基于DM642的视频监控系统的实现

刘 嵩

(湖北民族学院 信息工程学院，湖北 恩施 445000)

视频监控是安防系统的重要组成部分，正朝着智能化、数字化、网络化的方向快速发展，广泛应用于高速公路、住宅小区等多种场合[1].目前的视频监控系统的实现方案主要有：①ARM+专用视频编解码芯片.该方案系统性能稳定、处理速度较快，很容易实现实时处理，但灵活性不够，不便于升级；②FPGA+IP软核.该方案设计周期短，容易改进升级，但视频处理算法占用资源较大，复杂度、体积和功耗都大大增加；③采用面向多媒体处理的专用DSP.该方案运行速度较快，而且可以移植多种图像处理算法，所以能够不断对产品性能改进升级[2].本文给出了一种基于DSP芯片DM642的视频监控系统的实现.

1 系统的总体结构

DM642是TI公司推出的一款高性价比、采用velociTI体系结构的定点DSP.它具有极强的单核处理能力以及高度的灵活性和可编程性；在600 MHz的时钟频率下，数字处理能力可达4 800 MIPS；还具有两级高速缓存L1 Cache和L2 cache、64位的DMA控制器，负责片内L2 cache与其它外设之间的数据传输；三个视频专用接口(video Port)与2个音频串口复用，集成有10/100 M以太网MAC[3，4].

图1 系统的总体框图

图2 采集模块方框图

图3 网络模块结构框图

图4 系统的数据流图

系统的总体框图如图1所示.整个系统以DM642为核心，由视频采集模块、存储模块、网络模块、电源模块和时钟模块等几个部分构成.视频采集模块把采集到的模拟信号转换为DM642可以处理的数字信号，并通过DMA控制器搬移到存储模块存储；DM642对采集到的数字信号进行压缩等处理；网络模块将处理后的数据打包上传到上位机，于是远端用户可以通过客户端软件监控视频信号；存储模块通过EMIF与DSP实现无缝连接，包括SDRAM和FLASH.其中SDRAM存储采集到的视频信号以及处理过程中的临时数据，FLASH用来存储程序，实现系统的自启动；电源模块为整个系统提供稳定的能量保证，DM642芯片采用双电源供电，核电压1.4 V，外围电压3.3 V，采用开关电源来为系统供电[5].

2 监控系统的硬件设计

2.1 视频采集模块设计

DM642有3个双通道视频口，每个视频口都可以由软件配置为输入口或者输出口，可实现与解码芯片的无缝连接[6]，本系统的解码芯片采用Philip公司生产的多制式视频解码器SAA7115，摄像头送来的视频信号经SAA7115数字化后转换为待处理的数字图像数据，存入外部存储器.DM642通过其I2C总线配置管理视频解码器SAA7115,采集模块部分的方框图如图2所示.

2.2 网络传输模块设计

网络传输模块负责将视频信号处理模块处理后的数据进行网络传输，传输过程符合TCP/IP协议.本系统采用Intel公司的LXT971作为快速以太网物理层自适应收发器，因为DM642内部集成有以太网媒体存取控制器(MAC)，提供了DSP与网络之间的高效接口，所以LXT971可以和DM642实现无缝连接.网络模块结构框图如图3所示.DM642压缩打包处理数据，然后通过LX971转换为以太网物理层能接收的数据，经过RJ45传输到因特网.

3 视频监控系统的软件设计

系统软件架构采用了的参考框架RF5(Reference Frameworks 5)，参考框架保证了软件方便容易与用户硬件接口，每一个参考架构均被打包成基于TI DSP的开发工具包或其他板卡的完整的应用程序.RF5适用于含有多通道和多算法结构的高密集度应用程序，RF5使用线程阻塞，可用于包含线程间有复杂依赖关系的应用程序.另外，RF5还具有可变的通道管理、高效的任务间通信，以及结构化的线程安全控制机制，且易于替换I/O驱动设备和易于调试，RF5使用同步通讯机制(SCOM)来实现线程的通讯[7，8].系统的数据流图如图4所示.根据信号流程图在系统的软件设计中利用实时操作系统DSP/BIOS静态建立视频输入、视频处理和网络传输3个线程任务来完成系统的监控功能.其中输入任务和处理任务优先级相同且高于网络任务的优先级.

