双DSP的多路视频监控系统设计

摘要：采用两片TI公司的专用视频处理芯片TMS320DM642设计了一种多路视频监控系统。其中，DSP1与视频采集芯片SAA7113共同完成多路视频的采集，并拼接成一路视频图像输出；DSP2完成对DSP1输出图像的采集、压缩和视频传输。该方案结构灵活、拓展性强，可以实现4路视频的实时采集与传送。

关键词：视频监控系统；TMS320DM642；双DSP；BT．656

引言

在钢铁冶炼加工等高温高危行业中，有许多场合不适合工人长时间在现场监控设备运行，因此需要在现场建立隔离工作室，利用视频监控系统将现场的实时视频采集和传输至工作室中。为了实现全方位的设备监控，往往需要多路视频监控系统，本文针对实际情况，采用TI公司的专用视频处理芯片TMS320DM642构建单板多路视频监控系统。该系统连接简单、方便，设备成本低，可以广泛应用于现场监控系统中。

1 核心处理器选择

视频系统通常包括视频信号的采集、处理和输出。其中最核心的部分是处理部分。对于4路720×576标清格式的PAL制式视频采集系统及1路720×576标清格式的PAL制式视频输出，系统输入的数据量为：

(720×576)×4×16 bit×25Hz≈79．1 MB／s

输出数据量为：

(720×576)×16 bit×25 Hz≈19．8 MB／s

处理如此巨大的数据量成为多路视频监控系统的最大瓶颈。这要求DSP有足够出色的外部接口能力和较高的内核时钟，使用高速的缓冲设备和高速的存储器，并采用各种技术完成超大量视频数据的采集和处理。

TMS320DM642(简称DM642)是TI公司推出的专用视频处理芯片。其基于C64X内核，采用VLIW(超长指令字)结构和二级缓存结构；最高主频时钟达720 MHz，拥有丰富的外设接口：拥有3个可配置视频口，可实现与视频输入／输出的无缝连接；拥有64路可配置EDMA，可以灵活地实现数据的搬移操作；具有64位外部存储器接口(EMIFA)，可以连接同步或者异步的存储器和外设；拥有I2C总线接口，可实现对外部编解码芯片的配置。
DM642拥有3个可配置的视频口外设(VP0，VP1，VP2)。每个视频口具有两个通道，每个通道都可以实现与通用视频编码器和解码器无缝链接，支持CCIR-601、ITU-BT．656、BT．1120等视频标准。这样每个DSP可以配置2个视频用于视频采集(即同时采集4个通道)，另一个视频口用于输出显示。另外，DM642还拥有一个10／100M以太网接口，可以实现与外部网络的连接。因此，采用DM642作为主处理芯片来实现视频的采集、压缩与传输等功能。考虑到系统不仅需要采集多路标清PAL制式视频，还需要进行H．264压缩编码，很难利用单DSP系统来达到实时性要求，因此采用了双DSP系统。其中一个DSP负责采集与拼接，另一个DSP负责视频压缩与传送。

2 系统总体设计

系统采用DM642为系统核心芯片，利用DM642的视频口互连技术实现DSP间的通信。在视频采集端，由DSP1和4个SAA7113构成4路视频采集系统，DSP1的视频输出口接DSP2的视频采集输入口。DSP2在系统中主要实现H.264压缩编码功能，压缩后的数据通过网络接口送至总监控室；另外，DSP2的视频口2外接视频编码芯片，完成模拟CVBS及RGB格式视频数据的输出。系统结构框图如图1所示。

3 系统硬件设计

3．1 视频解码模块设计

视频解码模块也称为视频采集模块，它由数字视频解码芯片SAA7113和视频源(模拟CVBS信号)组成。输入的图像经过视频解码模块进行A／D转换后，才能送给视频处理模块。该解码模块采用Philips公司的SAA7113芯片来进行采集。图像传感器输出的模拟CVBS信号经SAA7113视频芯片转换为数字信号，输出的数字信号经过DM642视频口的内部FIFO缓冲后，由DM642的。EDMA通道将数据传送到片外SDRAM中，以便视频处理程序使用。DM642通过I2C控制器对SAA7113进行配置，使其输出BT．656格式4：2：2的YUV视频数据流。

这里需要说明的是，由于DM642只有一个I2C接口，最多只能寻址两个I2C从设备。为了实现DM642对4个视频解码芯片的配置，使用一个多路选择开关74CBT3257将I2C总线分成I2C0和I2C1。I2C总线切换电路如图2所示。

3．2 双DSP通信设计

实现双DM642的通信设计可以采用两种方式：双端口RAM和视频口互连。双端口RAM采用共享内存的模式，系统时序复杂，快速双端口RAM的成本代价高，因此在本系统中采用视频口互连技术实现双DSP的通信设计。

采用视频口互连技术的优点有：

①电路设计简单，实现系统通信只需要13根信号线，包括8根视频口数据线、2根时钟线及3根可选的控制信号线(行场同步信号)。
②DM642的视频支持BT．656格式视频输出，而BT．656格式数字视频将同步信号内嵌在数据流中，因此无需行场同步信号，即无需其他芯片辅助控制。
③传输速率高，可达80 MB／s。