基于RK3566的AI健身攝像頭設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

近年來，家庭健身被廣泛關(guān)注，家庭場(chǎng)景下要想得到真正便捷、高效、具有沉浸感的健身體驗(yàn)，離不開AI健身攝像頭和電視大屏。隨著家庭健身需求的多元化，以及各類智能終端的不斷出現(xiàn)，可以為家庭健身場(chǎng)景進(jìn)行智慧化賦能的智能攝像頭，也在成為家庭健身愛好者的最佳選擇，因此本文設(shè)計(jì)一款A(yù)I 健身攝像頭，滿足用戶家庭健身的需求。

1 整機(jī)系統(tǒng)方案

整體系統(tǒng)方案通過格科微GC4C33 采集健身愛好者運(yùn)動(dòng)信息，然后把信息輸入到瑞芯微RK3566，RK3566將收集的健身愛好者運(yùn)動(dòng)信息與運(yùn)動(dòng)健身App、AI 算法融合，最后通過HDMI 輸出到電視大屏上。系統(tǒng)采用Type-C 供電，并帶有音頻接口。整機(jī)系統(tǒng)方案如下：

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件主控采用瑞芯微RK3566 方案，傳感器使用格科微GC4C33。瑞芯微RK3566 芯片是一款專為消費(fèi)類行業(yè)應(yīng)用打造的通用型SoC。CPU 采用4 核A55 架構(gòu)處理器，集成G52 圖形處理器，內(nèi)置獨(dú)立的NPU，運(yùn)行安卓11。RK3566 有著十分強(qiáng)大的視頻解碼能力。支持4K H.264/H.265/VP9 等多種格式高清解碼，支持多路視頻源同時(shí)解碼，如支持8~10 路1 080P H264/H265。RK3566 支持HDR10，色彩、動(dòng)態(tài)范圍具有優(yōu)良的表現(xiàn)，支持圖像后處理、解交織、去噪、色彩增強(qiáng)、超分辨率。RK3566 采用全新獨(dú)立JPEG 解碼處理器，高效并發(fā)處理多小圖解析，支持1 080P/60 fps 的H.264及H.265 格式編碼，支持動(dòng)態(tài)碼率、幀率、分辨率調(diào)節(jié)等功能。RK3566 內(nèi)置高性能ISP，可提供8 M@30 fps處理能力，可分時(shí)復(fù)用滿足雙攝需求。支持HDR 功能，讓逆光或強(qiáng)光照射條件下的圖像也清晰。支持雙路同時(shí)縮放輸出功能，支持噪點(diǎn)消除功能，讓弱光條件下的圖像也細(xì)膩。RK3566 支持去霧功能，霧霾天也能看得清，支持橫向矯正LDCH, 去除傳感器鏡頭帶來的畸變。RK3566 最大支持2 路CSI(2Lane) + 1 路DVP 接口攝像頭同時(shí)輸入。

GC4C33 是一款高品質(zhì)400 萬像素的CMOS 圖像傳感器，適用于攝像頭產(chǎn)品、AI 健身、數(shù)碼相機(jī)產(chǎn)品和手機(jī)攝像頭應(yīng)用。GC4C33 包含1 個(gè)2 560 H×1 440 V像素陣列、片上12/10 位ADC 和圖像信號(hào)處理器。高性能的全面集成使GC4C33 符合設(shè)計(jì)要求，減少了實(shí)現(xiàn)過程。它提供具有MIPI 接口的RAW12 和RAW10 數(shù)據(jù)格式。有1 個(gè)常用的兩線串行接口供主機(jī)控制整個(gè)傳感器的運(yùn)行。

