基于DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計論文正文

1、 基于DSP的視頻采集與壓縮傳輸系統(tǒng)的設(shè)計1 緒論1.1課題背景視頻采集技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)品正經(jīng)歷著由模擬化向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的變革。并在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、資源的遙感探測、交通運輸、空間探測、醫(yī)療衛(wèi)生等各個領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用愈發(fā)廣泛。數(shù)字視頻采集壓縮傳輸系統(tǒng)不僅符合信息產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展趨勢，而且代表了行業(yè)的未來發(fā)展方向，蘊藏著巨大的商機和經(jīng)濟效益，成為目前信息產(chǎn)業(yè)中頗受關(guān)注的數(shù)字化產(chǎn)品。隨著技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字信號處理器（DSP）的應(yīng)用范圍越來越廣闊，其普及率也越來越高，應(yīng)用領(lǐng)域達到航空航天器材，比如飛機，小到日常所使用的電子產(chǎn)品，比如手機、數(shù)碼相機等。DSP在當(dāng)今電子類產(chǎn)品中起了不可或缺的作用。TMS32

2、0DM642是TI公司于2003年左右推出的一款32位定點DSP芯片，主要面向數(shù)字媒體，屬于C6000系列DSP芯片。DM642保留了C64x原有的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，工作頻率由內(nèi)部倍頻器設(shè)置，可以達到500MHz、600MHz或720MHz，相應(yīng)的時鐘周期為2ns、1.67ns和1.39ns，每秒可執(zhí)行指令數(shù)4000 MIPS、4800 MIPS和5760MIPS。DM642采用TI公司第2代增強型超長指令集，它的EMIFA接口數(shù)據(jù)總線寬度為64位，最高數(shù)據(jù)存取頻率133MHz，可直接與大容量、低成本的SDRAM芯片無縫連接。DM642片上帶有3個雙通道數(shù)字視頻口，可同時處理多路數(shù)字視頻流，片上帶有多

3、通道串行音頻接口，可同時處理4路立體聲輸入/輸出音頻信號。DM642擁有I²C設(shè)備的寄存器，DM642的網(wǎng)口、PCI口和HPI口共享引腳。當(dāng)前在國內(nèi)外市場上，對視頻數(shù)據(jù)的采集壓縮主要有三種方式：基于PC機的視頻采集壓縮系統(tǒng)、基于專用視頻壓縮芯片的視頻處理系統(tǒng)和基于高速通用視頻處理DSP的視頻壓縮系統(tǒng)。在現(xiàn)今以高速化為要求的視頻采集技術(shù)中，前兩種技術(shù)難以滿足實時處理的要求。基于高速通用視頻處理DSP的視頻壓縮系統(tǒng)成為新一代網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流。實現(xiàn)這個系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是如何解決圖像信號的壓縮編碼和壓縮后圖像數(shù)據(jù)的傳輸。目前視頻處理DSP芯片的性能非常強大,并且價格是可以接受的，采用DS

4、P來進行圖像的壓縮編碼是可行的。與此同時，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及與推廣，以太網(wǎng)通信速率的提高和交換技術(shù)的發(fā)展使它得到了迅速發(fā)展和普及。目前，以太網(wǎng)技術(shù)己無可爭議地成為主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。1.2 課題研究的目的及意義本論文以TI公司高性能的32位定點TMS320DM642為中央處理器實現(xiàn)了嵌入式的視頻采集系統(tǒng)，利用DSP將攝像頭獲取的圖像進行壓縮，處理，傳輸?shù)浇K端。整個除了具有圖像采集，圖像壓縮功能之外，還加入了本地大容量存儲模塊以及網(wǎng)絡(luò)接口模塊，具備了較完整的視頻處理所需要的功能。與其他多處理器實現(xiàn)方式不同的是，TMS320DM642片內(nèi)集成了視頻和網(wǎng)絡(luò)外設(shè)接口，系統(tǒng)的軟件處理工作可以全部都由DM642

5、完成，從而減少了嵌入式視頻系統(tǒng)的成本和開發(fā)難度。在系統(tǒng)中采用了最新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)BT.656壓縮算法，并使用8019實現(xiàn)UDP協(xié)議。本文比較系統(tǒng)地描述了系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能，對系統(tǒng)的各個組成模塊進行了分析和設(shè)計，使用protel 99se設(shè)計電路原理圖和PCB圖，主要包括視頻采集，視頻處理，視頻輸出，音頻輸入/輸出、網(wǎng)絡(luò)傳輸串口等模塊，并針對DM642高速CPU，分析了系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)注意的問題。我國基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻采集壓縮傳輸系統(tǒng)剛剛起步，所以研究并開發(fā)一種基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)視頻采集壓縮傳輸系統(tǒng)具有很大的工程實際意義?；贒PS的視頻采集系統(tǒng)，由于可以靈活地修改其圖像處理算法，它的應(yīng)

6、用主要面向用戶的特定需求和對實時性有較高要求的場合。因此，有理由相信在嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建視頻圖像采集，處理及壓縮傳輸系統(tǒng)具有廣闊的市場前景。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在采集系統(tǒng)中，應(yīng)用了基于DSP的圖像處理技術(shù)，特別是在圖像的模式識別問題上充分發(fā)揮了DSP的硬件結(jié)構(gòu)和具有特色的編程指令。圖像模式識別的典型算法是卷積運算，即乘累加，正好發(fā)揮DSP軟、硬件的特長。傳統(tǒng)的處理方法是基于計算機的硬件和軟件的，計算機完成一次乘累加運算需要11個機器周期，而 DSP 完成同樣的運算只需1個機器周期。本系統(tǒng)采用 DSP 芯片實現(xiàn)圖像的模式識別，提高了處理速度，解決了圖像處理過程中由于圖像識別速度慢而影響整

7、個圖像的處理流程的實際問題，收到了良好的效果。圖像處理技術(shù)的發(fā)展與計算機以及硬件技術(shù)的發(fā)展是緊密聯(lián)系的。最早發(fā)表有關(guān)計算機處理圖像信息的文章的時間要追溯到20世紀(jì)50年代，隨著計算機以及硬件技術(shù)的高速發(fā)展，性能大幅度提高，而價格卻大幅度下降，無疑推動了圖像處理技術(shù)的發(fā)展，圖像處理系統(tǒng)的發(fā)展大致上可以劃分為四個階段。（1）圖像數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)發(fā)展的第一階段第一階段的時間大體上是20世紀(jì)60年代到80年代中期，這個時期的圖像處理系統(tǒng)采用機箱式結(jié)構(gòu)，主流計算機采用小型機，并采用雙屏操作方式，所以系統(tǒng)的體積比較大，功能也比較強，當(dāng)然價格也比較貴。當(dāng)時的代表是美國I2S公司推出的MODEL-70、MO

