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基于DSP的无线视频采集系统的设计

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Plantt|  楼主 | 2019-4-8 15:47 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
基于DSP的无线视频采集系统的设计



摘要:本文提出了一种通用的基于DSP的无线视频采集系统的设计方案,本方案设计方便,灵活性强,可在视频监控、视频处理等众多领域得到广泛应用。本系统主要由视频采集前端和中心服务器组成,本文主要介绍了视频采集前端的视频解码、视频压缩以及DSP三大模块的硬件结构设计。
关键词:MPEG-4;TMS320VC5509;SAA7113H;GO7007SB


1引言
随着视频监控技术、无线视频通信技术以及图象处理技术的高速发展,视频采集技术得到了极大的重视和发展,并在众多场合得到了广泛的应用,如警用车载现场影音传输系统,生产流水线监控系统,车用无线图像防盗报警系统,工业机器人视觉系统,航拍取景系统,电视台新闻暗访系统等,渗透到了我们生产生活的每一个角落。本文提出了一种通用的基于DSP的无线视频采集前端的设计方案。该系统体积小,应用灵活,更加具有广阔前景。

2系统总体结构设计



图1无线视频采集传输系统的总体结构

图1给出了无线视频采集传输系统的总体结构。该系统由中心服务器和视频采集前端两大部分组成。视频采集前端通过摄像头采集现场图像得到模拟视频信号并采样,通过视频A/D转换芯片SAA7113H进行A/D转换后,传递到视频压缩芯片GO7007SB转换成MPEG-4视频流,再进入DSP进行调制,然后发射出去。中央服务器主要负责接收远程客户端发来的视频信号,再通过中心服务器软件的开发来满足不同视频监控场合的需要。本文中主要讨论了视频采集前端的硬件结构设计。

3 各组成部分的硬件结构及其分析
3.1视频解码模块
摄像头输出的信号一般都是CVBS (复合视频) ,或者Component Video (差分视频)等模拟信号,而图形加速芯片只能处理数字信号,所以要先进行视频信号的模数转换。一般使用专门的视频解码芯片,将输入的视频信号转变为符合CCIR601 /656 标准的数字信号。本设计中,采用的是飞利浦公司SAA7113H芯片。
SAA7113H 是Philips公司生产的视频捕获芯片, 该芯片主要完成模拟视频信号的数字采样, 将模拟彩色视频信号转换成符合ITU656标准输出格式的数字视频信号, 前端输入的视频信号可以是PAL制式、NTSC制式或者SECAM制式。片外只需提供一个24.576MHz的晶振, 片内时钟发生器自动产生内部电路所需的工作频率。



图2 无线视频采集前端硬件结构

从SAA7113H的四路模拟输入端AI11,AI12,AI21,AI22输入的视频信号,经过模拟处理后,一路通过缓冲器从模拟输出端AOUT输出用于监视,另一路经过A/D产生数字亮度信号和色度信号,分别进行亮度处理和色度处理。亮度信号处理的结果一路送到色度信号处理器,进行综合处理,产生Y和UV信号,经过格式化后从VPO输出;另一路进入同步分离器,经数字PLL产生相应的行和场同步信号。
SAA7113H 在I2C 总线控制下,将ITU656(YUV 4:2:2)格式的数字图像数据通过VPO接口传送到GO7007SB。该接口是一个10位的并行输入接口, 接口时钟由像素时钟(PCLK)提供。当视频源是8位时, 应该连接到10位PDATA总线的高8位上,此时,低2位可以连接到高电平或低电平。最大的PCLK时钟频率为27MHz ,另外RTS0和RTS1是两个多功能输出接口,可以通过寄存器来设置他们的功能,在本文中分别设置成行同步信号和场同步信号。
SAA7113H的寄存器配置是通过I2C总线来进行的,遵从I2C协议。我们利用89C51单片机来对SAA7113H进行初始化和控制,可以根据需要灵活设置采集图像的亮度、对比度、色度以及饱和度等。89C51与SAA7113H的硬件连接非常简单,只要将89C51的可编程通用I/O口P1.0和P1.1和SAA7113H的I2C总线的SCL、SDA两个管脚分别相连,再加上上拉电阻即可。要初始化控制SAA7113H,首先要熟悉I2C总线协议,根据I2C总线的原理写出启动、停止、应答信号等的子程序,由子程序再写出发送、接收一个字节的程序,然后根据SAA7113H的寄存器操作格式写出读写寄存器的程序,最后根据以上的子程序写出初始化SAA7113H的程序段。

下面是初始化SAA7113H以及读写寄存器的部分程序段。
SDA BIT P1.0
SCL BIT P1.1
I2C_ERROR BIT 00  ;I2C总线数据传输出错标志
DeviceaddressW  EQU 4AH   ;SAA7113H器件地址+写
DeviceaddressR  EQU 4BH   ;SAA7113H器件地址+读
Subaddress  EQU 4DH      ;SAA7113H寄存器地址字节在单片机中的存放地址
DATA_I2C  EQU 50H        ;设置写入或读出数据在单片机中存放的地址
……
; //初始化SAA7113H,配置各寄存器
INIT_SAA7113: MOV DPTR,#SAA7113_Subaddress
MOV R7,#28
INIT100:  MOV A,#0
       MOVC A,@A+DPTR
       MOV Subaddress, A ;调寄存器地址
       MOV A,#28
       MOVC A,@A+DPTR
       MOV DATA_12C,A ;调寄存器配置数据
       INC DPTR
       ACALL I2C_WRITE ;配置1个寄存器
       JB I2C_ERROR,|INIT200
       DJNZ R7,INIT100
INIT200: RET
;// SAA7113H寄存器初始化配置数据
SAA7113_Subaddress:
DB 01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H,08H,09H,0AH,0BH,0CH,0DH,0EH
DB 0FH,10H,11H,12H,13H,15H,16H,17H,40H,58H,59H,5AH,5BH,5EH   ;共28个

