劉 嵩

(湖北民族學院 信息工程學院，湖北 恩施 445000)

視頻監(jiān)控是安防系統(tǒng)的重要組成部分，正朝著智能化、數字化、網絡化的方向快速發(fā)展，廣泛應用于高速公路、住宅小區(qū)等多種場合[1].目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現方案主要有：①ARM+專用視頻編解碼芯片.該方案系統(tǒng)性能穩(wěn)定、處理速度較快，很容易實現實時處理，但靈活性不夠，不便于升級；②FPGA+IP軟核.該方案設計周期短，容易改進升級，但視頻處理算法占用資源較大，復雜度、體積和功耗都大大增加；③采用面向多媒體處理的專用DSP.該方案運行速度較快，而且可以移植多種圖像處理算法，所以能夠不斷對產品性能改進升級[2].本文給出了一種基于DSP芯片DM642的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現.

1 系統(tǒng)的總體結構

DM642是TI公司推出的一款高性價比、采用velociTI體系結構的定點DSP.它具有極強的單核處理能力以及高度的靈活性和可編程性；在600 MHz的時鐘頻率下，數字處理能力可達4 800 MIPS；還具有兩級高速緩存L1 Cache和L2 cache、64位的DMA控制器，負責片內L2 cache與其它外設之間的數據傳輸；三個視頻專用接口(video Port)與2個音頻串口復用，集成有10/100 M以太網MAC[3，4].

圖1 系統(tǒng)的總體框圖

圖2 采集模塊方框圖

圖3 網絡模塊結構框圖

圖4 系統(tǒng)的數據流圖

系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示.整個系統(tǒng)以DM642為核心，由視頻采集模塊、存儲模塊、網絡模塊、電源模塊和時鐘模塊等幾個部分構成.視頻采集模塊把采集到的模擬信號轉換為DM642可以處理的數字信號，并通過DMA控制器搬移到存儲模塊存儲；DM642對采集到的數字信號進行壓縮等處理；網絡模塊將處理后的數據打包上傳到上位機，于是遠端用戶可以通過客戶端軟件監(jiān)控視頻信號；存儲模塊通過EMIF與DSP實現無縫連接，包括SDRAM和FLASH.其中SDRAM存儲采集到的視頻信號以及處理過程中的臨時數據，FLASH用來存儲程序，實現系統(tǒng)的自啟動；電源模塊為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的能量保證，DM642芯片采用雙電源供電，核電壓1.4 V，外圍電壓3.3 V，采用開關電源來為系統(tǒng)供電[5].

2 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計

2.1 視頻采集模塊設計

DM642有3個雙通道視頻口，每個視頻口都可以由軟件配置為輸入口或者輸出口，可實現與解碼芯片的無縫連接[6]，本系統(tǒng)的解碼芯片采用Philip公司生產的多制式視頻解碼器SAA7115，攝像頭送來的視頻信號經SAA7115數字化后轉換為待處理的數字圖像數據，存入外部存儲器.DM642通過其I2C總線配置管理視頻解碼器SAA7115,采集模塊部分的方框圖如圖2所示.

2.2 網絡傳輸模塊設計

網絡傳輸模塊負責將視頻信號處理模塊處理后的數據進行網絡傳輸，傳輸過程符合TCP/IP協(xié)議.本系統(tǒng)采用Intel公司的LXT971作為快速以太網物理層自適應收發(fā)器，因為DM642內部集成有以太網媒體存取控制器(MAC)，提供了DSP與網絡之間的高效接口，所以LXT971可以和DM642實現無縫連接.網絡模塊結構框圖如圖3所示.DM642壓縮打包處理數據，然后通過LX971轉換為以太網物理層能接收的數據，經過RJ45傳輸到因特網.

3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)軟件架構采用了的參考框架RF5(Reference Frameworks 5)，參考框架保證了軟件方便容易與用戶硬件接口，每一個參考架構均被打包成基于TI DSP的開發(fā)工具包或其他板卡的完整的應用程序.RF5適用于含有多通道和多算法結構的高密集度應用程序，RF5使用線程阻塞，可用于包含線程間有復雜依賴關系的應用程序.另外，RF5還具有可變的通道管理、高效的任務間通信，以及結構化的線程安全控制機制，且易于替換I/O驅動設備和易于調試，RF5使用同步通訊機制(SCOM)來實現線程的通訊[7，8].系統(tǒng)的數據流圖如圖4所示.根據信號流程圖在系統(tǒng)的軟件設計中利用實時操作系統(tǒng)DSP/BIOS靜態(tài)建立視頻輸入、視頻處理和網絡傳輸3個線程任務來完成系統(tǒng)的監(jiān)控功能.其中輸入任務和處理任務優(yōu)先級相同且高于網絡任務的優(yōu)先級.

