數(shù)字媒體DSP在視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用

數(shù)字媒體DSP
在視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用
Application of Digital Media DSP in Video Monitoring Area
北京合眾達(dá)電子技術(shù)有限責(zé)任公司 總工程師 錢建良
摘  要：本文通過分析視頻監(jiān)控應(yīng)用的發(fā)展和需求，以TI公司專為多媒體應(yīng)用而設(shè)計的TMS320DM642芯片為例，具體說明如何設(shè)計嵌入式DSP數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路。
關(guān)鍵詞：DSP；視頻監(jiān)控；多媒體；硬件電路
作者簡介：本文于2005年4月18日收到。錢建良：主要從事TI全系列DSP軟／硬件設(shè)計、開發(fā)工作。

本世紀(jì)以來，隨著以TI公司的TMS320C6000系列、Philips公司的Trimedia、Equator公司的BSP-15等為代表的高性能DSP的出現(xiàn)，由嵌入式處理器來實時高速完成大數(shù)據(jù)量的數(shù)字視頻／音頻編解碼處理成為可能，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，集可編程圖像／聲音編解碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸、和自動化技術(shù)為一體的嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。以DSP為核心的嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，配合嵌入式實時操作系統(tǒng)，可以根據(jù)應(yīng)用對功能、可靠性、穩(wěn)定性、成本、體積等的綜合要求，對軟／硬件進(jìn)行裁剪，以滿足視頻監(jiān)控發(fā)展的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的兩大需要。
本文以TMS320C6000系列DSP中的一款TMS320DM642多媒體芯片為例，來具體說明如何設(shè)計嵌入式DSP數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)必需的硬件配置
我們首先需要對構(gòu)成視頻監(jiān)控系統(tǒng)所必需的硬件配置進(jìn)行分析。
1． 一體化模擬前端
視頻監(jiān)控系統(tǒng)的模擬前端是來自攝像機(jī)和麥克風(fēng)的模擬視頻和模擬音頻信號，為了降低整個系統(tǒng)的成本，一般會有多路視頻和音頻信號輸入。而攝像機(jī)一般安裝在平臺上，攝像機(jī)和平臺的控制命令一般通過異步串口提供。另外，對于一個完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)來說，還需要對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，如門禁控制、報警、停車管理等，這些功能一般用數(shù)字I/O實現(xiàn)。
由此可見，視頻監(jiān)控系統(tǒng)一體化模擬前端，除了需要提供多路的模擬視頻／音頻的輸入端口外，還需要為平臺控制提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232/RS422/RS485異步串行接口，及環(huán)境監(jiān)控的數(shù)字I/O。
2． 數(shù)字化
為了用微處理器實時地對輸入的視頻／音頻信號進(jìn)行數(shù)字化的編／解碼處理，必須將輸入的模擬視頻／音頻信號進(jìn)行數(shù)字化，這部分工作由視頻解碼器和音頻解碼器完成。每個模擬視頻輸入對應(yīng)一路視頻解碼器，每個模擬音頻輸入同樣對應(yīng)一路音頻解碼器。
實時處理數(shù)字視頻／音頻數(shù)據(jù)
模擬視頻／音頻信號數(shù)字化后，為了能夠?qū)Ω咚?、實時產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、存儲、回放、和分析等功能，首要的工作必須實時地完成大數(shù)據(jù)量、大計算量的數(shù)字視頻／音頻的壓縮編碼處理。數(shù)字視頻壓縮編碼算法有：MPGE 2、MPEG 4、H.263、H.264等，數(shù)字音頻壓縮算法有：G.711、G.722、G.723、G.728、G.729等。
實時完成這樣的算法需要高速的處理器來實現(xiàn)，高性能DSP的出現(xiàn)正好滿足了這一需求。另外還需要高速、大容量的存儲器作緩存。DSP與高速、大容量存儲器構(gòu)成數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心。
數(shù)據(jù)的存儲和傳輸
不同的視頻監(jiān)控應(yīng)用，對壓縮后的數(shù)字視頻／音頻數(shù)據(jù)的處理各不相同。對于記錄型應(yīng)用，需要對壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行長時間存儲，以便回溯。而對于遠(yuǎn)程監(jiān)視型應(yīng)用，則需要將壓縮后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。
3． 其他：在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)對視頻／音頻信息進(jìn)行實時監(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時時鐘。另外，為了保護(hù)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)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。
上述這些都是一個通用的嵌入式數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)所必需提供的硬件配置。
一． TMS320DM642視頻監(jiān)控系統(tǒng)的電路設(shè)計
TMS320DM642是TI公司在其最高性能的TMS320C64x系列DSP基礎(chǔ)上專門為多媒體應(yīng)用而設(shè)計／開發(fā)的DSP。TMS320DM642采用TI第2代超長指令集結(jié)構(gòu)（VelociTI.2）的TMS320C64x DSP內(nèi)核：