3.1 系统的初始化

系统在进入任务调度之前，要对多个模块初始化，其中包括：

1)处理器的初始化 ： 初始化DSP/BIOS环境，设置DM642 cache、DMA传输模块等；

2)RF5模块初始化：建立RF5的通道模块，初始化SCOM；

3)建立视频输入通道.

3.2 多任务的调度

表1 测试结果

系统完成初始化后，就进入了三个任务的调度状态.三个任务通过SCOM模块互相发消息通讯.

1)视频输入任务

视频输入任务从输入设备驱动程序中获得图像，并进行降采样，然后通过SCOM发送消息到处理任务，并等待处理任务的反馈消息.主要的源代码如下：

yuv422to420(inBuf, outBuf, LINE_SZ, NUM_LINES);

SCOM_putMsg(fromInputtoProc, pMsgBuf);

FVID_exchange(capChan, &capFrameBuf);

pMsgBuf = SCOM_getMsg(fromProctoInput, SYS_FOREVER);

2)视频处理任务

视频处理任务收到输入任务发来的消息后，立即获得输入数据的地址指针并对指针指向的数据进行压缩处理，处理完毕同时通知输入任务和网络任务.

3)网络任务模块

网络任务收到处理任务的消息后，启动网络传输.网络传输采用TI公司推出的NDK(Network Developer's Kit)网络开发包，通过socket编程完成系统网络传输功能，本系统采用了UDP协议.主要的程序代码有 ：

FD_SET(slisten, &ibits);

setsockopt( speer, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, &timeout, sizeof(timeout) );

send( speer, (UINT8 *)&jpg_size, 4,0)

4 实验结果

在各个子模块验证测试通过之后就可以进行系统调试.系统首先上电自检，然后自动进行视频采集、处理与传输，在接收端图像传输流畅，无抖动现象。为了测试采集的视频信号，在采集与处理的程序代码首尾两端加入定时器，定时器的计时差值换算处理后就是视频信号采集处理所消耗的时间.测试结果如表1所示，由实验结果可知，系统能实时的处理视频信号.

5 结束语

本文给出了一种基于DM642的视频监控系统的实现.从试验结果来看系统运行稳定，网络传输流畅，满足了实时性要求.该系统可广泛用于智能家居、校园安全等领域的远程视频监控中，具有一定的实用性.

[1] 王运涛，方彦军，李世红．基于Intermet的嵌入式远程监控终端的开发[J]．工业控制计算机，2004，17(5)：13-14．

[2] Yoo H,Anderdon D.Hardware-efficient distributed arithmetic architecture for high order digit filters[C]//Proc IEEE Interna tional Conference on Acoustics,Speech,and Signal Processing,2005:125-128.

[3] 刘文怡，杨慧梁．基于DSP和以太网的视频监控系统的设计与实现[J]．安防科技，2009，9(9)：19-21．

[4] 晋春，徐荣青．采用DM642 DSP实现基于H.264的数字视频监控系统[J]．安防科技，2007，7(2)：20-21．

[5] 杨凡，李祥，涂军．基于DSP的远程视频监控系统的研究和实现[J]．湖北工业大学学报,2007，22(5)：25-27．

[6] 王跃平，苏月明，刘云生. 基于DM642的流媒体采集压缩系统的研制[J]．计算机工程与科学,2010,32(2):114-116．

[7] 崔丽珍，张祥松．基于DM642的视频图像实时通信和传输电子与封装[J].2009,11(9):27:29．

[8] 魏宗冲，徐胜，朱彦伊．基于DM642的远程网络视频监控系统[J]．电视技术,2008：32(5)：81-83．