3.1 系統(tǒng)的初始化

系統(tǒng)在進入任務調度之前，要對多個模塊初始化，其中包括：

1)處理器的初始化 ： 初始化DSP/BIOS環(huán)境，設置DM642 cache、DMA傳輸模塊等；

2)RF5模塊初始化：建立RF5的通道模塊，初始化SCOM；

3)建立視頻輸入通道.

3.2 多任務的調度

表1 測試結果

系統(tǒng)完成初始化后，就進入了三個任務的調度狀態(tài).三個任務通過SCOM模塊互相發(fā)消息通訊.

1)視頻輸入任務

視頻輸入任務從輸入設備驅動程序中獲得圖像，并進行降采樣，然后通過SCOM發(fā)送消息到處理任務，并等待處理任務的反饋消息.主要的源代碼如下：

yuv422to420(inBuf, outBuf, LINE_SZ, NUM_LINES);

SCOM_putMsg(fromInputtoProc, pMsgBuf);

FVID_exchange(capChan, &capFrameBuf);

pMsgBuf = SCOM_getMsg(fromProctoInput, SYS_FOREVER);

2)視頻處理任務

視頻處理任務收到輸入任務發(fā)來的消息后，立即獲得輸入數據的地址指針并對指針指向的數據進行壓縮處理，處理完畢同時通知輸入任務和網絡任務.

3)網絡任務模塊

網絡任務收到處理任務的消息后，啟動網絡傳輸.網絡傳輸采用TI公司推出的NDK(Network Developer's Kit)網絡開發(fā)包，通過socket編程完成系統(tǒng)網絡傳輸功能，本系統(tǒng)采用了UDP協(xié)議.主要的程序代碼有 ：

FD_SET(slisten, &ibits);

setsockopt( speer, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, &timeout, sizeof(timeout) );

send( speer, (UINT8 *)&jpg_size, 4,0)

4 實驗結果

在各個子模塊驗證測試通過之后就可以進行系統(tǒng)調試.系統(tǒng)首先上電自檢，然后自動進行視頻采集、處理與傳輸，在接收端圖像傳輸流暢，無抖動現象。為了測試采集的視頻信號，在采集與處理的程序代碼首尾兩端加入定時器，定時器的計時差值換算處理后就是視頻信號采集處理所消耗的時間.測試結果如表1所示，由實驗結果可知，系統(tǒng)能實時的處理視頻信號.

5 結束語

本文給出了一種基于DM642的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現.從試驗結果來看系統(tǒng)運行穩(wěn)定，網絡傳輸流暢，滿足了實時性要求.該系統(tǒng)可廣泛用于智能家居、校園安全等領域的遠程視頻監(jiān)控中，具有一定的實用性.

[1] 王運濤，方彥軍，李世紅．基于Intermet的嵌入式遠程監(jiān)控終端的開發(fā)[J]．工業(yè)控制計算機，2004，17(5)：13-14．

[2] Yoo H,Anderdon D.Hardware-efficient distributed arithmetic architecture for high order digit filters[C]//Proc IEEE Interna tional Conference on Acoustics,Speech,and Signal Processing,2005:125-128.

[3] 劉文怡，楊慧梁．基于DSP和以太網的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現[J]．安防科技，2009，9(9)：19-21．

[4] 晉春，徐榮青．采用DM642 DSP實現基于H.264的數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J]．安防科技，2007，7(2)：20-21．

[5] 楊凡，李祥，涂軍．基于DSP的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究和實現[J]．湖北工業(yè)大學學報,2007，22(5)：25-27．

[6] 王躍平，蘇月明，劉云生. 基于DM642的流媒體采集壓縮系統(tǒng)的研制[J]．計算機工程與科學,2010,32(2):114-116．

[7] 崔麗珍，張祥松．基于DM642的視頻圖像實時通信和傳輸電子與封裝[J].2009,11(9):27:29．

[8] 魏宗沖，徐勝，朱彥伊．基于DM642的遠程網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J]．電視技術,2008：32(5)：81-83．