基于DM368的视频捕获与编解码系统设计

摘要：为了实现对视频进行捕获后压缩，文中提出一种基于DM368的视频捕获压缩方案，并设计完成相应的硬件与软件。该系统主要使用 TI达芬奇DM368片上系统作为主控芯片，采用TVP5158作为视频采集前端。采用1G容量的DDR2内存作为易失性存储器。采用1GFlash作为系统内核与文件系统的存储介质。软件部分在Linux平台中使用达芬奇DVSDK进行编程。压缩规格上使用目前较为流行的MPEG4算法。从而实现视频的捕获与压缩。经实际测试显示，使用该平台进行视频捕获压缩开发较以往DSP和FPGA方案更加成熟稳定，并可以通过TI的开发工具和现有软件库大大减少开发周期。

关键词：DM368;MPEG4;视频;TI达芬奇

随着人类社会的进步，视频技术越来越发挥着重要的作用。视频的传输也经历了由模拟到数字的转变。数字视频的分辨率也随着感光元器件的革新而不断增加，在给人们提供越来越清晰额视觉享受的同时产生了更大的视频数据。针对海量的视频数据，人们通过改进压缩算法使得视频数据所需的存储空间大大减小。时至今日，ITU-T已经公布了H.264压缩标准，并且在推进H.265压缩标准。在MPEG会议的努力下，MPEG-4压缩标准也开始应用于数字视频领域。这些标准都使得高分辨率的视频数据以非常高的压缩率压缩。最明显的成果便是以网络为媒体的实时视频传输技术。而在硬件方面随着微电子技术的进步，微处理器体积变得越来越小但是处理能力如摩尔定律那样快速增长。这些技术的进步使得嵌入式设备实现数字视频的捕获压缩成为可能。目前常用的设计方案常用 DSP+FPGA或者DSP+ARM组合实现。鉴于嵌入式设备对数字视频压缩的要求，诞生了许多现成的压缩芯片，只需要发送指令和数据就可以完成原始视频数据的压缩。

多处理器组合，虽然可以既利用DSP芯片的数字信号处理能力，又利用协处理器的逻辑处理能力，但是这种组合属于板级连接设计者在设计过程中难免会引入连接错误，给项目开发带来许多不稳定因素，大大延长开发周期。同时两种不同公司的芯片在设计过程中，接口逻辑会有或多或少的不同，也会给设计者带来意想不到的问题。近年来许多芯片公司将核心处理器如ARM、DSP和其他外围硬件内核集成到一块芯片中，这种System On Chip(SOC)技术大大增强了新的嵌入式视频处理器的稳定性。在其中TI公司开发出达芬奇系列视频处理SOC，并提供了相应的开发环境与成熟的视频处理算法。2010年4月TI推出DM368视频处理芯片。与之前DM365视频库软件兼容，但提供了更为丰富的接口。

文中介绍一种使用达芬奇DM368SOC实现数字视频的捕获并按照MPEG4标准进行压缩的设计。本设计将对模拟视频信号进行采样量化，将原始的视频数据按照MPEG4压缩标准进行编码。最后将编码后的压缩视频解码输出，从而验证视频的编解码及视频输出功能。

1 总体设计

该嵌入式视频处理设备整体结构如图1所示，模拟摄像头采集的视频信号经过视频处理前端，进行按照一定视频格式进行采样量化，将模拟视频信号转换为数字信号。这些视频原始数据被传输到视频处理模块。然后通过该模块将原始视频数据进行相关的视频压缩处理。本设计预留网口和模拟视频输出端口，可以将压缩的视频解压输出，并通过模拟视频输出端显示在微计算机终端或者嵌入式显示设备。

2 系统硬件设计

嵌入式视频处理的硬件设计由视频前端、视频处理模块、电源部分和外部接口四个部分组成。电源部分是一个嵌入式设备的最基础模块，是一个设备能够稳定运行的基础。该设备由于使用了多个芯片，每个芯片需要的供电电压不同，这就需要使用多个电源芯片进行电压转换产生对应的供电电压。本次设计中将输入的12 V电源经第一次电平转换产生5 V电源。5 V电源经两个芯片转换产生1.1 V、1.2 V、1.8 V和3.3V电源。最后产生的3.3 V电源经转换产生1.24 V电源。如图2所示。

模拟视频接入端连接至TVP5158进行初步处理。TI公司的TVP5158是四路NTSC/PAL视频译码器，具有单独的定标器，降噪，自动对比度调整，以及灵活的输出格式编制器。TV P5158提供和DaVinc处理器的音频和视频连接接口，视频输出端支持8位ITU—R BT.656和16位4：2：2 YCbCr。输出端连接DM368视频处理器。

在DM368的片上系统中有许多硬件设备。对于视频处理来说最重要的是其中的VPSS，即视频子系统(结构如图3所示)。该系统有若干硬件组件支持对视频的处理，可以实现从YUV422到YUV420的格式转换等具体处理操作。其中的VPFE(视频处理前端)和VPBE(视频处理后端)可以实现视频数据的预处理和解码输出功能。除此之外，该系统中还有一个缓冲器和一个DMA