S3C2510A设计的嵌入式数字硬盘录像机技术

　　数字硬盘录像机，英文名称为Digital Video Recorder，简称DVR，它是视频监控系统中重要的设备，用于替代早期的长延时录像机或者磁带录像机。目前硬盘录像机从硬件架构上分主要分为工控式硬盘录像机（或者工控硬盘录像机或者PC式硬盘录像机）、嵌入式硬盘录像机，从压缩算法来分有小波压缩、MJPEG、MPEG4、H.264等。目前工控式硬盘录像机和嵌入式硬盘录像机所占市场比重差不多，由于嵌入式硬盘录像机的稳定性及易维护性，选择嵌入式硬盘录像机的用户会越来越多，市场前景非常大。基于这种应用背景，本文提出了嵌入式硬盘录像机的设计思路和实现方案。

　　系统总体方案

　　1 技术指标

　　本系统的主要技术指标如下。

　　● 视频输入：16路复合视频输入PAL/NTSC。

　　● 视频输出：2路复合视频输出PAL/NTSC（BNC接口，1.0VP-P, 75Ω）。

　　● 音频输出：16路音频输入20～100mV10kΩ(RCA)。

　　● 音频输出：2路音频输出，20～100mV,1kΩ(RCA)。

　　● 系统资源：同时多路录像、同时录像回放、同时网络操作。

　　● 图像压缩：增强型H.264，视频和音频信号压缩后生成复合的H.264码流，码流回放时视频和音频保持同步。也可设置单一视频流。

　　● 音频压缩：G.729

　　2 设计方案

　　根据系统要求的技术指标，本文设计的16路嵌入式DVR系统硬件部分采用了主从式双CPU架构模式。主CPU选用了ARM9处理器，具体型号为三星半导体的S3C2510A，从CPU选用DSP处理器,具体型号为美国德州仪器（TI）的多媒体处理芯片TMS320DM648。主从CPU之间通过PCI总线进行通信。

　　整个系统的工作流程设计为：系统上电或复位后，主CPU S3C2510A从Flash加载程序，完成对芯片的初始化和外围硬件的配置，之后从CPU TMS320DM648便开始进行图像采集。从CPU通过I2C口对系统中的视频解码芯片进行控制，将从摄像头采集到的模拟视频信号转换为数字视频信号，送入DM648的视频通道(VP端口)；同步采集到的模拟音频信号经过音频编解码器模／数转换后，送入DM648的音频通道(McASP端口)。DM648将接收到的数字视频信号和数字音频信号数据分别进行压缩,再把压缩视频流和压缩音频流进行同步复合,产生H.264视频复合流，再通过PCI总线上传给主CPU，主CPU将从PCI接口收到的数据以文件的格式存储到本地硬盘，供日后调用；同步将复合数据流传送给图像预览芯片进行显示。整个DVR系统框架图如图1所示。

图1 DVR系统框图

　　系统原理设计

　　1 S3C2510A ARM9处理器简介

　　S3C2510A是三星半导体生产的16/32位的RISC微控制器，属于ARM9处理器系列，是针对基于以太网系统的低成本、高性能的微控制器解决方案。

　　2 TMS320DM648数字信号处理器简介

　　TMS320DM648是TI公司于2007年推出的一款高性能的32位定点DSP，主要面向数字媒体应用，属于C6000系列DSP。

　　DM648保留了C64X原有的内核结构，工作频率由内部倍频器设置，可以达到720MHz、800MHz或900MHz，相应的时钟周期为1.39ns、1.25ns或1.11ns，每秒可执行指令数5760、6400和7200MIPS。此外DM648片上带有5个双通道（A、B两通道）数字视频口（VP口），可同时处理多路数字视频流，片上带有多通道串行音频接口，可同时处理10路立体声输入/输出音频信号。

图2 TMS320DM648结构图

　　核心模块原理设计

　　整个数字硬盘录像机根据功能可以划分以下几大核心模块：

　　①主控制模块；

　　②视音频采集、压缩模块；

　　③视音频预览、回放模块；

　　④其他模块（电源、存储器扩展、网络传输、逻辑控制等）；

　　本文详细介绍主控制模块和视频处理模块的设计。

　　1 主控制模块

　　本模块主要实现系统的控制，对整个系统任务的运行进行分配与调度。S3C2510A本身内置PCI控制器，5个PCI接口可分别和2个音/视频压缩模块，1个图像预览，回放模块，2个数据存储模块连接；再加上已有的串口，USB接口，网络接口，I/O等组成整个系统的控制模块。设计思路如图3所示。

图3 主控制模块设计框图

　　2 视音频采集/压缩模块

视音频信号处理的流程如下：模拟视频信号先经视频解码器TVP5154A转换成8位YUV数字视频信号Y[7:0],再送至DM648的视频输入接口。模拟音频信号经音频AD转换器PCM1801转换为I2S格式的音频数据,进入多媒体压缩芯片的音频输入接口,DM648将原始的视频和音频数据分别进行压缩,再把压缩视频流和压缩音频流进行同步复合,产生H.264视频复合流。一片DM648可以同时产生8个视/音频通道的H.264复合数据流。DM648把每个视/音频通道的复合视频数据在片外DDRAM的数据缓冲区中排列成固定长度的数据包。当缓冲区内的数据量超过一定的阈值,它就通过PCI中断向主CPU发出请求,当中断被响应时,主CPU从包缓冲区内将数据取