模擬視頻監(jiān)控采集電路設(shè)計(jì)—電路圖天天讀（300）

　　該系統(tǒng)可以完成圖像的采集、處理和顯示，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別與跟蹤的智能信號(hào)處理。該系統(tǒng)是對(duì)攝像機(jī)數(shù)字，模擬兩路視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，處理后通過PCI總線在PC機(jī)上顯示出來。

　　視頻信號(hào)采集模塊

　　攝像機(jī)提供兩路視頻信號(hào)：一路模擬視頻，一路數(shù)字視頻。

　　模擬視頻信號(hào)經(jīng)過鉗位校正、放大后，將信號(hào)送入到A/D轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)FPGA鎖存后將視頻信號(hào)發(fā)送給DSP1；經(jīng)視頻同步分離電路，由LM1881分離出模擬視頻的行、場(chǎng)同步信號(hào)，用于控制視頻數(shù)據(jù)采集到DSP1，以便進(jìn)行圖像處理。鉗位校正、視頻同步電路如圖1所示。模擬視頻經(jīng)運(yùn)放輸入，將中心電平調(diào)到3.3V，加到 A/D輸入端。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)入FPGA鎖存。運(yùn)放均采用ADI公司的AD8047AR，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADI公司的AD9050。AD9050 為10位A／D轉(zhuǎn)換器，取其高8位進(jìn)入FPGA。采樣時(shí)鐘12MHz，與數(shù)字視頻信號(hào)相同。由FPGA對(duì)48MHz時(shí)鐘四分頻產(chǎn)生。

　　圖1 模擬視頻輸入轉(zhuǎn)換電路

　　攝像機(jī)的數(shù)字視頻信號(hào)為14對(duì)差分信號(hào)，經(jīng)FPGA將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，并鎖存數(shù)據(jù)。每個(gè)象素14位，每幀320×240。

　　FPGA采用ALTERA公司的CYCLONE系列EP1C3T144C-6，配置芯片采用EPC2LC20。EP1C3T144C-6具有將差分信號(hào)轉(zhuǎn)單端信號(hào)的專用I/O口。鎖存在FPGA的數(shù)字，模擬兩路視頻信號(hào)根據(jù)工作模式選擇輸出到DSP1數(shù)據(jù)總線上，由DSP1讀入處理，數(shù)據(jù)速率與模擬視頻的采樣速率，數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)速率相同。工作模式選擇，開關(guān)控制通過PIC9054引入到FPGA。

　　DSP處理器模塊

　　DSP處理器陣列模塊主要由4片高速高性能的DSP處理芯片ADSP-TS201S組成多DSP處理器系統(tǒng)，ADSP-TS201S性能如下：

　　基本性能指標(biāo)如下：

　　● 600MHz運(yùn)行速度時(shí)，內(nèi)核指令周期1.67ns

　　● 24M bits片上DRAM，分為6個(gè)4M bits塊（128K words X 32 bits）

　　● 片內(nèi)雙運(yùn)算模塊，每個(gè)都包含一個(gè)ALU、一個(gè)乘法器、一個(gè)移位器和一個(gè)寄存器組

　　● 雙整數(shù)ALU提供數(shù)據(jù)尋址和指針操作功能

　　● 片內(nèi)提供14通道DMA、外部口、4個(gè)鏈路口、SDRAM控制器、可編程標(biāo)志引腳、2個(gè)定時(shí)器

　　● 片上仲裁系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)8個(gè)TigerSHARC DSP的無縫連接

　　● 內(nèi)部3條互相獨(dú)立的128位總線

　　● 外部數(shù)據(jù)總線64位，地址總線32位

　　● 每秒48億次40位寬的MAC運(yùn)算或每秒12億次80位寬的MAC運(yùn)算；1024點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT（基2）時(shí)間15.7us

　　● 外部端口 1G字節(jié)每秒；鏈路口（每個(gè)）1G字節(jié)每秒

　　DSP處理器陣列模塊中DSP1是用來整理所收集到的視頻信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理后，將數(shù)據(jù)分發(fā)送到后面的DSP，進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

　　DSP1并行口應(yīng)接FPGA輸出的視頻數(shù)據(jù)，還要接FLASH，完成DSP加載。DSP1的IRQ0，IRQ1分別作視頻輸入的幀中斷和行中斷，接到FPGA。其連接電路如下圖3所示。

　　圖2DSP1與FPGA，F(xiàn)LASH 連接圖

　　矩陣切換器電路

　　下面介紹的是容量為32路音視頻的監(jiān)控，為簡化設(shè)計(jì)，及調(diào)試、安裝、升級(jí)等的方便，32路音視頻不在一塊PCB板上處理，而是分成4塊子板，每塊子板處N8路音視頻，實(shí)現(xiàn)8路音視頻通道的8選1輸出功能，即4塊子板組成一個(gè)矩陣切換器，在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)32選4輸出功能。每塊子板的電路圖如圖3所示。

圖3 矩陣切換器電路

　　在圖中，J1…J8為繼電器線圈，用雙刀雙擲繼電器J4078實(shí)現(xiàn)音視頻的同時(shí)切換。J11、J12為跳線插座，該跳線為子板設(shè)置地址，當(dāng)設(shè)置的子板地址與主控制器的子板選擇地址（A0、A1、A2）相同時(shí)，該子板塊的4099處于工作狀態(tài)，這時(shí)，再通過主控制器的通道選擇指令（cmd0、 cmd1、cmd2）使J1…J8中任一繼電器完成切換動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)某一路音視頻的同時(shí)選通。

　　語音信號(hào)采集與處理電路

　　因?yàn)橐杉淌腋鱾€(gè)位置（一般在20～50m2范圍內(nèi)）的語音信號(hào)，使用普通的話筒放大電路顯然達(dá)不到要求。本系統(tǒng)采用對(duì)數(shù)放大電路進(jìn)行語音放大，比較清晰地采集到了50m2范圍內(nèi)各個(gè)位置的語音信號(hào)。設(shè)計(jì)的對(duì)數(shù)放大電路如圖所示。IC2為運(yùn)算放大器，系統(tǒng)選用LM358實(shí)現(xiàn)二級(jí)運(yùn)算放大。

　　
圖4 語音信號(hào)采集與處理電路

　　利用傳感技術(shù)和電子技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路簡單、成本低廉、方便實(shí)用。對(duì)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的自覺性，監(jiān)控自主學(xué)習(xí)設(shè)備和軟件平臺(tái)運(yùn)行情況，防止人為破壞造成的不必要損失，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性等起到了非常重要的作用。

　　編輯點(diǎn)評(píng)：本文簡單介紹了模擬視頻監(jiān)控采集電路的設(shè)計(jì)，模擬視頻信號(hào)經(jīng)過鉗位校正、放大后，將信號(hào)送入到A/D轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)FPGA鎖存后將視頻信號(hào)發(fā)送給DSP1。能夠完成圖像的高速處理，實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)顯示，目標(biāo)跟蹤。在實(shí)際應(yīng)用中該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)想效果。
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