8、DEL-50圖像計算機，英國JOYCELOBEL公司推出的MAGISCAN圖像分析系統(tǒng)以及美國VICOM系統(tǒng)公司推出的VICOM-VEM圖像處理工作站。（2）圖像處理系統(tǒng)發(fā)展的第二階段第二階段是的時間大體上是20世紀(jì)80年代中期到90年代初期，這個階段的主要特點是小型化，外形不再是機箱式而是插卡式，絕大部分都是采用PC系列微機構(gòu)成圖像處理系統(tǒng)，計算機總線采用ISA總線，并采用雙屏操作方式。圖像卡的體積較小，一般圖像卡都是采用大規(guī)模集成電路甚至是制作專用集成電路，從而使價格降低了。這個時期的代表作是美國Imaging Technology公司推出的PCCISION圖像卡、PCVISIONPlus

9、圖像卡，美國DT公司推出的DT2851圖像卡，加拿大MATROX公司的一系列圖像卡。（3）圖像處理系統(tǒng)發(fā)展的第三階段第三階段的時間大體上是從20世紀(jì)90年代初開始，這一階段圖像處理系統(tǒng)突出特點是單屏方式，以微機PCI總線（Peripheral Component Interconnect bus）為支持的單屏方式和以圖像壓縮傳輸為特點的圖像通信方式成為主流方式，但仍然主要是依靠微機來進行圖像處理，在Windows平臺上編制圖像處理軟件包，這個時期的代表有美國Intel公司推出的MMX（多媒體指令系統(tǒng)）等。（4）基于DSP的圖像處理系統(tǒng)隨著微型計算機的發(fā)展和普及，現(xiàn)代的圖像處理方式越來越向高速、

10、小型、簡潔的方向發(fā)展，圖像處理逐漸由專用、笨重的圖像處理機過渡到通用、小型的微型機方式，但是由于圖像的數(shù)據(jù)量很大，算法復(fù)雜程度高，人們經(jīng)常使用軟件來處理，軟件往往局限于計算機的配置，使得圖像處理速度比較慢、實時性差、價格高，不適宜在小規(guī)模、小環(huán)境內(nèi)使用。與此同時數(shù)字信號處理各種算法日趨完善，特別是運算能力的很強的數(shù)字信號處理器(DSP)的問世，使現(xiàn)代圖像處理系統(tǒng)進入了和計算機緊密結(jié)合的全數(shù)字體制的階段。以DSP為核心的硬件系統(tǒng)同樣可以用來進行圖像處理，為這個問題的解決帶來了新的途徑。DSP的運算速度和運算精度不斷地提高，片內(nèi)的存儲容量不斷地加大，系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)處理能力以及與外部設(shè)備的通信功能不

11、斷地增強，完全可以脫離 PC機開發(fā)出基于DSP的圖像系統(tǒng)。這種設(shè)計方案的優(yōu)點是設(shè)計簡單、靈活，成本比較低，便于實際中使用。1.4 本課題研究的內(nèi)容提出了一種通用的基于DSP的視頻采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法，介紹了系統(tǒng)的軟件和硬件構(gòu)成，重點研究了系統(tǒng)軟件部分所涉及到的視頻采集處理，編解碼，圖像實時顯示與控制等關(guān)鍵視頻技術(shù)。完成的主要工作如下:（1）以TMS320DM642構(gòu)建成視頻采集的硬件系統(tǒng)。將TVP5150作為視頻采集芯片。（2）掌握8019網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，實現(xiàn)UDP協(xié)議；（3）靈活運用C6000系列DSP外圍電路的設(shè)計與開發(fā)，使用Protel 99se設(shè)計電路原理圖和PCB圖；（4）了解視頻

12、信號的實時壓縮與解壓方法，掌握其中一種解壓縮的編程，實現(xiàn)一個windows平臺下的圖像編碼。.（5）代碼移植，對代碼進行修改，使之符合DSP編程需要，把代碼移植到DSP上，使之能在硬件平臺上實現(xiàn)。根據(jù)DSP處理芯片的特性對代碼進行優(yōu)化，提高代碼性能。2 DSP系統(tǒng)開發(fā)平臺的分析2.1 數(shù)字信號處理器DSP（digital singnal processor）是一種獨特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達

13、每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色?，F(xiàn)代社會對數(shù)據(jù)通信需求正向多樣化、個人化方向發(fā)展。而無線數(shù)據(jù)通信作為向社會公眾迅速、準(zhǔn)確、安全、靈活、高效地提供數(shù)據(jù)交流的有力手段，其市場需求也日益迫切。正是在這種情況下，3G、4G通信才會不斷地被推出，但是無論是3G還是4G，未來通信都將離不開DSP技術(shù)（數(shù)字信號處理器)，DSP作為一種功能強大的特種微處理器,主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)、語音、視像信號的高速數(shù)學(xué)運算和實時處理方面，可以說DSP將在未來通信領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用。 內(nèi)置數(shù)字信號處理器(DSP，

14、DigitalSignalProcessor)是車載主機內(nèi)以邏輯電路對音視頻數(shù)字信號進行再加工處理的專用元件，是一個統(tǒng)稱名詞，包括數(shù)字效果器、EQ、3D環(huán)繞等等。數(shù)字信號處理器（DSP，即DigitalSignalProcessor）是進行數(shù)字信號處理的專用芯片，是伴隨著微電子學(xué)、數(shù)字信號處理技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的新器件。數(shù)字信號處理器并非只局限于音視頻層面，它廣泛的應(yīng)用于通信與信息系統(tǒng)、信號與信息處理、自動控制、雷達、軍事、航空航天、醫(yī)療、家用電器等許多領(lǐng)域。以往是采用通用的微處理器來完成大量數(shù)字信號處理運算，速度較慢，難以滿足實際需要；而同時使用位片式微處理器和快速并聯(lián)乘法器，曾經(jīng)

15、是實現(xiàn)數(shù)字信號處理的有效途徑，但此方法器件較多，邏輯設(shè)計和程序設(shè)計復(fù)雜，耗電較大，價格昂貴。數(shù)字信號處理器DSP的出現(xiàn)，很好的解決了上述問題。DSP可以快速的實現(xiàn)對信號的采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。對于車載主機而言，數(shù)字信號處理器DSP目前主要是提供特定的音場或效果，例如劇場、爵士樂等等，有些還能接收高清晰度(HD)無線電和衛(wèi)星無線電等等，以達到最大的視聽享受。數(shù)字信號處理器DSP增強了車載主機的性能和可用性，提高了音視頻質(zhì)量、提供了更多的靈活性和更快的設(shè)計周期。隨著技術(shù)的發(fā)展，相信以后還能提供更多的聽覺和視覺特效，而使車載主機成為車內(nèi)的高科技

