基于DM642的双路视频合成硬件系统

摘 要:DM642是TI公司推出的一款专门用于视频处理的DSP芯片,它是基于C6000系列的芯片,增加了很多外围设备和接口,具有高速运算能力,在多媒体领域得到了广泛应用。本文主要分析和介绍了以DM642为核心的双路视频合成硬件系统的工作原理和主要功能模块。

关键词:视频合成 DM642 功能模块

中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)10(a)-0015-02

1 视频合成技术

视频合成技术是图像处理方面的一个重要应用,它将一个图像的多个状态或者多幅不同图像进行合成,来实现虚拟面板、图像叠加、模拟场景、图像优化等效果。多路视频合成显示技术是将通过多个途径(如摄像机、PC机、网络等),采集而来的视频信号进行处理,并按照实际所需进行显示。本硬件系统是双路视频合成系统,视频信号来源于摄像头。

2 系统工作原理

如图1所示,从CCD摄像头得到的两路视频信号经过视频解码器解码,DM642通过I2C总线控制解码器的工作模式和工作状态,使解码器把视频信号解码为DM642可以处理的数据格式,然后两路视频信号分别从vp0、vp1两个视频端口输入到DM642中。由DM642对两路视频信号进行处理,处理程序可由计算机通过JTAG口下载到FLASH中。采集到的视频数据通过EMIF用EDMA送到扩展出来的SDRAM中,对数据进行存储。因为DM642的两级缓存的空间不能满足大数据量的存取,它的空间不够,所以要先把视频数据存到SDRAM中,再对数据进行处理。然后经过处理的视频数据通过vp2视频端口输出到视频编码器,DM642通过I2C总线控制编码器将视频信号编码为显示设备支持的数据格式。最后系统将视频信号输出。[1]

3 系统结构

双路视频合成硬件系统主要包括四个模块:视频采集模块、视频输出模块、DSP视频处理模块和FLASH模块。视频采集模块主要用于对视频信号的解码,把解码后的数据送到DSP进行数据处理。视频输出模块把经过DSP处理的数据编码输出到显示设备。DSP视频处理模块是整个硬件系统的核心,它的主要工作是把经过解码的两路视频数据进行合成处理并送到视频输出模块等待输出。FLASH模块用于存储程序,DSP启动加载。各模块详细情况如下。

3.1 视频采集模块

视频采集模块主要由两个CCD摄像头、两块视频解码器组成。视频采集模块的核心是视频解码芯片,由于CCD摄像头输出信号为模拟信号,DM642不能直接处理,因此采用Philips公司的9位视频解码器——SAA7115将模拟视频信号解码。SAA7115可提供2×过采样数模转换,信噪比为10dB～15dB,SAA7115是同类产品中视频解码性能最好的产品。SAA7115的输入晶体振荡器频率为24.576MHz,实际工作频率为13.5MNz。在PAL标准下,一行最多可采集720个点(不包括行消隐信号),一帧最多采集625行(包括场消隐信号)。SAA7115配置为:采用4∶2∶2 YUV信号机制,4∶2∶2 YUV信号从IPD[7∶0]输出直接连接到DM642视频口的VP0[9..2]管脚;另一路经过同步分离器,由数字PLL产生相应的同步信号与DM642的VP0CTL0和VP0CTL1相连,同时PLL驱动时钟发生器,产生27MHz的时钟同步信号LLC,输出到DM642的VP0CLK0管脚。SAA7115与DM642视频接口原理图如图2所示。

另一块SAA7115解码芯片与DM642的VP1口的原理同上。所有这些功能均在I2C总线控制下完成。SCL作为I2C接口的时钟线与DM642的SCL相连,SDA作为I2C接口的数据线与DM642的SDA相连。通过SCL和SDA的时序配合,可由DM642向SAA7115的寄存器写入数据或读出数据。

3.2 DSP视频处理模块

TMS320DM642是TI公司于2003年左右推出的一款32位定点DSP芯片,主要面向数字媒体,属于C6000系列DSP芯片。DM642采用TI公司第二代增长型超长指令集(VelociTI.2),它的EMIF接口数据总线宽度为64位,最高数据存取频率133MHz,可直接与大容量、低成本的SDRAM芯片无缝连接。DM642片上带有3个双通道数字视频口,可同时处理多路数字视频流,片上带有多通道串行音频接口,可同时处理4路立体声输入/输出音频信号。DM642有64个独立通道的EDMA控制器,可用于在主线程之外开辟新的线程以实现片内/外的数据传送和复制。DM642使用标准的I2C总线接口,可以实现对可编程AD/DA芯片的初始化设置。DM642有自己的汇编语言指令系统,也有C语言高级编译器,程序员可以用C语言编程,通过编译器,将程序汇编、连接成DSP目标代码。DM642具有极强的处理能力、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、视频和网络通信设备及接口,适合本硬件系统。[2]

