摘 要: TMS320DM642是TI公司推出的一种专门用于图像处理的高性能DSP，它具有强大的指令集和高速的运算速度。针对传统基于PC网络摄像传输系统的稳定性差、执行效率低的特点,提出了基于DM642的多通道视频网络传输系统。CCD摄像头将拍到的图像通过视频输入端口实时地传给DM642，DM642凭借高速的运算能力对图像进行处理，然后通过EMAC(以太网)将相关的图像信息传给PC以达到视频监控的目的。
关键词: 以太网; 图像处理; 视频输入口
随着网络通信技术和视频压缩技术的日益成熟，远程网络摄像在视频监控领域越来越受到人们的关注。目前，传统的视频网络传输系统将网络摄像头采集的视频信号通过图像采集卡直接传给PC机，PC机通过相应的图像处理软件对输入的图像进行压缩、特征提取等处理。这种方法不仅成本高，而且系统的稳定性和实时性也差。
TI公司推出的DM642是一款专门用于图像处理和传输的高性能芯片， 它具有4路图像输入/输出端口、 EMAC[1]（以太网）接口模块，以及高速的运算能力和灵活的指令集，非常适合实时图像处理和视频监控以及远程传输。本文正是利用DM642的这些优点，设计了多通道视频网络传输系统。该系统采用SEED(合众达)公司推出的SEED_TDK_VPM642开发箱作为试验平台，搭建多通道视频网络传输系统，实现对图像的传输与处理。
1 系统的整体架构的介绍
图1所示为整个系统的结构图，由DSP开发板、摄像头和显示器组成一个子模块，再由5个同样的子模块与主机通过Ethernet组成一个局域网络。每个子模块各分配一个IP地址，主机通过IP[2]地址可以访问每个子模块，实时显示每个DSP采集和处理的图像信息。
2 系统的硬件设计
系统的硬件框图如图2所示。该系统以DM642为核心,由视频输入模块、视频输出模块、以太网通讯模块、存储器模块和电源模块等组成。由摄像头采集的4路视频信号经过TVP5150解码后送入到VP1和VP2两个视频输入口， 解码芯片将PAL格式的视频信号转换为BT.656视频流，BT.656数据信号通过DM642的VP口传输给DSP。DSP通过EDMA的方式将接收的视频信号传输至SDRAM储存。DSP一方面从SDRAM中读取视频信号进行相应的处理(如进行JPEG压缩、特征提取、识别等)，另一方面将处理过的信号通过EMAC(以太网)接口传输给PC机，与此同时，DSP还通过视频输出口将采集的视频图像在显示器上进行实时显示，以随时观测采集的图像信息。Host PC机通过以太网接收DSP传输的视频信号和相关的检测结果，实时显示远程的图像信息，同时将图像和检测的结果存储到硬盘中方便用户随时进行调用分析。
2.1 视频采集模块的设计
视频采集模块中的TVP5150是TI公司推出的一款超低功耗，支持自动识别NTSC/PAL/SECAM制式的视频解码芯片[3]，具有体积小、价格低、使用方便等特点。本系统中采用了PAL制式[4]的CCD摄像头,所以PAL制式的模拟信号送到TVP5150后，需按照YCbCr4:2:2的格式将其转化为数字信号， 以8 bit内嵌同步信号ITU-RBT.656[5]格式输出。由于DM642的一个视频输入口接收2路视频输入信号，故采用最简单的ITU-RBT.656连接方式，即不需要水平、垂直、场同步信号。TVP5150的数据输出口YOUT[7:0]与VPxD[9:2]相连，时钟同步信号SCLk与视频输入口的一个VPx_CTK0相连，SCL和SDA与DSP的I2C总线[5]相连。TVP5150的GPCL引脚用作VP口的CAPEN，以控制视频数据流的采集，当GPCL为“1”时，允许VP口对输入的视频数据流进行采集；当GPCL为“0”时，禁止对输入的视频数据流进行采集。TVP5150与DSP的连接硬件图如图3所示。
TVP5150作为DM642的从设备，最多可以配备2个不同的从地址,一条I2C总线总能同时访问2个TVP5150配置口,而seed_VPM642模板上有4个TVP5150，所以用总线切换的方式将I2C分为2组，如图4所示。其中GP0[0]来控制I2C总线的切换，当GP0[0]为0时，选择第1、2通道的TVP5150；当GP0[0]为1时，选择第3、4通道的TVP5150。
