集成的CAN通訊控制器實(shí)現(xiàn);

(9)電源轉(zhuǎn)換電路;

(10)時(shí)鐘電路;

(11)復(fù)位及監(jiān)控電路。

圖1視頻處理模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

視頻處理模塊以DSP+FPGA為核心，通過CAN總線對其進(jìn)行功能控制，支持四路PAL視頻輸入及1路高清HDMI視頻輸入，在FPGA內(nèi)進(jìn)行視頻縮放處理與切換控制，某些復(fù)雜、特殊的視頻處理功能由DSP來實(shí)現(xiàn)，最終輸出2路標(biāo)清視頻，其中1路標(biāo)清數(shù)字HDMI視頻，1路標(biāo)清模擬PAL視頻。

2 DSP電路設(shè)計(jì)

DSP選用TI公司的DM648處理器，DM648是TI公司為視頻處理應(yīng)用開發(fā)的一款高性能低功耗處理器，它集成了5個(gè)視頻端口和圖像協(xié)處理器，主要具有以下特性：

(1)處理內(nèi)部主頻1.1GHz，處理速度達(dá)到8800MIPS，每個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行8個(gè)32位C64Xx+指令;

(2)具有32kb的LIPProgramRAM和32kb的L1DDataRAM：

(3)具有支持512kbyte的L2UnifiedMappedRAM;

(4)支持小端模式;

(5)具有5個(gè)可配置的視頻口;

(6)集成外部EMIFS存儲(chǔ)器管理接口，可管理512Mbytes的DDR2SDRAM和128Mbytes的FLASH;

本設(shè)計(jì)中，DSP通過專用的DDRII接口外接512MB的DDRII存儲(chǔ)器，通過EMIF接口外接32MB的FLASH。DSP的專用視頻口，配置成 2個(gè)輸入視頻端口和1個(gè)視頻輸出端口，輸入視頻端口接收FPGA送來的視頻數(shù)據(jù)，輸入視頻端口既可以接收16bit的高清YCrCb數(shù)據(jù)，也可以接收符合 BT656標(biāo)準(zhǔn)的8bit標(biāo)清YCrCb數(shù)據(jù);輸出視頻端口輸出符合BT656標(biāo)準(zhǔn)的8bit標(biāo)清YCrCb數(shù)據(jù)，DSP將輸出的視頻數(shù)據(jù)送給FPGA。

3 FPGA電路設(shè)計(jì)

FPGA用于接收、轉(zhuǎn)發(fā)及處理各種視頻信號，實(shí)現(xiàn)視頻縮放、視頻切換等功能。

FPGA共有如下幾種功能接口：

(1)外視頻PAL.D數(shù)字視頻接收接口，4路，符合BT656格式的YCrCb信號，每路視頻接口為8位數(shù)據(jù)信號，1位時(shí)鐘線，時(shí)鐘頻率27MHz;

(2)外視頻高清視頻YCrCb接收接口：1路，16位數(shù)據(jù)信號，l位時(shí)鐘線，時(shí)鐘頻率74.25MHz，4位控制線;

(3)接收DSP送來的標(biāo)清數(shù)據(jù)：1路，符合BT656格式的YCrCb信號，8位數(shù)據(jù)信號，1位時(shí)鐘線，時(shí)鐘頻率27MHz;

(4)標(biāo)清數(shù)字視頻發(fā)送接口：1路，符合BT656格式的YCrCb信號，8位數(shù)據(jù)信號，1位時(shí)鐘線，時(shí)鐘頻率27MHz;

(5)PAL.D數(shù)字視頻發(fā)送接口：1路，符合BT656格式的YCrCb信號，8位數(shù)據(jù)信號，1位時(shí)鐘線，時(shí)鐘頻率27MHz，2位控制信號;

(6)送給DSP的高清數(shù)字視頻接口：1路，16位數(shù)據(jù)信號，l位時(shí)鐘線，時(shí)鐘頻率74.25MHz，4位控制線;

(7)送給DSP的標(biāo)清數(shù)字視頻接口：1路，符合BT656格式的YCrCb信號，8位數(shù)據(jù)信號，l位時(shí)鐘線，時(shí)鐘頻率27MHz;

(8)視頻緩存接口：3片SRAM存儲(chǔ)器。

視頻處理模塊中，F(xiàn)PGA是其功能控制與處理算法實(shí)現(xiàn)的核心器件。隨著FPGA工藝和技術(shù)的不斷發(fā)展，其邏輯容量、存儲(chǔ)器資源、DSP乘加器、軟硬IP核資源都在不斷地?cái)U(kuò)展和豐富比，使以FPGA為核心完成復(fù)雜功能的硬件設(shè)計(jì)成為可能。FPGA芯片選用Xilinx公司的Spartan6系列低功耗FPGA-XC6SLXl00，XC6SLXl0芯片豐富的邏輯資源與存儲(chǔ)器資源允許進(jìn)行復(fù)雜的視頻處理邏輯開發(fā)口。

4 FPGA內(nèi)部視頻處理邏輯設(shè)計(jì)

FPGA邏輯結(jié)構(gòu)功能框圖如圖2所示。

高清HDMI的視頻信號時(shí)序?yàn)榉细咔逡?guī)范的16bit顏色深度的YCrCb信號，經(jīng)縮放處理模塊縮小后送入SRAM緩存，高清視頻分辨率經(jīng)縮小后由 1920×1080i變?yōu)?40×4801，該視頻數(shù)據(jù)經(jīng)時(shí)序重構(gòu)模塊填充成720×576i，并符合BT656標(biāo)準(zhǔn)。高清原始視頻和縮放后的視頻經(jīng)2路切換控制模塊之后選擇性地送入DSP的視頻端口。

4路PAL視頻解碼后圖像信號時(shí)序?yàn)榉螧T656格式的8bit寬度YCrCb信號，分辨率為720×576i。4路PAL視頻經(jīng)過縮放處理后合成l路視頻，分別在屏幕的左上、左下、右上及右下四個(gè)位置顯示4路PAL視頻，每一路 PAL視頻的分辨率縮小為360×288。處理之后的PAL視頻與原始4路PAL視頻經(jīng)過5路切換處理之后輸入1路PAL視頻送給DSP。

DSP處理后的視頻送給FPGA，在FPGA內(nèi)部做1分2處理后輸出2路標(biāo)清視頻。

圖2FPGA邏輯功能框圖

5結(jié)束語

本文介紹基于DSP+FPGA的視頻處理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)完成視頻縮放及視頻切換的功能，DSP負(fù)責(zé)視頻的特殊處理，提供多路視頻任意切換顯示，減少了視頻顯示通道的延遲，較好地滿足了車載視頻綜合顯示的需求。