基于DM642嵌入式无线视频监控硬件设计

　　摘要:选用TMS320DM642作为系统CPU,并采用最新视频编码标准H.264压缩算法,实现基于CDMA网络传输的无线视频监控和视频数据存储系统。文中详细地描述了系统组成、结构和功能,对系统各个组成模块进行了详细分析和设计,主要包括视音频输入、CDMA传输串口、DE及USB通信等模块,并针对DM642高速CPU,分析了系统设计中应注意的问题。

　　无线视频监控系统是公安、交通、水利等行业的重要装备,目前无线视频传输设备主要采用微波方式,其致命弱点是传输距离短,有障碍物时传输距离大为减少,多年来一直没有得到很好的解决。随着运营商在国内大部分地区推出GRPS和CDMA1x公共无线数据网络,通过公共无线数据网络传输视频已成为当今研究和应用的热点,它能彻底解决微波方式的短距离问题。由于公共无线数据网络的带宽比较窄且不稳定,采用编码效率不高的视频压缩算法(如H.263、MPEG-4等),传输效果不理想,无法满足大多数监控场合的要求。H.264是JVT制定的最新视频压缩标准,比H.263和MPEG-4在同质量时码流可低50%,同时支持无线网络传输,但其运算复杂度也是H.263和MPEG-4的3-5倍,因此一般的CPU系统无法满足要求。

　　TMS320DM642是TI最新推出的高性能数字媒体处理器,指令最高可达4800MIPS,可以满足实时H.264编码算法的要求。本文设计了基于TMS320DM642的嵌入式系统,采用H.264视频编码算法,成功的开发了基于CDMA传输的无线视频监控系统。

　　1无线视频监控系统构成

　　1.1无线视频监控系统设计需求

　　本系统要求采用嵌入式视频发送终端,对采集视频图像进行实时压缩并通过CDMA网络发送,接收端采用PC机对接收视频数据进行解码并显示。对于嵌入式视频发送终端有如下需求:

　　①一路PAL/NTSC标准模拟视频输入,一路模拟音频输入;②采用CDMA接入方式将视频数据通过网络发送;③采用CF卡或硬盘对视频进行本地存储;④发送图像和保存图像的尺寸和帧率等参数可调;⑤可通过无线网络进行远程控制,并且要求低功耗。

　　1.2系统的总体设计

　　由于CDMA无线网络带宽窄、带宽波动大,因此系统中采用H.264作为视频压缩算法。同时本地存储与CDMA发送视频在图像尺寸和帧率上不同,需要采用两个编码结构分别进行编码。图1显示了本系统的总体结构框图,系统主要包括DM642CPU、视频输入、音频输入/输出、硬盘接口、串口和USB通信(USB2.0)等主要功能模块,此外还包括实时时钟(RTC)、显示和I/O接口(LCD&I/O)、SDRAM、FLASH和电源(POWER)模块。下面将详细地对各个功能模块进行一一分析和设计。

　　2.4CDMA无线传输串口模块

　　本系统中采用Q2358C串行接口模块作为CDMA接入设备,它支持语音通信、支持中英文短信、双音多频功能(DTMF)等功能。波特率从300到115,200bit/s,支持上网最高速率153kb/s,采用AT指令集通过RS-232串口进行通信。DM642没有异步通用串行接口,需采用扩展异步通信芯片来实现串行通信。

　　TL16C752B是UART收发器,最高波特率可以达到3Mb/s(使用48MHz时钟源时),其内部具有64byte发送/接收FIFO,接收FIFO的启动和停止可通过软件编程实现,支持多种波特率、多种串行数据格式。DM642与其连接采用EMIF控制,地址线A0～A2、数据线D0～D7、读写控制信号IOR/IOW与经过驱动的总线相连,而选通信号CSA/CSB由GAL产生。TL16C752B与Q2358C模块之间通过MAX3243进行电平转换连接。图4给出一路串行接口连接方式。

　　2.5DE及USB通信模块

　　本系统中对采集视频要进行本地数据存储,采用CF卡或IDE硬盘来保存数据,在通过USB2.0将保存于CF卡或DE硬盘中的数据在需要时读出。DM642与DE接口通过GAL16LV8产生的信号进行控制。TUSB6250采用内嵌8051内核的USB2.0到ATA/ATAPI桥接器,其完全兼容USB2.0标准,支持八个可配置终端(四路输入和四路输出)。内部集成USB存储设备