2.2 视频回放模块的设计
系统采用Phillip公司的SAA71721H作为视频输出的编码芯片，支持NTSC/PAL制式的视频编码，其输入支持BT.656格式的数字信号。SAA7121H与DSP的连接图如图5所示。
符合BT.656标准的YCbCr4:2:2数字信号从DM642的VP0[9:2]输出送至SAA7121H的Min[7:0]中，经数/模转换为模拟的视频信号输出显示。DM642的VP0TCTL0、VP0TCTL1分别作为水平控制信号和垂直控制信号，与SAA7121H的RCV1和RCV2相连。在进行视频编码前，DSP通过I2C总线引脚的SCL和SDA对SAA7121H进行配置。
2.3 以太网接口电路的设计
DM642中PCI、HPI和EMAC的接口引脚是复用的，由于本硬件系统采用网络传输的方式，故使用EMAC（以太网）的功能。通过软件配置将EMAC_EN拉高、PCI_EN拉低即可配置为EMAC方式。DM642的EMAC提供数据链路层的功能，因此，只需要利用一块物理层的网络芯片（以太网网络收发器），将网络变压器与Internet相连，便可构成10/100 Mb的自适应以太网接口。
以太网连接图如图6所示，本系统采用Broadcom公司的BCM5221作为10/100Base-Tx以太网收发器，BCM5221的MII接口(传媒无关接口)与DM642的MII接口对接即可。此网络的主要接口特性与功能包括以下几点：符合IEEE802.3及TCP/IP协议；支持传媒无关接口；8个独立的接收和发送通路；同步10/100 Mbit的数据操作；广播及多帧的发送。
2.4 电源模块的设计
该硬件系统需要高精度、高稳定的双电源来供电,以保证整个系统的正常运行。本系统使用了一个5 V电源来驱动2片电压调整芯片[3]（TPS54310），产生内部核心电源CVDD为1.4 V和外部电压DVDD为3.3 V。TI公司提供的TPS54310输出精度为1%，完全满足系统设计要求。为了保持系统稳定性，系统设计TPS76703XX电压监测芯片，一旦电压低于一定门限值(88%)，就强制系统进入复位状态。TVP5150解码芯片需要1.8 V的供给电压，本系统采用Sipex公司的SPX3819-18电源转换芯片，将3.3 V转换为1.8 V。由于1块该芯片能驱动4块TVP5150，所以只要1块芯片就可满足要求。
3 系统的性能与应用前景
TMS320DM642是TI公司专用于数字图像处理的高速处理芯片，它具有体积小、成本低、高速的处理能力和丰富的外围接口、便于扩展和维护等特点，它可以同时支持4路视频信号的采集、处理、压缩、通过以太网传输、显示等功能，该硬件系统正逐步应用到日常生活中。
凭借强大的程序移植功能，可以向DM642中写入人脸识别算法、字符检测等算法来实现客流量统计、车牌字符识别和视频监控[6]等功能。同时也可以与ARM操作系统相结合，增加对硬盘的操作，实现本地视频数据的存储，进一步降低系统的成本。
参考文献
[1] Texas Intruments. TMS320C6000 DSP ethernet media access controller (EMAC)/management data input/output(MDIO) module reference guide[R]. U.S:SMSC Inc, 2004.
[2] Texas Instruments. TMS320C6000TCP/IP network developer’s kit NDK user’s guide[R]. U.S: SMSC Inc,2003.
[3] 魏振宇，张旭东. 一种新的数字信号处理器媒体处理器DM642[J]. 世界电子元器件, 2004(6):28-29.
[4] 韩非，胡春梅，李伟. TM320C6000系列DSP开发应用技巧[M]. 北京：中国电力出版社, 2008.
[5] 刘琼，安涛，金钢. 基于DM642视频采集处理系统硬件设计[J]. 微计算机信息, 2007,23(11-2):180-182.
[6] 刘源，朱善海，叶旭东. 基于DM642的嵌入式视频监控系统的硬件设计[J]. 电子器件,2006,29(3):905-908.