基于DM642的定位视音频采集器的系统设计与实现

地理信息系统( GIS)、全球定位系统( GPS)的广泛应用使人们享受到了基于位置服务所带来的诸多便利。传统G IS 是以地图为可视化主要手段， 然而人类获取信息的70%来自于视觉，因此将地理位置信息和视频信息有机结合可以极好的丰富G IS的内容， 产生许多新的应用。比如微软的Windows Local Live、影像城市武汉等网站都相继推出了实景地图， 让人们在网络上能直观、全面和便捷的了解各个城市。GPS信息和视频信息的结合， 还有利于对地理信息系统进行3D 建模， 如日本岩根研究所推出的3DV ideoG IS软件， 通过陆地上以及空中拍摄的具有定位信息的全景视频图像， 可以自动生成相应的高逼真的3D 场景模型。

为了针对以上这些应用需求， 本文中提出了一种一体化的视频、音频和定位信息的数据采集传输器。

本采集器不仅可以通过网络直播的方式提供一个更自然、更真实、更及时的地理信息系统环境， 采集数据能为实景地图和3D 场景地图的构建提供素材， 还可以实现基于定位信息的视音频数据的分割和检索。

1 系统整体方案

为了实现采集器的高质量定位视音频压缩采集、实时的定位视音频传输， 以及低功耗以便携等要求， 系统中采用了T I公司的TMS320DM642作为了采集器的主控芯片。DM642 是TI公司推出的一款专门面向多媒体应用的TMS320C6000 家族中性能最高的定点DSP， 具有8路并行的运算器、3个视频专用和2个音频复用接口， 集成10 /100Mbit / s以太网MAC。该芯片具有的这些优点非常适合视音频信息的采集、压缩和传输。

图1为采集器的硬件框图。GPS定位数据通过串口由TL16C752B 读入; 音频信号由TLV320A IC23B以8 kH z， 16bit量化采样; 视频信号通过TVP5150采集。进入DM642 的定位数据一路通过低码率的H 264视频编码后与G. 723的音频编码信号同步合成后， 通过无线网络发送到远程服务器， 另一路采用高码率编码后存储到2. 5寸硬盘。

图1 采集器硬件框图

2 系统硬件设计

2. 1 视频信号的采集

视频信号的采集如图2 所示， SCLK 为时钟，GPCL为使能信号， Yout为8位BT. 656信号。系统中将DM642的VP0配置为VP0A + McASP模式， 其中VP0A 配置为8位BT. 656视频输入， 用来接一路视频输入。TVP5150PBS是一款高性能的视频编码器， 它将视频信号模拟摄像头输出的NTSC /PAL模拟信号转换成数字色差信号( YUV4: 2: 2)， 输出格式为ITU-R BT. 656。

图2 视频采集硬件框图。

2. 2 音频信号的采集

图3为音频输入框图， BCLK 为位时钟， LRC IN和LRCOUT分别为帧同步输入、输出， D IN 和DOU分别为音频输入、输出。McASP同时接入4路音频输入和输出， 系统中将McASP设置为突发帧同步模式。TLC320A IC23B 为音频编码器件， 支持麦克风、立体声输入和立体声输出， 根据G. 723 编码的要求， 话筒输入的电信号通过TLC320A IC23B进行8 K采样， 16比特量化。TLC320A IC23B 采用DSP模式与M cASP交换数据。

图3 音频采集硬件框图。

2. 3 GPS信号的采集

图4为GPS信号采集框图， TX 和RX分别是串行数据发、收信号。TL16C752B 采用8位异步步行存储器接口， 支持的波特率最高可达到1 Mbyte / s，与DM642的外部存储器EM IFA 连接， 地址A 2 A0用于对TL16C752B 的8 个寄存器寻址。MAX3160是多协议收发器， 可以将串口接口电平配置为RS232 /RS422 /RS485 等多种接口电平标准。GPS采集模块采用Ho lux M - 89， 它的灵敏度为159 dBm， 支援NMEA0183数据通讯协定，其定位精度小于3 m， 高于S iRF芯片， 因此除了能很好完成高速移动定位，更适合做步行等低速定位。

图4 GPS采集硬件框图。

2. 4 网络数据的传输

网络数据传输连接图如图5所示。DM642的网络接口是与PCI、HPI复用的， 系统中通过PCI总线的B3和B10配置为HPI16+ 以太网接口。以太网接口由EMAC(网络的数据通路)和MD IO( EMAC的状态和控制接口)两部分组成。系统中采用Broadcom 公司的BCM5221作为10 /100M 以太网的收发器(物理层)。

为实现无线网络传输， 采用了3G路由器和无线网卡通过EVDO 网络传输数据。3G 路由器采用Tenda 的3G611R， 该路由器兼容EVDO、HSPA、TD HSDPA三种3G网络。无线网卡采用中兴的AC2746， 该卡支持下行3. 1Mb it / s， 上行1. 8Mbit / s速率。

图5 网络传输硬件框图

3 系统软件设计

3. 1 总体流程图

图6为系统软件流程图。为了实现网络的实时传输且保证后期的定位视音频处理， 系统中采用了G. 723. 1音频压缩编码、H. 264视频压缩编码， GPS数据仅保留经度、纬度、时间和高程四项数据以用于后期处理。由于G. 723的编码