基于DSP的视频采集与压缩传输系统的设计论文正文.doc

唐波：基于单片机的交通灯控制器的研究与设计基于DSP的视频采集与压缩传输系统的设计第页第页共NUMPAGES56页1绪论1.1课题背景视频采集技术相关的产品正经历着由模拟化向数字化、网络化的变革。并在科学研究、工农业生产、资源的遥感探测、交通运输、空间探测、医疗卫生等各个领域内应用愈发广泛。数字视频采集压缩传输系统不仅符合信息产业的未来发展趋势，而且代表了行业的未来发展方向，蕴藏着巨大的商机和经济效益，成为目前信息产业中颇受关注的数字化产品。随着技术的高速发展，数字信号处理器（DSP）的应用范围越来越广阔，其普及率也越来越高，应用领域达到航空航天器材，比如飞机，小到日常所使用的电子产品，比如手机、数码相机等。DSP在当今电子类产品中起了不可或缺的作用。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500MHz、600MHz或720MHz，相应的时钟周期为2ns、1.67ns和1.39ns，每秒可执行指令数4000MIPS、4800MIPS和5760MIPS。DM642采用TI公司第2代增强型超长指令集，它的EMIFA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拥有I²C设备的寄存器，DM642的网口、PCI口和HPI口共享引脚。当前在国内外市场上，对视频数据的采集压缩主要有三种方式：基于PC机的视频采集压缩系统、基于专用视频压缩芯片的视频处理系统和基于高速通用视频处理DSP的视频压缩系统。在现今以高速化为要求的视频采集技术中，前两种技术难以满足实时处理的要求。基于高速通用视频处理DSP的视频压缩系统成为新一代网络视频监控系统的主流。实现这个系统的关键问题是如何解决图像信号的压缩编码和压缩后图像数据的传输。目前视频处理DSP芯片的性能非常强大,并且价格是可以接受的，采用DSP来进行图像的压缩编码是可行的。与此同时，随着网络技术的普及与推广，以太网通信速率的提高和交换技术的发展使它得到了迅速发展和普及。目前，以太网技术己无可争议地成为主要网络技术。1.2课题研究的目的及意义本论文以TI公司高性能的32位定点TMS320DM642为中央处理器实现了嵌入式的视频采集系统，利用DSP将摄像头获取的图像进行压缩，处理，传输到终端。整个除了具有图像采集，图像压缩功能之外，还加入了本地大容量存储模块以及网络接口模块，具备了较完整的视频处理所需要的功能。与其他多处理器实现方式不同的是，TMS320DM642片内集成了视频和网络外设接口，系统的软件处理工作可以全部都由DM642完成，从而减少了嵌入式视频系统的成本和开发难度。在系统中采用了最新的视频编码标准BT.656压缩算法，并使用8019实现UDP协议。本文比较系统地描述了系统的组成、结构和功能，对系统的各个组成模块进行了分析和设计，使用protel99se设计电路原理图和PCB图，主要包括视频采集，视频处理，视频输出，音频输入/输出、网络传输串口等模块，并针对DM642高速CPU，分析了系统设计中应注意的问题。我国基于嵌入式技术的网络视频采集压缩传输系统刚刚起步，所以研究并开发一种基于嵌入式系统的网络视频采集压缩传输系统具有很大的工程实际意义。基于DPS的视频采集系统，由于可以灵活地修改其图像处理算法，它的应用主要面向用户的特定需求和对实时性有较高要求的场合。因此，有理由相信在嵌入式系统的基础上构建视频图像采集，处理及压缩传输系统具有广阔的市场前景。1.3国内外研究现状现在采集系统中，应用了基于DSP的图像处理技术，特别是在图像的模式识别问题上充分发挥了DSP的硬件结构和具有特色的编程指令。图像模式识别的典型算法是卷积运算，即乘累加，正好发挥DSP软、硬件的特长。传统的处理方法是基于计算机的硬件和软件的，计算机完成一次乘累加运算需要11个机器周期，而DSP完成同样的运算只需1个机器周期。本系统采用DSP芯片实现图像的模式识别，提高了处理速度，解决了图像处理过程中由于图像识别速度慢而影响整个图像的处理流程的实际问题，收到了良好的效果。图像处理技术的发展与计算机以及硬件技术的发展是紧密联系的。最早发表有关计算机处理图像信息的文章的时间要追溯到20世纪50年代，随着计算机以及硬件技术的高速发展，性能大幅度提高，而价格却大幅度下降，无疑推动了图像处理技术的发展，图像处理系统的发展大致上可以划分为四个