16、信息和娛樂中心。2.2 DSP選型的依據(jù)參考了市場上主流的DSP芯片之后，現(xiàn)將其特點總結(jié)如下：Nexperia系列的PNX1300 DSP處理能力稍弱，PNX1500和PNX1700處理能力較強，而且其外設(shè)功能也較強，價格在同類產(chǎn)品中屬于中等。DM64X系列優(yōu)勢在于其計算能力和指令集功能都很強大，且片上外設(shè)豐富，資料齊全便于開發(fā)，缺點是芯片價格貴。Cradle公司的DSP處理能力強大，而且其I/O 外圍接口可編程，因此外設(shè)實現(xiàn)方便。但是，由于是多核芯片，所以協(xié)調(diào)難度較大，功耗也較大，芯片資料缺乏。ADI的Blackfin系列DSP體積小，功耗低，非常適合做手持式產(chǎn)品開發(fā)，價格便宜，但相比較Ph

17、ilips和TI的DSP，其劣勢在于能夠支持Blackfin的第三方算法較少。Equator的BSP系列芯片的優(yōu)點在于片上I/O接口豐富，完全采用C語言編程，靈活性高，價格也較低，但與同系列的Philips和TI的DSP相比，軟件開發(fā)難度較大，功耗也稍大。由于本系統(tǒng)是運用于視頻采集壓縮系統(tǒng)，因此其特性直接決定了視頻采集壓縮系統(tǒng)核心DSP所需要具備的性能。其功能特點包括：音視頻錄象、音視頻檢索與回放、壓縮、傳輸?shù)鹊取＃?）系統(tǒng)要能夠?qū)崟r壓縮多路信號并傳輸?shù)揭曨l服務(wù)器，就必須采用高壓縮比的壓縮算法。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的BT.656算法和MPEG-4算法以及最新的比H.263節(jié)省50%碼率的H.264標(biāo)準(zhǔn)

18、都對DSP芯片的計算能力提出了巨大的挑戰(zhàn)。（2）系統(tǒng)的管理是基于對網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器IP地址的列表管理，監(jiān)控端軟件能夠連接所有的前端網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，并將其IP地址列入管理清單；用戶還能夠任意選擇區(qū)域內(nèi)的音視頻通道。同時，系統(tǒng)需要提供報警功能，當(dāng)監(jiān)視區(qū)域有異常情況時，監(jiān)控端主機會及時以聲像報警，并可控制外接警報器報警和控制現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)報警聯(lián)動。此外，在一般情況下，攝像機采用定焦距、定方向的固定方式，但在光照度變化大的場所應(yīng)選用自動光圈鏡頭，大范圍監(jiān)控區(qū)域宜選用帶有轉(zhuǎn)動云臺和可變鏡頭的攝像機。監(jiān)控中心通過控制端軟件，能夠控制遠(yuǎn)端攝像機鏡頭和云臺的轉(zhuǎn)動。以上這些特性決定了DSP芯片需要具備豐富的外設(shè)資源

19、，以滿足網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的需要。綜合以上兩點考慮，本系統(tǒng)采用TI公司DM64x系列中性能較高的DM642芯片。DM642強大的計算能力和指令集功能、豐富的片上外設(shè)以及齊備的開發(fā)資料完全滿足系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用要求。2.3 基于TMS320DM642的視頻采集壓縮系統(tǒng)的總體方案TMS320DM642是TI公司C6000系列DSP最新的定點DSP，其核心是C6416型高性能數(shù)字信號處理器，具有極強的處理性能，高度的靈活性和可編程性，同時外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備及接口，特別適用于機器視覺、醫(yī)學(xué)成像、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控、數(shù)字廣播以及基于數(shù)字視頻/圖像處理的消費類電子產(chǎn)品等高速DSP應(yīng)用領(lǐng)域。本

20、課題針對市場客戶的需求，設(shè)計并實現(xiàn)了一款以TVP5150為視頻輸入解碼器，以TLV320AIC23B為音頻輸入采集電路，以TMS320DM642型DSP為核心處理器的多路視頻采集兼壓縮處理PCI板卡，以RTL8019AS為網(wǎng)卡芯片，并將其應(yīng)用于構(gòu)建高穩(wěn)定性的多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益?；?TMS320DM642 的視頻采集壓縮系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)為 4 路網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。每個攝像頭采集到的視頻信號經(jīng)過視頻 A/D 芯片轉(zhuǎn)換為 DM642 視頻口識別的 BT.656 的視頻流格式，4 路音頻 LINE_IN信號由音頻 A/D 轉(zhuǎn)換后通過 IIS 接

21、口與 DM642 相連。DM642 芯片對輸入的音視頻流進行壓縮編碼，編碼后的音視頻流通過以太網(wǎng)口(EMAC)發(fā)送給遠(yuǎn)端的視頻服務(wù)器，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。圖 基于 TMS320DM642 的視頻采集壓縮系統(tǒng)的硬件框圖2.4 DSP開發(fā)平臺所涉及的關(guān)鍵技術(shù)及其方案選型2.4.1 視頻解碼TVP5150是一種低功耗芯片，正常工作時的功耗為113mW,在節(jié)電模式下得功耗為1mW，該芯片內(nèi)核電源電壓為1.8V，輸入/輸出電源電壓為3.3V。TVP5150芯片的引腳定義如圖2所示，它是一種32引腳TQFP封裝的芯片，外部時鐘頻率14.318MHz或27MHz，通過I2C接口配置內(nèi)部的寄存器。圖2 TV

22、P5150芯片引腳定義2.4.2 音頻編解碼DM642的音頻接口外部需要接音頻解碼芯片或者音頻編碼芯片，通過編解碼芯片的D/A或者A/D進行模擬音頻信號和數(shù)字音頻信號之間的轉(zhuǎn)化。TLV320AIC23B是一款高性能的立體聲音頻編解碼芯片。片上帶有耳機輸出放大器，支持MIC和LINE IN兩種方式，輸入和輸出可增益編程。TLV320AIC23B芯片集成了基于Sigma-delta采樣技術(shù)的A/D轉(zhuǎn)換電路和D/A轉(zhuǎn)換電路，可在8K或96K采樣速度下提供16位、20位、24位或32位的采樣數(shù)據(jù)，A/D和D/A的信噪比可以達到90dB或100dB。TLV320AIC23B芯片是一種低功耗器件，回放模式

