作者：武汉大学电子信息学院DSP研究室 熊

摘要：针对构建高稳定性、高鲁棒性的多媒体数字监控系统设计并实现了一款基于TMS320DM642型数字信号处理器的四路实时MPEG-4视频采集兼压缩处理PCI板卡。详细介绍TMS320DM642的硬件架构、板卡的硬件构成和核心模块的实现，分析板卡设计中的难点及关键技术。实验结果表明，该板卡在不降低视频质量的前提下能够满足对4路CIF分辨率的视频图像进行采集、实时编码和通过PCI接口传输的要求，为远程视频监控提供有效的硬件支持，具有广阔的市场前景。

1 引言
    视频监控系统是安全防范系统的重要组成部分，也是一种防范能力较强的综合系统。视频监控系统以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多领域。近年来，随着计算机、网络及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也得到长足的进步，集多媒体技术、数字图像处理和远程网络传输等最新技术为一体的多媒体数字监控系统正在逐步取代传统的模拟视频监控系统。目前，市场上专用的视频压缩电路只能实现一种压缩算法，灵活性和可扩展性较差，基本不具备在此基础上进行二次开发的能力；各种基于ISA、PCI等总线的图形采集卡也能在市场上买到，但价格较贵，且处理功能简单，二次开发效率低，不能很好地满足用户的特殊需要。
    为了适应多媒体通信技术的发展，美国德州仪器公司推出一款针对视频和图像解决方案的TMS320DM642型高性能数字媒体处理器，它是TI公司C6000系列DSP中最新的定点DSP，其核心是C6416型高性能数字信号处理器，具有极强的处理性能、高度的灵活性和可编程性，同时外围集成了非常完整的音频、视频和网络通信等设备及接口，特别适用于机器视觉、医学成像、网络视频监控、数字广播以及基于数字视频/图像处理的消费类电子产品等高速DSP应用领域。笔者针对市场客户的需求，设计并实现了一款以TVP5150为视频输入解码器、以PCMl801为音频输入采集电路、以TMS320DM642型DSP为核心处理器的多路视频采集兼压缩处理PCI板卡，并将其应用于构建高稳定性、高鲁棒性的多媒体数字监控系统，取得了较好的社会效益和经济效益。

2 TMS320DM642的硬件架构
    TMS320DM642采用第二代高性能、先进的超长指令字velociTI.2结构的DSP核及增强的并行机制，在720 MHz的时钟频率下，其处理性能为5 760Ml/s，使得该款DSP成为数字媒体解决方案的首选产品。它不仅拥有高速控制器的操作灵活性，而且具有阵列处理器的数字处理能力。TMS320DM642的外围集成了非常完整的音频、视频和网络通信接口，主要包括：
    3个可配置的视频端口(VPORTO-2)，能够与通用的视频编、解码器实现无缝连接，支持多种视频分辨率及视频标准，支持RAW视频输入/输出、传输流模式；
    1个10/100Mb/s以太网接口(EMAC)，符合IEEE 802.3标准；
    1个多通道带缓冲音频串行端口(McASP)，支持I2S、DIT、S/PDIF、IEC60958-1、AES-3、CP-430等音频格式；
    2个多通道带缓冲串行端口(McBSP)，采用RS232电平驱动；
    1个VCXO内插控制单元(VIC)，支持音/视频同步；
    1个32位、66MHz、3.3 V主/从PCI接口，遵循PCI2.2规范；
    1个用户可配置的16/32位主机接口(HPI)；
    1个16位通用输入/输出端口(GPIO)；
    1个64位外部存储器接口(EMIF)，能够与大多数异步存储器(SRAM、EPROM)及同步存储器(SDRAM、SBSRAM、ZBT SRAM、FIFO)无缝连接，最大可寻址外部存储器空间为1 024MB；
    1个具有64路独立通道的增强型直接内存访问控制器(EDMA)；
    1个数据管理输入/输出模块(MDIO)；
    1个I2C总线模块；
    3个32位通用定时器；
    1个符合IEEE 1149.1标准的JTAG接口及子板接口等。
    有关TMS320DM642的详细性能介绍请参照其数据手册。

3 多路视频采集处理板卡硬件设计
    基于TMS320DM642的多路视频采集处理板卡的主要硬件功能模块包括视频输入解码模块、音频输入采集模块、核心DM642型DSP模块、外部存储模块、PCI总线驱动控制模块及电源管理模块等。基本工作原理是由CCD摄像头采集输入的模拟视频信号，经过视频解码器转换成数字视频信号，由拾音器采集输入的模拟音频信号经过音频采集电路转换成数字音频数据，送到DM642，DM642再将采集的音、视频数据用MPEG-4标准编码压缩后通过PCI接口传送到PC上位机，构成数字监控系统。本板卡的总体设计功能框图及接口信号示意图如图1所示，主要由1个TMS320DM642GDK(DSP)、4个TI公司的TVP5150AMl(视频解码器)、2个TI公司的PCMl801U(音频采集电路)、2个Hynix公司的HY57V283220TP-6(SDRAM)、1个SN74CBTl6233DGGR(PCI总线桥接电路)以及AMSl085CM和AMSl086CD(电源管理电路)等组成。