基于达芬奇技术的数字视频系统设计与实现

　 引 言

　　在数字视频创新已经成为数字信息产业热点的今天，数字视频系统的设计方法不断提高，数字视频系统的复杂度已经远远超过以往任何时候。达芬奇技术成功实现数字视频需要四大要素的最新进步，即：处理器、开发工具、软件以及系统专业技术。由于能够在集成这四种要素的平台中实现数字视频、音频、语音与话音技术，因此达芬奇技术可以为数字视频的当前变革打下基础。

　　本设计是在一块60*60mm 的PCB板上来完成视频的采集、处理与显示。由摄像头采集的视频图像经由解码器转换成达芬奇处理器能够处理的格式，在Codec Engine 中实现H.264 、MPEG-4编解码，在LCD液晶屏上最高能达到1280*720 分辨率下30fps(帧/每秒)流畅显示。这样的数字视频系统能达到尺寸小，功能强，设计灵活，实用性广的优点。

　　1. 1．系统的总体架构及工作原理

　　2. 1.1 TMS320DM*6 器件总揽 达芬奇处理器TMS320DM*6 是基于业界最高性能的DSP平台-TI TMS320C6000? 由ARM926EJ-S 内核、TMS320C64x+ DSP 内核、系统控制、视频处理子系统(VPSS)、电源管理、外部存储器接口、外围控制模块等功能模块组成。

　　TMS320DM*6 中的ARM926EJ-S 内核具有16KB 指令和8KB 数据Cache 及16KB ROM 和16KB RAM 。TMS320C64x+ DSP 内核具有32KB L1 程序R A M / C a c h e 、8 0 K B L1 数据R A M /Cache 及64KB L2 RAM/Cache 。具有DDR2 内存控制器；64 通道增强型DMA 控制器；串行端口(3 个UART、I2C、SPI、音频串口);3 个64 位通用定时器；10/100M 以太网；USB2.0 端口；3 个PWM 端口；多达71 个通用I/O 口；支持MMC/SD/CF 卡等。系统控制模块提供了看门狗、中断控制器、电源管理控制器、复位控制器及2 个片上振荡器。视频处理子系统(VPSS) 有用于视频输入的视频前端输入(VPFF) 接口由CCD 控制器(CCDC)， 预处理器、柱状模块、自动曝光/白平衡/聚焦模块(H3A)和寄存器组成；和用于视频输出的视频后端输出(VPBE)接口由屏幕菜单式调节器(OSD)、视频编码器(VENC)和四路10bit DACs 组成。

　　1.2 系统的硬件组成及工作原理

　　整个数字视频系统采用的是由达芬奇处理器（TMS320DM*6）、DDR2 SDRAM 、NAND FLASH、视频解码器TVP5146 、电源管理芯片TPS65023，LTC3412 加上外围接口芯片的方案。视频解码器把CCD摄像头传过来的模拟视频信号进行模/数转换，变成符合ITU-BT.656 标准的数字视频信号，然后将数字视频信号传到达芬奇处理器的视频处理子系统的前端进行预处理经过Codec Engine 编解码后送到视频处理子系统的后端，直接输出数字视频信号到显示终端上或是通过四路54MHz 的DACs来提供NTSC/PAL制式的模拟视频输出。DM*6 上的ARM端主要做为控制器来控制视频解码芯片和外围接口芯片，DSP端主要负责视频编解码工作。系统硬件框图如图1所示

　　图1 系统硬件框图

　　1. 3．视频部分的硬件结构及其分析

　　视频采集与解码

　　本设计选用TI公司的视频解码芯片TVP5146 完成从模拟到数字视频的转换。TVP5146 允许10路模拟视频输入,具有4路10bit A/D 转换器;场同步信号VS,行同步信号HS,奇偶场信号FID,时钟输出信号DATACLK 等都由引脚直接引出,省去同步时钟电路的设计。

　　TVP5146 上的Y[9：2]为输出的亮度视频信号，DATACLK 为行锁定系统的输出时钟，像素时钟频率为27MHz， 用来同步数据采集，HS为行同步信号，VS为场同步信号分别与达芬奇处理器DM*6 视频端口对应的信号相连接。HS的高电平表示一行有效采样点个数，VS 的高电平表示一场有效信号，对于NTSC 制信号，单场为243 行， 奇偶场信号FID为"1" 时，表示当前为奇数场，为"0" 表示偶数场。视频解码芯片与DM*6 的接口电路如图2所示。

　　图2 视频前端模块接口

　　2. 图像处理与显示

实时图像处理系统设计的难点是如何在有限的时间内完成大量图像数据的处理。只有图像处理系统的处理速度达到每秒25帧以上时才能达到实时的效果并且要想在显示终端上显示出高清晰的图像最重要的就是在Codec Engine 中的视频编解码运算。而达芬奇处理器能通过多种复杂的视频编解码来实现高清视频输出，如MPEG-4编解码能显示30fps分辨率为720p(1280*720)；H.264 编解码能显示30fps 分辨率为D1(720*480) 等。TMS320DM*6 处理器视频处理子系统中的视频后端提供的在线视频显示处理器既能够显示两组独立的视频窗口或两组独立的OSD窗口，还可以以一个视频窗口、一个OSD窗口和一个属性窗口的形式显示。视频编码器完成图像数据编码后可以通过内部的LCD控制器直接输出数字视频信号到液晶显示器上也可以通过四路54MHz 的DACs 进行D/A转换，来提供