基于TMS320DM355的四路视频多媒体监控器

1 引言

　　数字视频是利用诸如摄像机的视频捕捉设备采集外界影像信息并将影像信息数字化，然后将其记录到储存介质(如录像带、硬盘、光盘)或通过网络传输。而视频监控在安全防范系统中具有重要意义。这里提出基于TMS320DM355型达芬奇(DaVinci)数字媒体片上系统(DMSoC)的便携式多媒体视频监控器。

　　2 DaVinci技术简介

　　DaVinci技术是TI公司针对数字视频图像处理及应用而提供的一套完整的解决方案，包括处理器、开发工具、软件以及系统专业技术。DaVinci技术可利用数字信号处理与集成电路技术提供高度集成的片上系统(SoC)，优化和处理数字视频。该片上系统具有高效的处理能力、存储器、I／O带宽。同时也是平衡内部互连和专用外设组合。数字视频子系统的硬件和软件集成有可配置和编程的开发工具集。DaVinci技术能够使开发人员摆脱数字视频的技术细节，整的达芬奇软件架构涵盖低级的OS驱动程序和应用程序接口APl。便于实现数字视频功能。开发人员无需了解各种音频、视频、影像以及语音CODEC背后的机制和DSP的编程，仅需调用少量函数即可提供编解码功能和视频功能。DaVinci技术通过提供开放式平台降低系统创建和管理的众多组件的复杂性。在该平台上，Tl及其第三方合作伙伴集成了构成数字视频系统所需的各种组件，这些组件都基于DaVinci平台。同时开放式开发平台还扩展到应用程序，实现应用程序也基于相同的DaVinci平台。

　　目前TI公司采用Davinci技术的器件主要分为3类：①ARM926EJ+MJCP(MPEG4和JPEG协处理器MPEG4/JPEG)，典型器件TMS320DM355；②采用TMs320C6000系列的DSP TMS320DM643 1／33/35／37和TMS320DM647/8；③由ARM926EJ+TMS320C6000系列的DSP TMS320DM6446／43／41，其中TMS320DM6446／41还包括视频图像协处理器VICP。表1给出，TI公司的DaVinci技术器件引比较。

　　3 TMS320DM355简介

　　高性能、低功耗的TMS32DM355 DaVinci技术器件由于内部无DSP内核的多媒体处理器，采用协处理器MJCP实现多媒体数据编解码。因此TMS320DM355可实现低功耗，低成本设计方案。TMS320DM355在高清MPEG-4编码过程中的功耗约为400 mW，而待机功耗仅为1 mW。视频模式下使用基于TMS320DM355的数码相机，两节AA电池可录制80 min的高清视频，使HD产品电池寿命延长一倍。TMS320DM355内部集成的视频处理子系统VPSS(Video Processing Subsvrs-tem)、MPEG-4／JPEG协处理器(MJCP)、ARM926EJ-S内核以及多种外设组成，可应用于数码相机、IP摄像机、数码相框、医学成像及婴儿视频监护器等领域。图1为TMS320DM355的内部功能框图。

　　TMS320DM355包括1个哈佛结构ARM核：ARM926EJ-S处理器支持ARM扩展DSP指令和Jazelle技术、32 KBRAM、8 KB ROM，16 KB I-cache、8 KB D-cache；它能够处理16／32位指令和8／16／32位数据。它通过使用协处理器CPl5和保护模块增强体系结构，并提供数据和程序内存管理单元MMU。MMU具有2个64项的转换旁路缓存器TLB用于储存指令和数据流，每项均可映射存储器的段、大小页。为了保证在内核周期内存取指令和数据，提供了独立的16 K字节指令Cache和8 K字节数据Cache，指令和数据Cache通过VIVT4路连接。另外，该器件还具有提升内核性能的写缓冲，其缓冲数据容量高达17字。

　　专用的视频图像处理器用于处理视频数据：视频处理子系统VPSS包括视频前端输入接口VPFE和视频末端VPBE输出接口，视频前端输入接口用于接收外部传感器或视频译码器等输入的图像信息，视频末端输出接口输出图像到SDTV，LCD，HDTV等显示屏显示。其中视频前端输入(VPFE)接口是由CCD控制器、硬件图像信号处理器一图像通道IP-IPE模块、自动曝光／白平衡／聚焦模块H3A和寄存器组成。CCD控制器可与视频解码器、CMOS传感器或电荷耦合装置连接;IPIPE是实时硬件图形处理器，用于实时图像处理，它把从CMOS／CCD得到的原始图形转换为国际电信联盟ITU数字视频标准BT．60I／BT．656的8／16位数字YCbCr 4：2：2；H3A模块则提供原始图形信息。

　　视频末端输出(VPBE)接口由在线视频显示处理器／屏幕视控系统OSD和兼容NTSC／PAL视频输出编码器VENC组成。在线视频显示处理器能显示2组独立的视频窗口或2组独立的OSD窗口．还能以视频窗口、OSD窗口和属性窗口形式显示。视频解码器以54．MHz的速率进行D／A转换，提供NTSC／PA L，S等格式的视频或音频输出。同时该器件还具有8／16位YCC到18位RGB666数字输出；ITU数字视频标准BT．601／BT．656的8／16位数字YCbCr 4：2：2接口：输出还支持同数字高清电视HDTV(720p／1080i)扩展编码器连接的接口。通过缓存逻辑与TMS320DM355的DDR2／mDDR片上控制器相连，便于访问存储器，向存储器存储由摄像头采集并经VPFE处理的图像信息，便于将存储的图像信息通过VPBE输出到显示设备。

　　数字图像处理方面，MPEG4和JPEG硬件协处理器MJCP(MPEG4／JPEGG　Coprocessor)能以720p格式与30帧／s的速度提供高清MPEG4-SP编解码功能，和以每秒5千万像素的速度提供JPEG编解码功能。在存储方面，扩展存储器接口EMIF包括1个8／16位和1个16位mDDR／DDR2，可扩展存储器的类型为mDDR，DDR2，SDRAM，OneNAND，NANDFlash，SM／xD等；其他片上外围扩展控制器还包括：2个MMC(Multimedia　Card)／SD(Secure·Digital)接口；2个音频接口ASP(Audio Serial Port)接口控制器，支持AC97音频编码接口、12S等接口形式：1个主／从I2C(Inter-Integrated Circui)接口控制器：1个USB 2．OTG接口控制器：1个可配置的视频专用的输入和输出端口等。