23、下功耗僅為23mW，省電模式下功耗小于15W。TLV320AIC23B芯片的數(shù)字音頻接口包括了LRCIN、DIN、LRCOUT、DOUT和BCLK等引腳。圖3 TLV320AIC23B芯片引腳定義2.4.3 本系統(tǒng)的壓縮方案及視頻壓縮的標(biāo)準(zhǔn)視頻壓縮通過減少和去除冗余視頻數(shù)據(jù)的方式，達到有效發(fā)送和存儲數(shù)字視頻文件的目的。在壓縮過程中，需要應(yīng)用壓縮算法對源視頻進行壓縮以創(chuàng)建壓縮文件，以便進行傳輸和存儲。要想播放壓縮文件，則需要應(yīng)用相反的解壓縮算法對視頻進行還原，還原后的視頻內(nèi)容與原始的源視頻內(nèi)容幾乎完全相同。壓縮、發(fā)送、解壓縮和顯示文件所需的時間稱為延時。在相同處理能力下，壓縮算法越高級，延時就越

24、長。視頻編解碼器（編碼器/解碼器）是指兩個協(xié)同運行的壓縮-解壓算法。使用不同標(biāo)準(zhǔn)的視頻編解碼器通常彼此之間互不兼容；也就是說，使用一種標(biāo)準(zhǔn)進行壓縮的視頻內(nèi)容無法使用另外一種標(biāo)準(zhǔn)進行解壓縮。例如，MPEG-4 Part 2解碼器就不能與H.264編碼器協(xié)同運行。這是因為一種算法無法正確地對另外一個算法的輸出信號進行解碼，然而我們可以在同一軟件或硬件中使用多種不同的算法，以支持對多種格式的文件進行壓縮。由于不同的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)會使用不同的方法來減少數(shù)據(jù)量，因此壓縮結(jié)果在比特率、質(zhì)量和延時方面也各不相同。ITU-R BT.656國際電信聯(lián)盟的無線通信部門（ITU-R）制定的標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格來說，ITU-R

25、BT.656應(yīng)該是隸屬ITU-R BT.601的一個子協(xié)議。ITU-R BT.656 則是ITU-R BT.601附件A中的數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)，用于主要數(shù)字視頻設(shè)備(包括芯片)之間采用27Mhzs并口或243Mbs串行接口的數(shù)字傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)。ITU-R BT.656視頻數(shù)據(jù)流包括圖像亮度Y和色度Cb、Cr信息，Y、Cb、Cr 3個分量在ITU-R BT.656視頻流數(shù)據(jù)中的比例為4:2:2。擁有8/10位數(shù)據(jù)傳輸，不需要同步信號。特點是先傳Y，后傳UV，同時行場同步信號嵌入在數(shù)據(jù)流中。它包含了三部分： （1）視頻信號  （2）定時基準(zhǔn)信號：有兩個定時基準(zhǔn)信號，一個在每個視頻數(shù)據(jù)塊的開始(S

26、tart of ActiveVideo，SAV)，另一個在每個視頻數(shù)據(jù)塊的結(jié)束(End of Active Video，EAV)；每個定時基準(zhǔn)信號由4 個字的序列組成，格式如下：FF 00 00 XY（16進制）頭三個是固定前綴，第4 個字包含定義第二場標(biāo)識、場消隱狀態(tài)和行消隱狀態(tài)的信息。（3）輔助信號：輔助數(shù)據(jù)信號可以以10比特形式只在行消隱間距傳送，還可以以8比特形式只在場消隱中的行的有效間距中傳送。ITU-R BT.656視頻數(shù)據(jù)流通常采用隔行掃描技術(shù)，包括上下兩場，根據(jù)場頻和每場圖像包含的行數(shù)，可分為4種視頻格式表1 BT.656視頻數(shù)據(jù)格式頻率/線數(shù)奇數(shù)場線數(shù)偶數(shù)場線數(shù)像素數(shù)/行場頻

27、60Hz/525線2402406406060Hz/525線2442437206050Hz/625線2882887685050Hz/625線288288720502.4.4 視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)及實現(xiàn)近些年來，多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展為相互之間的交叉融合奠定了基礎(chǔ)，也使得其成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。傳統(tǒng)的Internet主要提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，無線通信主要提供語音業(yè)務(wù)，而多媒體技術(shù)的日新月異，使得文本、語音、圖形、圖像和視頻綜合進入Internet和無線通信領(lǐng)域的需求日益增長。其中，視頻應(yīng)用以其高數(shù)據(jù)量，實時性強等特點，給學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提出了巨大的挑戰(zhàn)，也成為研究的熱點和難點。 本文

28、研究并總結(jié)了在Internet和無線信道上傳輸圖像和視頻的各種主流技術(shù)，具體的研究內(nèi)容如下： （1）從圖像和視頻的壓縮編碼方面介紹了傳統(tǒng)的編碼技術(shù)和可伸縮性的編碼技術(shù)。重點分析了離散余弦變換、小波變換、匹配追尋算法、精細(xì)可伸縮性算法和漸進精細(xì)可伸縮性算法等具有代表性的算法。（2）從網(wǎng)絡(luò)的傳輸控制方面介紹了差錯控制和擁塞控制。重點分析了前向糾錯、重傳、容錯性編碼、差錯掩蓋、速率控制和速率成型等技術(shù)。（3）從與視頻傳輸相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面介紹了包括網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP，傳輸層協(xié)議UDP、TCP、RTP和RTCP，任務(wù)控制協(xié)議RTSP、RSVP和SIP，以及在Internet上傳輸MPEG-4視頻流的端到端

29、結(jié)構(gòu)中的協(xié)議棧。 （4）提出并實驗了基于圖像的全局DCT變換的位平面編碼，給出了具體的實驗結(jié)果，并作了相應(yīng)的分析。介紹了網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境Network Simulator 2，并用它實現(xiàn)了基本的網(wǎng)絡(luò)仿真實驗。2.4.5 本系統(tǒng)中使用8019實現(xiàn)UDP協(xié)議RTL8019AS 是高度集成以太網(wǎng)控制器，它能夠簡單的解答即插即用NE2000兼容適配器，這種適配器具有二重和功率下降特性。通過三電平控制特性，RTL8019AS 是已制的對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 GREEN PC 理想的選擇。全二重功能能夠模擬傳播和接收在雙絞線到全二重以太網(wǎng)交換機。這個特性不僅強帶寬從10到20MBPS，而且避免了由于以太網(wǎng)頻道爭奪特性導(dǎo)致

