基于DSP的视频采集与传输外文翻译

淮 阴 工 学 院毕业设计(论文)外文资料翻译学 院：计算机工程学院专 业：通信工程（多媒体）姓 名：韩晓晓学 号：1101312235外文出处：CollegeofInformationandCommunication Engineering,TianjinPolytechnicUniversityTianjin 300160, CHN附 件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。指导教师评语： 年月日签名： 附件1：外文资料翻译译文基于DSP的嵌入式远程视频监控系统设计摘要：本系统提出的是一套基于TMS320DM642的嵌入式远程视频监控系统设计，利用DM642为核心的数据处理,该系统是由视频采集、视频处理和通信模块组成，提供一个实现迷你驱动模块的DSP / BIOS的集成开发环境,并在应用程序层实现一项常见的任务模块。该系统实现整个模拟视频信号采集，H.264视频编码和网络传输的功能, 它提供了通用连接未来发展并具有良好的灵活性和可扩展性，系统采用了模块化设计和整体开发的编程方法来提高系统的效率。关键词：DM642；远程监控系统；H.264；视频采集；网络界面1 导言随着科学技术的迅速发展，网络不仅提供了简单的文本、图片和声音文件功能,而且开始提供各种音频和视频来丰富人们的生活，与此同时，监控系统已经从传统发展成智能化，多媒体化和网络化。传统的监控系统只提供视频监控,多媒体监控系统提供了音频监控,极大地丰富监控的内容，提供实时的网络服务和连续音频流是很有必要的，视频传输应该满足远程实时监控的要求。TI公司在2003年提供的TMS320DM642 是一款拥有专用视频接口的性能很高的DSP芯片，它有强大的DSP内核和先进的总线结构。它的频率范围是从480MHZ到720MHZ，在600 MH z主时钟频率数字处理能力可以达到4800 mips，DM642集成各种使视频和图片更方便于实际应用发展的外设。可以对它进行配置三个视频端口,提供无缝的视频输入接口、视频输出和输入符号流，包括BT. 656, HDTVY/ C,RGB和MPEG-2输入流，为了基于DM642视频编码器的发展,视频输入只需要一个视频采集芯片，不需要外部的逻辑控制电路和输入/输出缓存器，因此,硬件系统设计及其操作比其他系统更稳定。2 系统设计在本系统设计中，系统的基本功能是接收采集于CCD相机的模拟视频信号,在计算机用H.264视频编码后经网络远程传输恢复和显示视频信号。 系统流程如下：CCD相机捕捉模拟视频信号, 通过SAA7115译码器交付数量流到DM642视频接口，然后经过H.264后的数字视频信号进入视频处理模块，最后，让通过FPGA处理后的视频信号转换成OSD数据并在计算机终端显示输出。系统流程如图1所示：图1系统信号流图根据功能需求和信号流，远程视频监控系统可以分为以下几部分：视频接口模块，网络接口模块，OSD FPGA模块，EMIF模块，电源模块，时钟模块，重启模块。视频接口和网络接口模块是两个最主要的模块。3 视频接口电路设计SAA7115是一个理想的视频解码设备。是一个高度集成的单芯片图像采集处理器，支持6信道的复合模拟视频信号输入，3信道的S子信号输入,或者是多倍格式的RGB或YUV的视频信号的输出。通过DM642的集成总线，SAA7115解码器内部寄存器进行合适的编程来满足不同输入视频信号解码的服务模式。该系统支持包括：PAL、NTSC的输入视频信号，和其他的标准的或非标准的模拟的复合视频信号。SAA7115完成了视频帧数据数字化,以及水平和垂直同步分离。DM642视频口1和视频口2被用作视频采集，视频口2是用作视频显示。如下图2所示：图2 SAA7115 和 DM642 连接框图 视频0和视频1口满足SAA7115的解码分离。在图3，我们只描述了视频0口连接到SAA7115的数据核和控制线，视频1口和SAA7115的连接和视频0口的相同。在本系统中，FPGA主要实现的是OSD功能，由DM642处理携带的图形信息在活动视频中叠加，视频流通过视频口2输送到FPGA。无论FPGA判断是否需要视频图像的附加OSD信息, OSD的默认功能是不必要的，如果需要OSD,数据都是从内部FIFO添加视频数据, FIFO通过EDMA 的SDRAM获取补充数据。获取后的添加视频数据直接传送给SAA7105编码器。SAA7105可以进行YUV到RGB,NTSC和PA L的复合视频编码,也可以使编程的SAA7105内部寄存器实现超级视频编码。SAA7105内部编程记录可以通过DM642 集成电路总线部署。编码过的视频信号可以直接到支持YUV格式的电视上。DM642和SAA7105数据核线和控制线的连接如图3所示：图3 DM642和SAA7105连接示意图4 网络接口电路设计DM642的网络功能是由三个主要的网络模块构成：EMAC控制模块、EMAC模块、MDIO模块。网络接口框图如图4所示：图4 DM642网络接口图EMAC控制模块可作为DSP的核心，其中的EMAC和MDIO模块可以高效的使用DSP内存。EMAC控制模块控制着网络数据的传输，中断和存储器接口的优先级,可以控制内存接口优先级来平衡EMAC外围设备和DSP内存操作。EMAC控制模块的外围总线接口允许EMAC模块读写内外存。EMAC控制模块具有4 k的随机内存用于保存缓冲描述符的信息包。 考虑到以太MAC的连接被集成在DM642上，因此需要一个物理级的网络处理芯片。本系统使用INTEL公司的LXT971ALC芯片通过绝缘变压器和RJ-45进行网络连接。