数字硬盘录像机,英文名称为Digital Video Recorder,简称DVR,它是视频监控系统中重要的设备,用于替代早期的长延时录像机或者磁带录像机。目前硬盘录像机从硬件架构上分主要分为工控式硬盘录像机(或者工控硬盘录像机或者PC式硬盘录像机)、嵌入式硬盘录像机,从压缩算法来分有小波压缩、MJPEG、MPEG4、H.264等。目前工控式硬盘录像机和嵌入式硬盘录像机所占市场比重差不多,由于嵌入式硬盘录像机的稳定性及易维护性,选择嵌入式硬盘录像机的用户会越来越多,市场前景非常大。基于这种应用背景,本文提出了嵌入式硬盘录像机的设计思路和实现方案。
系统总体方案
1 技术指标
本系统的主要技术指标如下。
2 设计方案
根据系统要求的技术指标,本文设计的16路嵌入式DVR系统硬件部分采用了主从式双CPU架构模式。主CPU选用了ARM9处理器,具体型号为三星半导体的S3C2510A,从CPU选用DSP处理器,具体型号为美国德州仪器(TI)的多媒体处理芯片TMS320DM648。主从CPU之间通过PCI总线进行通信。
整个系统的工作流程设计为:系统上电或复位后,主CPU S
图1 DVR系统框图
系统原理设计
1 S
S
2 TMS320DM648数字信号处理器简介
TMS320DM648是TI公司于2007年推出的一款高性能的32位定点DSP,主要面向数字媒体应用,属于C6000系列DSP。
DM648保留了C64X原有的内核结构,工作频率由内部倍频器设置,可以达到720MHz、800MHz或900MHz,相应的时钟周期为1.39ns、1.25ns或1.11ns,每秒可执行指令数5760、6400和7200MIPS。此外DM648片上带有5个双通道(A、B两通道)数字视频口(VP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10路立体声输入/输出音频信号。
图2 TMS320DM648结构图
核心模块原理设计
整个数字硬盘录像机根据功能可以划分以下几大核心模块:
①主控制模块;
②视音频采集、压缩模块;
③视音频预览、回放模块;
④其他模块(电源、存储器扩展、网络传输、逻辑控制等);
本文详细介绍主控制模块和视频处理模块的设计。
1 主控制模块
本模块主要实现系统的控制,对整个系统任务的运行进行分配与调度。S
图3 主控制模块设计框图
2 视音频采集/压缩模块
视音频信号处理的流程如下:模拟视频信号先经视频解码器TVP
DM648具有5个视频端口,支持多种分辨率和标准,如CCIR601、ITU-BT.656、BT.1120等,每个端口为20bit位宽,可以被灵活的配置为一个20/16bit或两个10/8bit通道。同时,每个端口都可配置为视频输入或视频输出。
TVP
模拟摄像头进行视频数据采集,TVP
图4中,TVP
图4 视音频采集压缩模块框图
音频输入采集模块由8个PCMl801U型音频采集电路及其外围电路组成,主要功能是对由拾音器采集输入的模拟音频信号进行采样,然后将其转换为DSP可以处理的数字音频数据格式。PCMl801U是采用5V工作电压的双声道16位音频模/数(A/D)转换器,包括1个单端-差分模拟前端、1个5阶△一∑调制器(64倍重复取样)、1个内部高通数字均分滤波器。
DM648有专门的McASP,与4个PCMl801U连接,实现音频的输入采集功能。用PCMl801U的左、右2个16位音频声道获取4路音频通道的数字化数据,音频采集的数据格式为每路单声道、44.1kHz采样率,每个采样数据用8位量化。采集输出的数字音频数据通过McASP传给DSP的输入缓冲区单元,当设定用于存放音频采样数据的缓存器已满时产生DMA中断,并在DMA中断服务程序中根据实际设定情况处理音频数据,经过实时编码压缩后的音频数据存储到外部SDRAM中。
PCB设计
本系统的主频高达166MHz,属于高频系统,所以在进行PCB的设计时,必须进行抗高频干扰的设计与处理。DM648作为高性能数字媒体处理器不仅内部具有很高的运行频率,而且与外部的DDRAM的总线速度也达到266MHz或333MHz,如果外部的DDRAM由于布线原因达不到设计的希望速度,会降低系统的性能。此外由于100MHz以上的信号总线,存在信号完整性问题。为了保证信号的完整,在设计的时候采用了如下方法:
(1)对DDRAM的时钟线,尽量走短线,而且到两个DDRAM的长度尽量做到相等;
(2)FLASH等其他外设不要直接与数据和地址总线连接,而是通过缓冲芯片(如SN74LVT16245B)连接;
(3)高速总线上串入了小阻值电阻,阻值大小通过Protel软件仿真得到,同时对线路进行了阻抗限制。
此外,由于DM648内部有PLL,对PLL外部所接器件,让它们尽可能的靠近芯片,而且只放在了线路板的一面上。对于JTAG的连线长度不超过
以上的抗高频干扰方法的采用,使得整个系统在调试的过程中能够顺利的进行。