30、的讀出多路存取協(xié)議的問題。微軟公司的即插即用功能能減輕用戶較差的營業(yè)收入而注意適配器資源，如IRQ,輸入輸出，和存儲器地址等等。然而，為了特殊的應(yīng)用而得不到即插即用功能的兼容性，RTL8019AS 支持 JUMPER 和 JUMPERLESS 選項。圖4 RTL8019AS芯片引腳定義3 DSP系統(tǒng)硬件設(shè)計視頻處理系統(tǒng)主要就是視頻和音頻的采集、數(shù)據(jù)處理、視頻壓縮、傳輸?shù)?。本系統(tǒng)是一個基于DSP的視頻采集要求對視頻信號具備采集，實時處理，壓縮傳輸。因此一個視頻采集通常可由如下部分構(gòu)成：視頻圖像的采集、處理，音頻信號的處理，各種同步邏輯控制，視頻和音頻數(shù)據(jù)的存儲，系統(tǒng)電源管理，視頻的壓縮傳輸?shù)取?

31、.1 主處理器TMS320DM642TMS320DM642芯片屬于TI公司的C64x系列DSP，是TI公司著重推出的超強多媒體處理器。該DSP芯片為548腳BGA封裝，高度集成化；并且為了滿足視頻處理的需要，該芯片內(nèi)部采用Cache結(jié)構(gòu)，支持兩極Cache：其中第一級 Cache對開發(fā)人員來說是不可見的，而第二級的Cache大小是可配置的，芯片自動完成這兩級Cache之間數(shù)據(jù)一致性的維護。這兩級Cache的支持大大提高了 CPU的執(zhí)行效率。圖5 TMS320DM642 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.1.1 TMS320DM642的硬件架構(gòu)TMS320DM642采用第二代高性能、先進的超長指令字veloci T

32、1.2結(jié)構(gòu)的DSP核及增強的并行機制，當(dāng)工作在720M赫茲的時鐘頻率下，其處理性能最高可達5760MI/s，使得該款DSP成為數(shù)字媒體解決方案的首選產(chǎn)品，它不僅擁有高速控制器的操作靈活性，而且具有陣列處理器的數(shù)字處理能力，TMS320DM642的外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信接口。TMS320DM642的主要特點如下:3個可配置的視頻端口（VPORT02）能夠與通用的視頻編、解碼器實現(xiàn)無縫連接，支持多種視頻分辨率及視頻標(biāo)準(zhǔn)，支持RAW視頻輸入/輸出，傳輸流模式；1個10/100Mb/s以太網(wǎng)接口（EMAC），符合IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)；1個多通道帶緩沖音頻串行端口（McASP），支

33、持I2S，DIT，S/PDIF，IEC60958-1，AES-3、CP-430等音頻格式；2個多通道帶緩沖串行端口（McBSP），采用RS232電平驅(qū)動；1個VCXO內(nèi)插控制單元（VIC），支持音/視頻同步；1個32位、66M赫茲、3.3V主/從PCI接口，遵循PCI2.2規(guī)范；1個用戶可配置的16/32主機接口（HPI）；1個16位通用輸入/輸出端口（GPIO）；1個64位外部存儲器接口（EMIF），能夠與大多數(shù)異步存儲器（SRAM、EPROM）及同步存儲器（SDRAM，SBSRAM，ZBT SRAM，F(xiàn)IFO）無縫連接，最大可尋址外部存儲器空間為1024MB；1個具有64路獨立通道的增強型

34、直接內(nèi)存訪問控制器（EDMA）；1個數(shù)據(jù)管理輸入/輸出模塊（MDIO）；1個I2C總線模塊；3個32位通用定時器；1個符合IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口及子板接口等。圖6 TMS320DM642的內(nèi)核和片上資源3.1.2 TMS320DM642的CPU單元、Cache結(jié)構(gòu)和EDMADM642是基于C64x的CPU，這是C6000系列DSP的一個部分。為了滿足視頻和圖象處理的需要，該系列DSP采用VelociTI體系結(jié)構(gòu)。該DSP還采用高級超長指令字結(jié)構(gòu)，使得在一個指令周期能夠并行處理多條指令。DM642的CPU的組成部分包括：（1）兩個通用寄存器(A和B，各32個32-bit通用寄存

35、器)；（2）8 個功能單元(L1，L2，S1，S2，M1，M2，D1，D2)；（3）兩個從內(nèi)存讀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通道(LD1和LD2)；（4）兩個寫內(nèi)存的數(shù)據(jù)通道(ST1和ST2)；（5）兩個數(shù)據(jù)地址通道(DA1和DA2)；（6）兩個寄存器組數(shù)據(jù)交叉通道(1X和2X)； L1和L2組成了DM642的兩級緩存。L1距離DSP核最近，數(shù)據(jù)訪問速度最快，只能作為不能尋址的Cache使用，由相互獨立的LIP和LID組成；LIPCache大小為16kB，直接映射，每行大小為32B；LID Cache大小16kB，2路映射，每行大小為64B。L2是L1和外存儲器的中間層，容量較大，有256kbit/s

36、，是統(tǒng)一的存儲空間，即可同時存儲程序和數(shù)據(jù)。L2可作為SRAM映射到存儲空間使用，也可整體作為第二級Cache，或是作為二者按比例的一種組合混合使用。L2作為SRAM使用時，即是DM642的片內(nèi)內(nèi)存，從整個系統(tǒng)地址空間的起始地址0x00000000開始編址，當(dāng)作為Cache使用時，4路映射，每行大小為128B，容量在32-56kB 之間。在實際開發(fā)過程中要充分利用Cache，總的原則是將盡量多的關(guān)鍵數(shù)據(jù)分配在片內(nèi)，Cache越大越好，對于不同的應(yīng)用需要用不同的配置。最優(yōu)配置需要在開發(fā)中根據(jù)經(jīng)驗和實際的測試結(jié)果進行選擇。 DM642處理器片上有一個EDMA控制器，如果把CPU的工作比喻