PCB 設(shè)計(jì)好壞直接影響產(chǎn)品開發(fā)的成敗，其中電源，時(shí)鐘和傳感器的mipi 信號(hào)設(shè)計(jì)最為重要。AVDD_PLL 與DVDD 內(nèi)核電源之間用磁珠隔離，對(duì)地濾波電容與地之間串聯(lián)1 個(gè)磁珠，串聯(lián)的磁珠盡量靠近電源管腳擺放，接地端至少留兩個(gè)地過孔。AVDD33_PLL與數(shù)字3.3 V 電源之間用磁珠隔離。AVDD33_DDR_PLL 與數(shù)字3.3 V 電源之間用磁珠隔離。晶體的XIN、XOUT、RTC_XIN、RTC_XOUT 信號(hào)走線全程做包地處理，設(shè)計(jì)時(shí)保證這些信號(hào)有完整的參考。晶振下方不能有高速信號(hào)穿過。MIPI 信號(hào)設(shè)計(jì)時(shí)，差分信號(hào)以GND 為參考平面，并保持參考完整，差分信號(hào)需要做包地處理；PCB 走線小于4 英寸，差分對(duì)P/N 等長控制在±5 mil 以內(nèi)，對(duì)間以采樣差分時(shí)鐘為參考，等長控制在±300 mil 以內(nèi)。MIPI RX 差分對(duì)的PCB 走線控制差分阻抗100 Ω±10%；差分信號(hào)經(jīng)過連接器時(shí)，相鄰差分信號(hào)對(duì)之間必須使用GND 管腳進(jìn)行隔離。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用Android 的系統(tǒng)架構(gòu)，從下到上依次是內(nèi)核(Linux Kernel)、運(yùn)行時(shí)環(huán)境(Android Runtime)、庫(Libraries)、應(yīng)用框架(Application Framework)、應(yīng)用(Applications)。軟件結(jié)構(gòu)如下：

其中，內(nèi)核(Linux Kernel)：Android 基于Linux 4.4提供核心系統(tǒng)服務(wù)，例如：安全、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧、驅(qū)動(dòng)模型。Linux Kernel 也作為硬件和軟件之間的抽象層，它隱藏具體硬件細(xì)節(jié)而為上層提供統(tǒng)一的服務(wù)。運(yùn)行時(shí)環(huán)境(Android Runtime)：Android 包含一個(gè)核心庫的集合，提供大部分在Java 編程語言核心類庫中可用的功能。每一個(gè)Android 應(yīng)用程序是Dalvik虛擬機(jī)中的實(shí)例，運(yùn)行在他們自己的進(jìn)程中。Dalvik 虛擬機(jī)設(shè)計(jì)成，在一個(gè)設(shè)備可以高效地運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)。庫(Libraries)：Android 包含1 個(gè)C/C++ 庫的集合，供Android 系統(tǒng)的各個(gè)組件使用。這些功能通過Android的應(yīng)用程序框架(Application Framework) 暴露給開發(fā)者。應(yīng)用框架(Application Framework)：通過提供開放的開發(fā)平臺(tái)，Android 使開發(fā)者能夠編制極其豐富和新穎的應(yīng)用程序。開發(fā)者可以自由地利用設(shè)備硬件優(yōu)勢(shì)、訪問位置信息、運(yùn)行后臺(tái)服務(wù)、設(shè)置鬧鐘、向狀態(tài)欄添加通知等等，很多很多。 開發(fā)者可以完全使用核心應(yīng)用程序所使用的框架APIs。應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)旨在簡化組件的重用，任何應(yīng)用程序都能發(fā)布他的功能且任何其他應(yīng)用程序可以使用這些功能( 需要服從框架執(zhí)行的安全限制)。應(yīng)用：Android 裝配一個(gè)核心應(yīng)用程序集合，包括電子郵件客戶端、SMS 程序、日歷、地圖、瀏覽器、聯(lián)系人和其他設(shè)置。所有應(yīng)用程序都是用Java 編程語言寫的。更加豐富的應(yīng)用程序有待我們?nèi)ラ_發(fā)，我們主要開發(fā)的內(nèi)容就在這一層里。

4 結(jié)束語

本文硬件采用瑞芯微RK3566 方案， 軟件采用Android系統(tǒng)，用JAVA 編程語言開發(fā)，可以跨平臺(tái)移植和復(fù)用，并且可以兼容第三方在Android 系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用程序。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本方案設(shè)計(jì)的AI 健身攝像頭簡單易用，得到健身愛好者的一致好評(píng)。

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年5月期）