基于DM642的视频音频监控系统设计

摘 要：为实现视频音频数据的实时采集传输，提出了一种基于dm642的视频音频监控系统的设计方案。硬件上，利用DM642丰富的外设资源，完成了视频输入、输出模块，音频输入输出模块和以太网接口模块的设计。软件上，基于DSP/BIOS实时操作系统，实现对视频音频数据的管理和控制，并构建Web服务器，用户可通过浏览器访问系统，实现远程监控。测试结果表明，该系统性能稳定，符合设计要求。

关键词：DM642; 视频音频监控; 以太网; DSP/BIOS

中图分类号：

TN722-34

文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2011)19

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Design of Video and Audio Surveillance System Based on DM642

CHEN Hong-fei, SONG Sheng-jin, XU Yong-hui

(Automatic Test and Control Institute, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

Abstract： In older to realize real-time acquisition and transmission of video and audio data, a video and audio surveillance system based on DM642 is proposed. In this system, the hardware modules of video input and output interface, audio input and output interface and Ethernet interface were designed by the rich resources of DM642. The software was developed based on DSP/BIOS real-time operating system, which achieved the management and control of video and audio data. The WEB server was also designed in the DSP, which achieved network transmission and remote surveillance. Test results show that the system works stable and meets the needs of design.

Keywords： DM642; video and audio surveillance; Ethernet; DSP/BIOS

随着技术的发展，视频音频监控系统的应用领域越来越广。目前，传统的视频音频监控系统多存在着诸如体积大、容量小、实时性差、稳定性低等缺点，在工业或军事等复杂环境下应用极为不便，应用场合受到很大的限制［1］。TI公司推出的TMS320DM642是一款针对数字视频应用的高性能DSP芯片，具有10/100 Mb/s以太网接口［2］。本文基于DM642给出了一种视频音频监控系统的设计方案，具有本地及远程视频音频监控能力。该设计方案具有体积小、成本低、可靠性高、使用方便等优点，具有较高的研究价值和广泛的应用前景。

1 硬件设计

根据设计要求，本文提出了基于TMS320DM642为核心的结构设计：包括视频输入输出模块、音频输入输出模块、网络接口模块。总体结构如图1所示。

主处理器DM642是TI公司的一款32位定点的高性能DSP，片上带有丰富的视频音频硬件资源，具有网口、PCI接口、I2C接口、串行口等多种接口，可广泛用于视频、音频、网络、信号处理等领域。DM642的主频可达720 MHz，每秒可执行指令数5 760 MIPS。它的EMIFA接口数据总线宽度为64位，最高数据存取频率为133 MHz，可直接与异步寄存器及同步寄存器无缝连接。

图1 系统结构图

DM642通过EMIFA接口外扩存储器时，使用CE0-CE3信号作为空间片选信号。DM642外部扩展两片MT48LC2M32芯片，共4M×64位SDRAM空间，使用CE0引脚为片选信号，外部存储区地址范围为0x80000000~0x8007FFFF，作为数据缓存空间。外部扩展一片1M×8位FLASH，使用CE1引脚为片选信号，外部存储区地址范围为0x90000000~0x9001FFFF，作为程序存储空间。

1.1 视频输入、输出模块的设计

DM642集成了3个可独立配置的视频口VP0~VP2，非常适合于图像处理系统方面的应用［3］。本设计中，将DM642的VP0口配置为视频输入模式，VP2口配置为视频输出模式［4］。硬件电路如图2所示。

图2 视频输入、输出硬件电路图

视频解码器选用PHILIPS公司的SAF7113H。SAF7113H是一款低电压、低功耗、小体积的视频解码芯片，支持NTSC,PAL,SECAM制式的视频输入，输出为8 b ITU-RBT.656 YCrCb 4∶2∶2的视频数据流［5］。SAF7113H可以通过I2C接口配置内部寄存器，默认读/写地址为4BH/4AH，当引脚HRTS0接地时，读/写地址为49H/48H。

视频编码芯片采用ADV7179，支持NTSC制式和PAL制式视频编码［6］。DM642通过I2C接口配置编码芯片ADV7179内部寄存器，ADV7179的设备地址由ALSB引脚的状态决定。本设计中，ALSB为低电平，读/写地址为55H/54H。

1.2 音频输入、输出模块的设计

DM642的McASP接口可用于多通道音频处理，进行音频数据的接收和发送［7］。音频编解码器采用TI公司的TLC320AIC23B,它是一款高性能低功耗双声道立体声的音频编解码器芯片，集成了基于Sigma-delta采样技术的A/D解码电路和D/A编码电路，支持麦克风输入、立体声输入和立体声输出，输入、输出增益可编程，片上带有耳机功率放大器。DM642与AIC23B芯片的电路连接如图3所示。