37、為前臺事務(wù)，那么EDMA的工作則視為后臺事務(wù)，不占用CPU時間，這種機制提高了CPU的工作效率。DM642的EDMA能提供超過2Gb/s的外部帶寬。EDMA支持 64 路EDMA通道，可與DM642的某個事件進行關(guān)聯(lián)。EDMA時間出發(fā)與CPU中斷出發(fā)相類似，只要正確設(shè)置了EDMA通道，滿足觸發(fā)條件后在程序中便會自動進入相應(yīng)的EDMA事件處理函數(shù)。EDMA總共有 85 個參數(shù)用來對“l(fā)inking”或“chaining”進行配置。“Linking”是在一個事件被觸發(fā)時，允許一個序列進行傳輸?！癈haining”是當(dāng)一個通道的數(shù)據(jù)傳輸完畢時，觸發(fā)另一個通道的數(shù)據(jù)傳輸。Linking和Chainin

38、g使得僅僅被CPU初始配置之后，EDMA 能夠連續(xù)的自動運行。3.1.3 TMS320DM642 的視頻口TMS320DM642共三個視頻接口即VP0VP1，每個視頻口包括20路數(shù)據(jù)信號VPxD19:0，2路時鐘信號VPxCLK1:0（輸入引腳），3路控制信號VPxCTL2:0。每個視頻口劃分為A、B兩個通道，每個通道既可以配置為視頻輸入口也可以配置為視頻輸出口，不過A、B兩個通道在使用過程中必須設(shè)置為相同類型的輸入或者輸出，不能某個通道配置為視頻輸入，另一個通道配置為視頻輸出。表2 視頻口的功能分配視頻口名稱通道 第1功能第2功能VP0A視頻口McBSP0B視頻口McASPVP1A視頻口Mc

39、BSP1B視頻口McASPVP2A視頻口單獨使用B視頻口單獨使用TMS320DM642片上提供了多個與視頻口參數(shù)設(shè)置相關(guān)的寄存器，通過設(shè)置這些寄存器把視頻口配置為視頻輸入口或視頻輸出口，視頻輸入口用于捕獲外部視頻輸入數(shù)據(jù)，視頻輸出口用于顯示視頻圖像。與視頻口相關(guān)的寄存器分為控制用寄存器、視頻捕獲寄存器、視頻捕獲FIFO寄存器、視頻顯示寄存器、視頻顯示FIFO寄存器等。3.1.4 TMS320DM642的其他外設(shè)（1）主端口接口HPI主機接口是一個能夠通過主處理器直接訪問CPU的存儲空間的并行口，主機設(shè)備作為一個主要的接口從而可以進行更加容易的訪問，主機和CPU可以經(jīng)過內(nèi)部和外部的存儲器進行相互

40、交換信息。主機還能夠直接訪問存儲映射的外圍設(shè)備。32-bit的HPI提供和多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主處理器或PCI橋芯片相連。HPI與 CPU存儲空間的互聯(lián)是通過EDMA控制器實現(xiàn)的。主機和CPU都可以對 HPI 控制寄存器（HPIC）和（HPI）地址寄存器（HPIA）進行訪問。主機可以通過使用外部數(shù)據(jù)和接口控制信號來訪問 HPI 數(shù)據(jù)寄存器（HPID）和 HPIC。（2）PCI 接口通過集成的PCI主/從設(shè)備總線接口，TMS320C6000的PCI口支持DSP和一個 PCI 主機的連接。對于C64x器件，像DM642,通過EDMA控制器實現(xiàn)PCI 口和DSP的接口。這種結(jié)構(gòu)考慮到PCI主設(shè)備和從設(shè)備處

41、理，并可以使DMA/EDMA通道資源用于其他應(yīng)用。（3）擴展內(nèi)存接口EMIFTMS320DM642的數(shù)據(jù)總線寬度為64位，劃分為4個存儲空間CE0CE3，每個存儲空間的大小為256MB。DM642通過EMIF接口擴展外部存儲器時，使用CE0CE3信號作為空間片選信號，可以把外擴的存儲器映射在不同空間中，空間片選信號低電平有效，EMIF接口的數(shù)據(jù)寬度也支持8位、16位和32位的數(shù)據(jù)。（4）多路音頻串口（McASP）TMS320DM642設(shè)備包含一個多聲道音頻串行端口（McASP）接口外設(shè)（McASP 0），為了多聲道音頻應(yīng)用需要，McASP是一個被優(yōu)化了的串口。McASP由發(fā)射部分和接收部分組成

42、，它們能夠用不同的數(shù)據(jù)格式、隔離的主時鐘、位時鐘、幀同步或者一部分完全獨立地進行操作，傳輸部分和接收部分可以是同步的。McASP模塊還包括一個 16 位移位寄存器池，可配置為用于傳輸數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)，或通用輸入/輸出（GPIO）。McASP的傳輸段可以用時分復(fù)用同步串行格式傳送數(shù)據(jù)，或用一個數(shù)字音頻接口格式傳輸數(shù)據(jù)，它的位流可被編碼為S / PDIF， AES - 3 ，IEC - 60958，CP- 430的傳輸。接收段的McASP支持的TDM同步串行格式。多路緩存串口 McBSPMcBSP 能夠和多種標(biāo)準(zhǔn)的端口相連，McBSP 是一種同步串口。（5）通用 I/O 端口GPIO該GPIO外圍設(shè)

43、備提供專用普通用途引腳，可以配置為輸入或輸出。當(dāng)配置為輸出，可以寫一個內(nèi)部寄存器以控制外部引腳的狀態(tài)驅(qū)動。當(dāng)配置為輸入，可以通過內(nèi)部寄存器的狀態(tài)來探測輸入引腳的狀態(tài)。另外，GPIO外圍設(shè)備可能導(dǎo)致CPU中斷和EDMA事件用不同的中斷或事件方式。綜上所述可知：TMS320DM642是一個強大的多媒體處理器，是構(gòu)成多媒體通信系統(tǒng)的良好平臺。它的豐富的外圍接口使得它近乎是一個多媒體嵌入式系統(tǒng)的單芯片硬件平臺；它的完全可編程性，又可以使得它能夠兼容正在發(fā)展的各種多媒體信號處理標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成通用的軟件平臺。這些特性必將使得它得到廣泛的應(yīng)用。3.2 視頻采集壓縮系統(tǒng)的核心電路設(shè)計基于TMS320DM642的視

