基于TMS320的数字视频采集卡设计

传统的数字视频采集卡通常只具备视频采集功能，而不具备视频处理功能。介绍了一块基于TI公司C6000系列DSP芯片的数字视频采集卡的设计，该卡具备自主的数字视频处理功能，通过PCI接口与主机通信。
 

系统组成

如图1所示，本文所述数字视频采集卡由以下5个部分组成：

图1 采集卡系统组成框图

（1）高速视频采集单元，主要完成模拟视频信号到数字视频信号的变换；

（2）数据交换单元，由FPGA和双口RAM构成，采用包交换技术，完成数字视频数据向DSP的传送；

（3）DSP及其外围接口电路，包括EMIF接口、McBSP接口、HPI接口、PLL时钟接口、DMA接口、JTAG接口、电源监控等；

（4）DSP与PCI总线的桥接单元，主要完成DSP与上位机的通信；

（5）双供电模式的电源部分。

下面将对系统各个部分的设计分别进行介绍。

系统设计实现

高速视频采集单元
模拟视频信号是一类比较复杂的模拟信号，信号中包含了像素的亮度信息，色彩同步信息和行、场同步信息。要实现正确的图像采集，必须从复合的视频信号中正确地分离出各种信号，并利用其中的同步信号控制A/D转换过程，从而实现正确的图像采集。

如图2所示，在硬件设计上有2种实现方案：

图2 A/D采样方案

（1）采用通用A/D器件+同步信号分离器件；

（2）采用专用的视频A/D转换芯片。

方案1的实现电路较复杂，本文的设计采用了第2种方案，以PHILIP公司的视频采集芯片SAA7111为核心构成转换电路。

数据交换单元
在实时视频图像处理系统中，数据的吞吐量是很大的，大量的视频图像数据被实时采集、传输、处理。因此，在系统设计中，数据的传输设计是非常重要的。在本系统的设计中，利用FPGA和双口RAM实现了一种包交换的数据传输方式，如图3所示。

图3 FPGA及双口RAM

在系统中，FPGA首先要完成对A/D采样的控制，包括控制采样的启停，采样数据格式的转换等；其次FPGA要完成对双口RAM数据写入的控制和数据发送中断信号的产生；另外，还要在FPGA中形成从A/D到双口RAM的数据通路，在此基础上可以实现一些数据预处理的功能。

在双口RAM设计上，本文将整个双口RAM分成2个存储块，每当一个存储块在进行写操作时，另一个存储块在进行读操作，这样数据的读、写操作在不同的存储块上同时进行，即实现了数据的缓冲，又实现了数据的不间断传送。数据的分块交换传输过程也是数据的打包过程，存储块的大小决定了数据包的大小，数据的打包有利于数据的整块处理。