基于TMS320DM368全景网络摄像机设计

0.引言

随着计算机计算能力的增强、网络速度的提高和存储成本的降低，智能视频监控技术得到了快速的应用。在机场、地铁、停车场等重要场所，利用智能视频监控技术能自动监视危险情况，当盗窃发生或发现有异常行为的可疑人时，系统能向保卫人员准确及时地发出警报，从而避免违法行为的发生，同时也减少雇佣大批监视人员的投入。另外，智能视频监控技术在对道路上的车辆、公共场所行人的拥挤状态分析及重要场所的流量统计等方面也有着广泛的应用。

1.系统总体结构

本系统是一款专为智能视频监控应用而开发的模块，处理器采用TI的TMS320DM368，该芯片采用ARM926EJ-S 核，工作主频为297MHz，具有丰富的外部接口，包括高速的DDR存储器接口（是系统高性能运行的基石）、视频处理接口（包括前端数据采集端口、后端视频输出接口）、USB接口、5个SPI、2个UART、2个MMC/SD/SDIO接口、10/100M网络接口。DM368的ISP处理器内部集成了自动曝光、白平衡控制，色彩平衡、饱和度、对比度、亮度调整，边缘增强、伽马矫正、镜头畸变校正、暗角校正等等大量先进影像控制技术。这些技术保证了CMOS传感器的图像质量完全不输于昂贵的CCD镜头模组，而成本只需要1/10。

根据市场上网络摄像机的主流设计，板子外形尺寸设计为38MM*38MM，各功能板之间通过连接器连接。系统分为三个模块：电源子板、主处理主板和前端图像采集子板。系统结构框图如下：

系统原理框架如下：

2.硬件具体实现

2.1视频处理子系统VPSS

TMS320DM368处理器视频处理子系统VPSS包括视频输入接口（VPEF）用于外部图像数据的获取，例如图像传感器、视频编解码器等；视频输出接口（VPBE）用于图像数据的存储、显示等。

2.1.1视频输入接口VPEF

VPFE模块包含图像传感器接口（ISIF）， 图像通道（IPIPE）， 图像通道接口（IPIPEIF）和硬件3A统计发生器（H3A）。

该接口通过外部连接器与图象采集板连接。本系统可以与三种CMOS传感器的图象采集板对接：Aptina的MT9P031、MT9P006、sony的IMX122。

MT9P031是一款高分辨率逐行扫描1/2.5英寸500万像素数字图像传感器。视频最高分辨率：16：9显示比例，1280*720P（25帧），1920x1080P（12.5fps）全实时输出，广播级图像画质，清晰度可达1000线。MT9P006也是一款1/1.25英寸500万像素数字图像传感器，在低照度的环境下图象质量比MT9P031更好，更适合在低照度的环境下使用。

接口关系如下：

2.1.2视频输出接口VPBE

VPBE模块包含屏幕菜单（OSD）和视频编码（VENC）模块。这些模块支持设备带有一强大和灵活的后端显示接口。OSD模块的主要功能是收集和混合视频数据和显示/位图数据， 然后通过它来做以YCbCr格式的视频编码器（VENC）。视频和显示数据从外部DDR2/mDDR存储空间读取。OSD的是通过控制和参数寄存器实现编程的。VENC/DLCD 包含三个模块：

（a）视频编码器，以产生模拟视频输出。

（b）数字LCD控制器，以产生RGB/YCbCr数据输出和时序信号。

（c）时序发生器。

从前端捕获的图象通过VENC进行本地显示。本系统选用TV模拟视频输出到小型的液晶屏进行显示。

2.2网络传输接口

网络传输系统的组建对于高清网络视频监控系统的组建至关重要，如果传输系统不能满足网络视频流的传输要求，那么网络监控也就无从谈起。

网络接口负责把从前端捕获的图象经过TMS320DM368进行ISP处理和压缩处理后的图象数据传送给上位机进行显示或存储。

网络接口为了提供数据的传输效率和传输速度，选用DM9161收发器，提供10/100Mbps的以太网口，在2Mbps低码流下能做到百万像素高清实时画质传输和压缩。

2.3系统的主存储器接口

系统存储器是整个系统高性能运行的基础。只有存储器的性能与主CPU匹配才能最大地发挥CPU的性能。TMS320DM368的存储器接口完全兼容JESD79D-2A标准的DDR2存储设备和标准的移动DDR设备；最高工作时钟频率为340MHz，为系统高性能的运行提供了很好的基石。

3.软件设计介绍

启动过程介绍：

在开发嵌入式系统时，以哪种引导方式启动系统是一个首先要考虑的问题。DM368可以支持NOR Flash， NAND Flash， UART， SD Card启动等多种启动方式。引导启动模式取决于Boot Selection（BTSEL[2：0]）引脚的设置状态。

BTSEL[2：0]=01时，系统加电/复位后DM368的ARM 处理器将从OneFlash 或NOR Flash零地址（0x02000000）处执行引导启动程序（由用户生成、下载和烧写），即从外部存储器启动；BTSEL[2：0]≠01时，系统加电/复位后ARM处理器首先从AIROM地址（0x00008000）处开始执行由芯片厂商在生产芯片时烧写的RBL（ROM Boot Loader）程序。DM368 AIROM 固化的这段RBL 代码支持以下7 种不同的引导启动模式：

BTSEL[2：0]=000，NAND Flash 引导启动模式BTSEL[2：0]=010，MMC0/SD0 引导启动模式BTSEL[2：0]=011， UART0引导启动模式

BTSEL[2：0]=100，USB 引导启动模式

BTSEL[2：0]=101，SPI0 引导启动模式

BTSEL[2：0]=110，EMAC 引导启动模式

BTSEL[2：0]=111，HPI引导启动模式

本系统采用 NAND Flash 引导启动模式，当开发板加电或执行复位操作后，处理器执行固化在其内部的RBL 代码，RBL 会将UBL 从NAND 拷贝到处理器AIRAM 中并运行，UBL在完成相应初始化后把U-Boot 从NAND 复制到DDR2 运行，由U-Boot 将内核从NAND 拷贝到DDR2 指定地址运行。至此，整个引导启动过程执行完毕，并将控制权交给操作系统。上电启动的过程如下：

4.结束语

随着安防市场的日益成熟，模拟产品和数字产品并轨的趋势日益加快.IP网络摄像机也在中国市场上崭露头角。采用全网络，全数字化架构，前端高清网络数字摄像机只需要考虑网络接入就可以了，不需要在为视频线、控制线等繁杂的工序头疼，减少了故障节点。随着大量要求安全监控应用的出现，利用网络摄像机来综合视频和网络的优点，实现远程视频监控必定大有可为。 [科]

【参考文献】

[1]《TMS320DM368 Digital Media System-on-Chip （DMSoC）》.

[2]张起贵，张胜，张刚等.最新DSP技术―“达芬奇”系统框架和组件.国防工业出版社.

[3]西刹子.智能网络视频监控技术详解与实践.清华大学出版社.

[4]汪光华.智能安防―视频监控全面解析与实例分析.机械工业出版社.