44、頻采集壓縮系統(tǒng)硬件設(shè)計包含以下核心模塊：音視頻A/D轉(zhuǎn)換模塊、擴展存儲模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、電源模塊、串行通信模塊。音視頻A/D轉(zhuǎn)換模塊主要完成4路模擬CVBS信號和4路LINE_IN信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換以及與DM642視頻口的連接；擴展存儲模塊主要是完成DM642 EMIF 接口與SDRAM及FLASH的連接；網(wǎng)絡(luò)模塊實現(xiàn)DM642 EMAC接口與以太網(wǎng)物理層控制器之間的連接；電源模塊實現(xiàn)對視頻采集壓縮系統(tǒng)各芯片的電源供應(yīng)，以及對系統(tǒng)電壓監(jiān)控并產(chǎn)生復(fù)位信號；串行通信模塊主要實現(xiàn)專用異步通信芯片對DM642 McBSP接口的擴展，從而實現(xiàn)穩(wěn)定、準(zhǔn)確的串行通信。3.2.1 音視頻 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計一般

45、采集彩色圖像，首先要進行視頻解碼，即把復(fù)合的視頻信號分解成亮度和兩個色差信號，各個分量再獨立進行量化。傳統(tǒng)的模擬電路的亮色分離存在著如下兩個缺點：（1）模擬的亮色分離電路一般采用帶通濾波器和陷波器，但模擬濾波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整較繁，相頻特性不理想，常使亮色分離不干凈。而且?guī)捠芟拗疲y以達到高保真的效果。（2）信源送來的行場同步都有抖動，有時還會失同步，鎖相電路應(yīng)能跟上行同步，并且輸出的抖動要小。因為實際的視頻采樣系統(tǒng)中，為了使后級的處理簡單，往往需要采樣時鐘與行頻鎖相，形成所謂的行頻鎖相視頻采樣，以使得到的樣點為行正交結(jié)構(gòu)。另外，解碼器中還要恢復(fù)副載波信號來解調(diào)色差信號，恢復(fù)色副載波的頻率和相

46、位的準(zhǔn)確度直接影響到解調(diào)的質(zhì)量。因此，解碼器系統(tǒng)(特別是多制式的解碼器)中，鎖相系統(tǒng)要能完成多種頻率的高精度鎖相。 音視頻A/D轉(zhuǎn)換模塊由音視頻解碼芯片構(gòu)成，由于DM642的VP口能夠接受CCIR601、ITU-BT.656.和RAW Video等多種格式的視頻數(shù)據(jù)，提供了與目前市面上流行的視頻編解碼芯片的無縫連接，因而大大簡化了設(shè)計，在芯片的選擇上更多集中在視頻解碼質(zhì)量，芯片功耗等方面進行考慮。由于設(shè)計中采用模擬攝像頭進行視頻數(shù)據(jù)的采集，因此需要使用視頻解碼芯片將采集到的模擬數(shù)據(jù)進行數(shù)字化，然后傳送給DM642的視頻端口進行處理。這里的視頻解碼芯片選用了TI公司生產(chǎn)的TVP5150芯片。該芯

47、片是一款超低功耗的視頻解碼器，正常工作時功耗僅為115mW，在省電模式下功耗不超過1mW。它支持PAL/NTSC/SECAM制式的視頻信號，采用了節(jié)省空間的32-pinTQFP封裝，芯片需要+1.8V的模擬/數(shù)字電壓和+3.3V的I/O電壓。TVP5150支持2路復(fù)合視頻(CVBS)或1路S一端子(S-video)輸入，由14.31818MHz的外部振蕩器產(chǎn)生解碼器內(nèi)部9-bitADC所需的27MHz采樣頻率，將輸入的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為帶離散同步信號的8-bit 4：2：2YCbCr或者帶內(nèi)嵌同步信號的8-bit BT.656格式的數(shù)字視頻信號并輸出，除此之外，TVP5150還輸出同步信號，消

48、隱信號，鎖定信號和時鐘信號。TVP5150A解碼器還包括一組內(nèi)部寄存器(地址從00h-FFh )，芯片的所有工作參數(shù)包括視頻特征(色調(diào)、對比度、明亮度、飽和度和尖銳度)和其他一些相關(guān)的控制等都由DM642通過I2C串行端口在這些寄存器中設(shè)置。圖 視頻芯片與 DM642 的連接系統(tǒng)對音頻信號的處理使用 TI 的TLV320AIC23音頻編解碼器，模擬的音頻信號通過線性輸入接口輸入AIC23，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給DSP 進行處理。DSP 處理后的音頻信號再通過AIC23 轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。AIC23編解碼器使用兩個串行通道，一個通道控制編解碼器的內(nèi)部配置寄存器，另一個用于收發(fā)數(shù)字音頻信號。I2C

49、總線作為單向的控制通道，實現(xiàn)DSP對編解碼器的配置。雙向的數(shù)據(jù)通道則由McASP來實現(xiàn)，所有的音頻數(shù)據(jù)均由此處交換。圖8 DM642與音頻芯片接口圖3.2.2 擴展存儲模塊的設(shè)計DSP訪問外部存儲器時必須通過外部存儲器接口EMIF。DM642有很強的接口能力，不僅具有很高的數(shù)據(jù)吞吐率，而且可以與目前幾乎所有類型的存儲器直接接口，如 pipeline結(jié)構(gòu)的同步突發(fā)靜態(tài) RAM(SBRAM)，異步器件，包括 SRAM、ROM和 FIFO 等，還有外部共享存儲空間的設(shè)備。圖9 DM642 視頻口分配DM642上有兩個擴展內(nèi)存接口總線，分別為EMIFA和EMIFB。EMIFA 提供64 位寬度的外總線

50、數(shù)據(jù)接口，EMIFB提供 16 位寬度的外總線數(shù)據(jù)接口，最大總線速度為133MHz。由于對視頻圖像的處理需要比較大的存儲空間，所以系統(tǒng)通過DM642的外部存儲器接口(EMIF)擴展了片外存儲空間。DM642的64位 EMIF 根據(jù)地址空間劃分為4個部分，CE0-CE3，這4個部分分別與擴展的片外設(shè)備相連。在本系統(tǒng)中，片外設(shè)備包括： 2 塊 4M×32bit，133MHz速率的 SDRAM、1塊64Mbit的FLASH以及TI的UART。系統(tǒng)程序固化在FLASH存儲器中，當(dāng)程序運行時，DM642把程序和臨時數(shù)據(jù)保存在SDRAM中。FLASH存儲器具有總線寫入功能，這對系統(tǒng)啟動程序的修改