图3 音频输入、输出电路图

AIC23B芯片的控制端口支持SPI协议和I2C协议，两类接口的选择由引脚MODE状态决定。本设计中，引脚MODE接地，DM642通过I2C接口对音频编解码器TLC320AIC23B进行参数配置。TLC320AIC23B芯片的I2C设备地址由引脚CS选定，当引脚CS接地时，TLC320AIC23B的设备地址为0011010。I2C总线选择7位地址的寻址方式，由于AIC23B的寄存器只有写操作，没有读操作，因此，I2C通信协议每个字前7位为寄存器地址，后9位为寄存器内容。

1.3 网络接口模块的设计

DM642带有一个EMAC接口，符合IEEE 802.3协议，具有8个独立的发送与接收通道，支持10 Mb/s或100 Mb/s模式［8］。本设计中，采用Intel公司专门开发的一款以太网收发器LXT971A。LXT971A采用先进的CMOS工艺，只需一个3.3 V的单电源供电，其MII接口(独立多媒体接口)可与DM642的EMAC接口直连。LXT97IA的4路信号TD+，TD-，RD+，RD-经过网络变压器转化后接到RJ 45连接器上。模块结构如图4所示。

图4 网络接口模块结构图

2 软件设计

TI公司为TMS320C6000系列DSP开发了一个功能丰富、用户可剪裁的实时多任务操作系统DSP/BIOS，并提供了网络工具开发包NDK，工具包提供了HTTP服务，为快速开发网络应用提供了解决方案。DSP/BIOS提供了许多丰富的内核服务，用户可以使用DSP/BIOS快速建立实时性要求高且精细复杂的多任务应用程序［9］。

本设计的软件编写在集成开发环境CCS (C6000)中完成，利用TI公司提供的算法对数据进行处理，实现对音频、视频数据的管理和控制，并在DSP内部构建Web服务器，用户在PC端可通过浏览器访问系统，实现远程监控。

由于DSP/BIOS为多任务操作系统，将整个系统的处理分为3个部分：音频采集与处理任务、视频采集与处理任务、HTTP服务任务。软件的整体流程如图5所示。

系统上电后，从FLASH加载引导程序，完成对DM642的初始化，并对视频解码芯片SAF7113、编码芯片ADV7179和音频编解码器AIC23B进行参数配置。DSP/BIOS启动后，在主线程中加载网络工具开发包NDK，配置系统IP地址、子网掩码和默认网关等信息，然后动态创建音频、视频采集与处理任务，并使能HTTP服务［10］。

图5 系统主流程图

Web服务器的处理流程如图6所示。系统网页设计采用HTML语言，在系统启动时将主页加载到RAM，用户在PC端通过浏览器输入系统IP地址，Web服务器返回系统的主界面。网页和服务器之间的数据交互是通过表单的形式，CGI处理程序提取表单中的有用信息，实现对系统IP信息的配置、视频音频编解码芯片的参数配置等，并将视频音频编码后的实时数据以表单的形式传输至用户浏览器，实现系统的远程监控功能。

图6 Web服务器处理流程图

3 系统测试

在集成开发环境CCS(C6000)下，加载相关驱动程序，对本系统进行了测试。CCD摄像头为标准PAL制式，图像采集的帧频为25帧/s，图像的分辨率为720×576像素。测试结果如图7所示。测试结果表明，网络连接正常，用户在PC端可通过浏览器访问系统，成功实现远程监控。

图7 系统测试结果

4 结 语

基于DM642设计了一个切实可行的视频音频监控系统，实现了视频音频数据的实时采集和传输，可应用于远程监控、语音识别、视频电话、数字电视等相关领域。测试结果表明，该系统性能稳定，具有较高的研究价值和广泛的应用前景。

参 考 文 献

［1］徐婉莹,刘建军,黄新生.基于CPLD和DSP的高速图像采集技术研究［J］.电子工程师,2004,30(6):48-50.

［2］王跃宗,刘京会.TMS320DM642 DSP应用系统设计与开发［M］.北京:人民邮电出版社,2009.

［3］Texas Instruments. TMS320DM642 video/imaging fixed-point digital signal processor \. America: Texas Instruments, 2004.

［4］张海涛,蔡文寰,董有尔.基于DM642的图像处理系统设计及应用［J］.现代电子技术,2008,31(12):125-130.

［5］PHILIPS. SAF7113H 9-bit Video input processor \. \: PHILIPS, 2000.

［6］Analog Devices. Chip scale PAL/NTSC video encoder with advanced power management ADV7174/ADV7179 \. \: Analog Devices, 2004.

［7］Texas Instruments. TMS320C6000 DSP multichannel audio serial port (McASP) reference guide \. America: Texas Instruments, 2004.

［8］Texas Instruments. TMS320C6000 DSP ethernet media access controller (EMAC)/management data input/output(MDIO) module reference guide \. America: Texas Instruments, 2004.

［9］李方惠,王飞,何佩琨.TMS320C6000系列DSPs原理与应用［M］.北京:电子工业出版社,2003.

［10］Texas Instruments. TMS320C6000 TCP/IP network developer′s kit(NDK) programmer′s reference guide \. America: Texas Instruments, 2004.