本模块的设置大致分为时钟、片内外设的选择、视频口初始化、I2C和EMIF5个部分。时钟部分使用50MHz的外部时钟网络和12X的片内锁相环倍频系数,将DSP的主频配置为600MHz。对主频6分频后得到EMIF时钟,SDRAM工作频率为100MHz。I2C时钟频率应在7MHz～12MHz中选值,设定为10MHz。片内外设通过外设寄存器PERCFG进行配置,使能VP口、I2C和音频口。视频处理模块的核心是DM642,DSP工作方式为Little Endian,BOOT方式使用8位的ROM BOOT。VP部分和I2C部分的设计是相关联的,因为VP口的视频信息是通过I2C总线来实现与AD模块和DA模块的通信的。使用I2C总线的SCL、SDA进行数据传输和通信控制,可利用I2C总线的标准性、通信性和可编程性。EMIF部分,配置EMIF全局控制寄存器控制时钟输出,根据SDRAM和Flash的读写时序配置CE0和CE1空间的控制寄存器。外接的FLASH放置BOOT内容和系统程序,外接SDRAM扩展数据存储空间。[3]

3.3 视频输出模块

视频输出模块包括视频解码器和视频显示设备,其中视频解码器是本模块的核心。经过DM642处理的图像数据都是数字的,通过工作在Video Display模式下的视频口VP2向SAA7121的MP口输出BT.656格式的数字视频信号,经过SAA7121芯片内部数据管理模块分离出Y信号和Cb,Cr信号;然后再送到片内相应的数／模转换模块将数字信号变换为模拟视频信号;最后由CVBS(复合视频信号)或Y,C(S为端子信号)引脚输出。SAA7121的时钟信号LLC为27MHz,由DM642的VPOCLK1提供。DM642通过I2C接口对SAA7121芯片内部的48个寄存器进行配置,实现对该芯片的控制。如图3所示。

4 FLASH模块

在本系统中,FLASH模块主要用于程序的存储和DSP的启动加载。DM642片内不带FLASH或EEPROM,系统掉电后DM642存储器中的数据和程序将全部消失,所以DM642外部通常需要扩展FLASH存储器。FLASH存储器通过DM642的EMIF接口扩展。因为DM642的EPROM BOOT模式只支持8bit,而且也只支持EMIF的CE1空间,所以要采用8bit的FLASH并挂在DM642的CE1空间。本硬件系统选用AM29LV033C芯片。AM29LV033C芯片是AMD公司提供的一种Flash存储芯片,容量为4M×8位。该款Flash芯片的数据存储速度可以达到70ns,也是一种低功耗芯片,在1MHz、5MHz和睡眠模式下的电流消耗分别为2mA、10mA和200mA。

由于AM29LV033C芯片的地址线有22条A[21∶0],但DM642的地址线只有19条AEA[22∶3],DM642不能遍历FLASH芯片的所有地址单元。为了解决这一问题,我们引入CPLD器件,把FLASH芯片的引脚A[221∶19]与CPLD器件的输入/输出引脚连接,通过A[21∶19]把FLASH存储区的64个扇区划为8页,每页包括8个扇区。DM642通过操作CPLD中控制A[21∶19]的寄存器来实现遍历FLASH芯片所有地址单元的任务。[2]

在TMS320C6000系列DSP的系统设计过程中,DSP器件的启动加载设计是较难解决的问题之一。C6000系列DSP的启动加载方式包括不加载、主机加载和EMIF加载3种,比较常用的是EMIF加载方式。EMIF加载方式把DM642通过EMIF接口与外部FLASH连接起来,视频处理用到的程序都JTAG接口下载到FLASH中,系统工作时DM642从FLASH中提取程序,但是DM642片上Bootloader工具只能自动搬移1K的代码量,而FLASH中的程序量一般都会超过1K。所以,需要在外部FLASH的前1K范围内预先存放一小段程序,待片上Bootloader工具把此代码搬移到DM642内部并开始执行后,由这段代码实现将FLASH中剩余的程序搬入DM642内部,此段代码可以看作一个简单的二级Bootloader。使用二级BootLoader时的CPU流程图如图4所示。[4]

5 结语

本文主要介绍了基于DM642的双路视频合成硬件系统的结构、原理和方案。采用了针对多媒体应用开发的专用媒体处理芯片DM642,该芯片配有丰富的外设接口,减小了硬件系统设计的复杂度,提高了系统的性价比,由于DM642的高速运算能力,系统具有很高的实时性。另外该系统具有较强的扩展性,在此基础上添加一些其他功能即可应用于交通、监控等诸多领域。

参考文献

[1]赵建伟,尹岗.基于DM642的数字图像采集小系统[J].兵工自动化,2006,25(5):74～77.

[2]王跃宗,刘京会.TMS320DM642 DSP应用系统设计与开发[M].北京:人民邮电出版社,2009.

[3]刘琼,安涛,金刚,等.基于DM642视频采集处理系统硬件设计[J].微计算机信息,2007(23):180～182.

[4]郭慰萱,郭宝龙.基于DM642的视频处理系统设计与实现[J].电子工程,2009,17(1):79～81.