51、和升級帶來了極大的方便。（1）SDRAM系統(tǒng)選用的SDRAM容量為4Mbit，數(shù)據(jù)寬度為32位，由于DM642的EMIFA數(shù)據(jù)線寬度為64位，所以選用兩片SDRAM與DM642相連接。SDRAM具有如下特征：l 信號與時鐘同步。在SDRAM中，所有的輸入、輸出信號都是與時鐘信號同步，SDRAM在時鐘的上升沿對輸入信號進行采樣并鎖存。l 命令操作。SDRAM的各種操作都是通過命令進行控制的，控制命令在時鐘的上升沿有效且只持續(xù)一拍。l 多塊并行。在SDRAM芯片中，一般有2-4個存儲塊，當(dāng)一個塊在工作時，其他塊可立即進行讀寫準(zhǔn)備(預(yù)充電、運行地址、刷新等)。前一個工作快完成后，下一個塊可立即進行工

52、作。這樣隱藏了存儲塊的啟動時間，提高了數(shù)據(jù)傳輸率。表3 DM642的 EMIF 的地址空間分配表Chip selectFunctionCE0SDRAM busCE18 bit FlashCE2UARTCE3l 數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸。SDRAM內(nèi)部設(shè)有地址計數(shù)器，在突發(fā)方式工作時，只需要對SDRAM送一次初始地址，即可實現(xiàn)連續(xù)訪問，后續(xù)列地址由 SDRAM內(nèi)的列地址計數(shù)器自動提供。l 抗干擾能力強。由于SDRAM是在時鐘上升沿對輸入信號進行采樣，數(shù)據(jù)在其它時間的變化不會影響SDRAM的工作，因而具有較強的抗干擾能力。本文中，DM642的外部擴展兩片HY57V283220T芯片，共4M*64位SDRAM空

53、間，選擇工作頻率為133MHz的HY57V283220T芯片。圖中，使用CE0引腳產(chǎn)生SDRAM芯片的片選信號，即把兩片HY57V283220T芯片擴展的片選信號，即把兩片HY57V283220T芯片擴展在DM642的CE0空間。圖10 DM642 與 SDRAM 連接關(guān)系（2）FLASHTMS320DM642片內(nèi)不帶FLASH或EEPROM，系統(tǒng)掉電DM642存儲器中的數(shù)據(jù)和程序?qū)⑷縼G失，所以DM642外部通常需要擴展FLASH存儲器，用于存儲程序和重要的數(shù)據(jù)。FLASH存儲器也是通過DM642的EMIFA接口加以擴展，由DSP或CPLD器件產(chǎn)生FLASH芯片需要的邏輯控制。目前市場上的E

54、PROM工作電壓一般在 5V，與3.3V的DSP芯片相連接時需要考慮電平轉(zhuǎn)換問題，而且體積都比較大。Flash存儲器與EPROM相比，具有更高的性價比，而且體積較小、功耗低、電可擦寫，使用比較方便，3.3V Flash 可直接與DSP相接。因此采用Flash存儲器存儲程序和固定數(shù)據(jù)是比較好的選擇。Flash主要作用是固化程序和保存歷史數(shù)據(jù)，也就是開機后執(zhí)行閃存的程序，并在程序執(zhí)行的過程中實時地保存或修改其內(nèi)部的數(shù)據(jù)單元。我們使用的是AMD公司的AM29LV033C Flash存儲器，容量為4M*8位，單電源供電，電源電壓范圍為2.73.6V，該芯片可以和DM642直接連接。其主要特點有：l 僅

55、需3V單電源供電便可進行讀、編程和擦除操作；l 完全支持JEDEC單電源Flash存儲器標(biāo)準(zhǔn)；l 支持在系統(tǒng)編程，用戶只需向其命令寄存器寫入標(biāo)準(zhǔn)的微處理器指令，具體l 編程、擦除操作便由內(nèi)部電路實現(xiàn)；l 可對某一扇區(qū)進行操作而不影響其他部分的數(shù)據(jù)；l 有硬件數(shù)據(jù)保護功能，以防止誤操作。AM29LV033C芯片的地址線共有22條A21:0，但DM642的地址線只有19條AEA22:3，兩種芯片之間的地址線數(shù)量不匹配，所以DM642不能遍歷FLASH芯片的所有地址單元。為了解決這一問題，在DM642電路系統(tǒng)中才用CPLD器件，把FLASH存儲區(qū)的64個扇區(qū)劃分為若干個頁，每頁包括多個扇區(qū)。在CPL

56、D內(nèi)部擴展控制A21:19引腳信號的寄存器，DM642通過操作寄存器端口實現(xiàn)遍歷FLASH芯片所有地址單元的任務(wù)。CPLD器件選用EPM7128AETC芯片，在CPLD內(nèi)部設(shè)計FLASH翻頁用的各種寄存器，PA19、PA 20 和PA21 3個引腳用于管理FLASH存儲器的頁和扇區(qū)。Flash第0頁的前1K字節(jié)空間為Bootloader段，用于存放用戶的二級Bootloader，剩下的空間可以全部用來存放大型用戶程序。在兩級Bootloader完成系統(tǒng)初始化后，可以通過設(shè)置DM642的GPIO控制寄存器來實現(xiàn)對Flash其他頁面的訪問。值得注意的是，由于在此設(shè)計中沒有采用硬件自動跨頁訪問，在編

57、寫DSP用戶程序時，如果涉及到Flash第0頁以后的讀寫，應(yīng)注意根據(jù)程序訪問的地址，控制GPIO的狀態(tài)。圖11 TMS320DM642和Flash的接口3.2.3 網(wǎng)絡(luò)模塊的設(shè)計RTL8019AS是一種全雙工即插即用的以太網(wǎng)控制器，它在一塊芯片上集成了RTL8019內(nèi)核和一個16KB的SDRAM存儲器。它兼容RTL8019控制軟件和NE2000 8bit或16bit的傳輸，支持UTP,AUI,BNC和PNP自動檢測模式，支持外接閃爍存儲器讀寫操作，支持I/O口地址的完全解碼，具有LED指示功能。其接口符合Ethernet2和IEEE802.3（10Base5,10Base2,10BaseT）標(biāo)準(zhǔn)。圖12 DM642網(wǎng)絡(luò)接口與物理層設(shè)備的連接3.2.4 電源模塊的設(shè)計由于DSP系統(tǒng)工作頻率高，數(shù)據(jù)吞吐量大，所以功耗也相對較高。TI公司的TMS320C6000系列DSP需要兩種電源，CVdd和DVdd，分別給內(nèi)核和周邊I/O接口供電，TMS320DM642要求內(nèi)核電壓為1.4V，周邊I/O接口電壓為3.3V。正是因為DSP系統(tǒng)中需要兩種電源，所以必須考慮它們的配合問題。在加電過程中，如果只有內(nèi)核獲得供電，周邊沒有得到供電，對芯片不會產(chǎn)生任何損害，只是沒有輸入/輸出能力而已；相反，如