5 系统软件的设计 DSP / BIOS应用TI公司TMS320C5000和TMS320C6000 DSP芯片设计，最为CCS不可或缺的一部分,DSP / BIOS包括优先级的多任务调度器,外围管理工具,实时分析工具,图形化配置工具等等，是TI公司集成软件开发工具的一部分。对于DSP的应用开发，DSP / BIOS提供一个标准化结构，围绕这个结构软件模块单元可以被设计。编程人员可以避免底部软件开发的大量不必要工作，尽可能的专注于专用算法的应用需求。5.1视频驱动开发 设备驱动程序的设计是基于CSL类/ 迷你驱动模型。使用模型驱动程序设计,应用程序可以重用绝大多数的类似驱动设备,因而能提高驱动设备的使用效率。分类-驱动迷你驱动模型视频结构如图5所示：图5 视频采集和显示驱动结构模型的功能驱动程序分为依赖与硬件层(微驱动)和独立于硬件层(类驱动),并给出了常见的两层之间的接口。上层应用程序并不直接控制微驱动，而是通过类驱动来控制。每个类驱动程序在应用程序代码中执行API函数,并通过标准化驱动微IOM接口与微驱动进行通信。 DSP / BIOS定义了下面一些驱动模块：PIP管理模块、SIO管理模块和普通输入（CIO）输出模块。在PIP和SIO类驱动程序,只有API调用函数和参数来响应相应的DIO、PIO模块，这样就可以和微驱动交换数据。在GIO类驱动中，直接调用API函数和微驱动进行通信。在实际的开发中,为了处理可伸缩性和重用性，系统采用了FVID类驱动包。FVID函数实际上是GIO和API函数包。对于GIO信道分配的缓存，四大FVID函数用于创建GIO单独通道,控制设备的操作,并将数据发送给微驱动包。主要的视频采集与显示的程序如下：CapChan= FVID_,IOM_INPUT , & status, ( Pt r) & EVMDM642_vCapPar amsChan, NULL) ;FVID_co nt ro l ( capChan, VPORT _CMD_EDC_BASE+ EDC_CONFIG,( Pt r) & EVMDM642_vCapParamsTVP5150A) ;FVID_co nt ro l ( capChan, VPORT _CMD_START, NU LL) ;* ( ( vo lat ile unsigned int * ) 0x01b4c010) = 0x00000004| * ( ( volat ile unsig ned int * ) 0x 01b4c010) ;* ( ( vo lat ile unsigned int * ) 0x01b4c014) = 0x00000004| * ( ( volat ile unsig ned int * ) 0x 01b4c014) ;switch ( displaymode)Case 0: * ( ( volat ile unsig ned int * ) 0x 01b4c01c) = 0x00000004; break;Case 1: * ( ( volat ile unsig ned int * ) 0x 01b4c01c) = 0x00000004; break;Case 2: * ( ( volat ile unsig ned int * ) 0x 01b4c01c) = 0x00000000; break;Default: * ( ( vo lat ile unsigned int * ) 0x01b4c01c) = 0x 00000004;5.2 H.264压缩编码H.264是由ITU首次提出,ISO和IEC共同采用的视频压缩国际标准。由于其灵活性，H.264视频压缩已广泛应用与各个领域，例如：高清DVD，数字视频广播包括高清电视、网络视频存储、3G手机技术，在软件应用方面，例如：QuickT ime、Flash和苹果电脑的MacOS X操作系统，在家里视频游戏机方面如PlayStation 3。在许多厂商和应用的支持下为了满足消费者和专业人员的需求，在目前的市场中H . 264视频压缩技术有望取代其他的压缩技术。随着H.264格式更加广泛应用到网络摄像机、视频编码器和视频管理软件中，系统设计员将需要确保他们所选的产品能支持这种新式开放的视频压缩标准。目前，同时支持H . 264和JPEG格式的网络视频产品,是满足最大的灵活性和集成的可能性的理想产品。视频编码的流程如图6所示：图6 视频编码流程图H.264有许多提高图像质量的性能：H.264在编码和解码过程中强制解封每一帧图，结果是由于在图像上呈现很少的噪声使编码变得更加的高效。然而,它是不可能关掉解封改善较慢的回放系统。像素运动估计: 当DivX的ASP编码器搜索过去的块时未来帧决定运动矢量下降到半像素的精度。半像素在编码过程中会迅速的进行搜索而且用半像素精度的运动矢量的纹理重建在回放期间也很快。H.264在编码期间使用像素精度进行运动搜索这将导致更长的搜索时间并且在回放过称中纹理重建将更加的复杂。尽管数据处理要求很高，更准确的预测会导致更清晰的图片和提高效率。 ASP和H.264都使用16x16像素块作为它们基本的块尺寸。ASP块可以细分为4个8×8分块，而H.264允许块被细分到4x 4像素。较小的块在低空间分辨率的区域是有益的因此对于标准定义和移动内容尤其有用。H.264在帧内的预测方面具有更大得灵活性，所以但运动估计失败或关键帧已编码，块纹理会比ASP标准更加高效的被存储起来。6 总结本系统采用DSP+ FPGA的开发模式，有很多的外部接口，反映了良好的灵活性和可扩展性。也考虑可扩张性，例如：通过ATA接口，DM642上的文档格式的数据存储可被扩展到本地