基于DM642的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

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(shù)字化、網(wǎng)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(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)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(xiàn).

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

DM642是TI公司推出的一款高性價比、采用velociTI體系結(jié)構(gòu)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(shù)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(nèi)L2 cache與其它外設之間的數(shù)據(jù)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(wǎng)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(wǎng)絡模塊結(jié)構(gòu)框圖

圖4 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡模塊、電源模塊和時鐘模塊等幾個部分構(gòu)成.視頻采集模塊把采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為DM642可以處理的數(shù)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(shù)字信號進行壓縮等處理；網(wǎng)絡模塊將處理后的數(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH用來存儲程序，實現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)的多制式視頻解碼器SAA7115，攝像頭送來的視頻信號經(jīng)SAA7115數(shù)字化后轉(zhuǎn)換為待處理的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，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(wǎng)絡傳輸模塊設計

網(wǎng)絡傳輸模塊負責將視頻信號處理模塊處理后的數(shù)據(jù)進行網(wǎng)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(wǎng)物理層自適應收發(fā)器，因為DM642內(nèi)部集成有以太網(wǎng)媒體存取控制器(MAC)，提供了DSP與網(wǎng)絡之間的高效接口，所以LXT971可以和DM642實現(xiàn)無縫連接.網(wǎng)絡模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示.DM642壓縮打包處理數(shù)據(jù)，然后通過LX971轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)物理層能接收的數(shù)據(jù)，經(jīng)過RJ45傳輸?shù)揭蛱鼐W(wǎng).

3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)軟件架構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)化的線程安全控制機制，且易于替換I/O驅(qū)動設備和易于調(diào)試，RF5使用同步通訊機制(SCOM)來實現(xiàn)線程的通訊[7，8].系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖如圖4所示.根據(jù)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(wǎng)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(wǎng)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(diào)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(diào)度

表1 測試結(jié)果

系統(tǒng)完成初始化后，就進入了三個任務的調(diào)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(qū)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(shù)據(jù)的地址指針并對指針指向的數(shù)據(jù)進行壓縮處理，處理完畢同時通知輸入任務和網(wǎng)絡任務.

3)網(wǎng)絡任務模塊

網(wǎng)絡任務收到處理任務的消息后，啟動網(wǎng)絡傳輸.網(wǎng)絡傳輸采用TI公司推出的NDK(Network Developer's Kit)網(wǎng)絡開發(fā)包，通過socket編程完成系統(tǒng)網(wǎng)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(jié)果

在各個子模塊驗證測試通過之后就可以進行系統(tǒng)調(diào)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(xiàn)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(jié)果如表1所示，由實驗結(jié)果可知，系統(tǒng)能實時的處理視頻信號.

5 結(jié)束語

本文給出了一種基于DM642的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn).從試驗結(jié)果來看系統(tǒng)運行穩(wěn)定，網(wǎng)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.

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