3.2视频压缩模块
视频图像数据有极强的相关性,也就是说有大量的冗余信息。其中冗余信息可分为空域冗余信息和时域冗余信息。压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉。目前主要采用MJPEG、MPEG1/2、MPEG-4(SP/ASP)、H.264/AVC等几种视频编码技术。MPEG-4不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码,特别注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4利用很窄的带宽,通过帧重建技术,压缩和传输数据,以求以最少的数据获得最佳的图像质量。所以本方案采用了MPEG-4视频压缩算法,在该系统中是通过视频压缩芯片GO7007SB 来实现MPEG-4压缩的。

3.3 DSP模块
DSP模块是该系统的核心模块,它的功能是将数据进行调制,并发送出去。我们可以选择合适的调制方式,比如OFDM等,需要注意的是,整个调制过程完全是通过对DSP芯片的编程来实现的,该系统中,我们选用了德州仪器公司(TI)的TMS320VC5509芯片。
TMS320VC5509是TI推出的一款性价比极高的定点数字信号处理器,其操作速率最高可达100MIPS。它采用哈佛结构,片内有8条总线、CPU、在片存储器和在片外围电路等硬件,加上高度专业的指令系统,使其具有功耗小、高度并行等优点,可以满足众多领域的实时处理要求,但是TMS320VC5509片上的只读存储器(ROM)只能采用掩模编程的方式并且必须把代码交给DSP厂家,成本较高,因此一般用户在使用时需要外部扩展程序存储器,E2PROM可以在线擦写,且掉电后数据不会丢失,具有体积小、功耗低等特点,是作为TMS320VC5509外扩程序存储器的一种较好选择。SST29LE010是SST推出的一种E2PROM,它有1 MB的空间;工作电压仅为3 V。因此用SST29LE0l0来作为TMS320VC5509的外部存贮器。SST29LE010与TMS320VC5509的连接见图3,GAL16V8用于控制SST29LE010的选通.



图3 TMS320VC5509与SST29LE010连接图

通常情况下,要把CCS编译生成的COFF格式的文件通过Hex500转换成Hex格式的文件,并通过编程器把转换过的代码烧写进E2PROM。为实现在线并行引导,即把用户程序烧进E2PROM,需要把程序代码分为两段:一段为用户代码(即被烧写部分),另一段为烧写代码。用CCS把这两部分代码编译链接成同一个OUT文件(即COFF格式的文件),然后在CCS环境下将该OUT格式的文件下载到TMS320VC5509的内存中,此时TMS320VC5509内存里的文件已经转换成相应的Hex格式,此时只要从烧写代码处在线调试执行程序,即可把用户代码烧进E2PROM,从而完成自举表的烧写。由于TMS320VC5509的数据总线是16位,而SST29LE010的数据总线为8位,因此在数据传输过程中要进行移位操作。若采用16位并行引导时,则不用进行移位操作。

4  结束语
该无线视频采集系统,具有开发周期短、成本低、图像质量好、应用灵活方便的特点。该系统传输前端部分,采用了芯片GO7007SB进行MPEG-4视频压缩,并将整个调制传输过程在DSP芯片通过软件编程来实现,不仅减小了系统的体积,而且增强了系统的抗干扰性和稳定性,使其能运用于一些特殊场合。

本文创新点:本无线视频采集系统采用芯片GO7007SB进行MPEG-4视频压缩,并将整个调制传输过程在DSP芯片通过软件编程来实现,不仅减小了系统体积,而且可以根据不同的场合通过改变DSP软件设计实现不同的调制方式,应用灵活。

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Plantt|  楼主 | 2019-4-8 15:47 | 只看该作者
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htmlme| | 2019-4-8 20:28 | 只看该作者
DSP的无线数据采集器,包括信号采集模块、DSP微处理器、无线传输模块、数据存储器、按键、LCD显示屏和SD卡座

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pklong| | 2019-4-8 20:29 | 只看该作者
FPGA芯片、DSP芯片、数据存储器和无线传输模块是以后的首选。

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touser| | 2019-4-8 20:29 | 只看该作者
对应用的数据采集器的通信端口、采样速率等有不同的要求

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myiclife| | 2019-4-8 20:30 | 只看该作者
图像的采集、处理、传输等各方面的技术取得了长足的进步

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uytyu| | 2019-4-8 20:31 | 只看该作者
无线数据传输相对有线传输有独特的优势

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iyoum| | 2019-4-8 20:31 | 只看该作者
给出 了主要基础软件的设计思路  

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jkl21| | 2019-4-8 20:31 | 只看该作者
无线集成射频芯片技术的日益成熟  

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wwppd| | 2019-4-8 20:32 | 只看该作者
XBEE无线模块的数据采集设计过吗      

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maqianqu| | 2019-4-8 20:32 | 只看该作者
915MHz频段的无线自主网络吗?         

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dspmana| | 2019-4-8 20:33 | 只看该作者
无线数据传输系统逐渐得到广泛地研究和应用。         

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maqianqu| | 2019-4-8 20:33 | 只看该作者
人们对信息数据传输系统的要求越来越高   

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htmlme| | 2019-4-8 20:33 | 只看该作者
将DSP处理器运用于数据采集器,提高了数据采集器的数据处理能力

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wwppd| | 2019-4-8 20:33 | 只看该作者
从硬件方面和软件方面分别对系统进行了描述   

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pklong| | 2019-4-8 20:33 | 只看该作者
数据采集器在工业现场应用广泛,需求巨大

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jkl21| | 2019-4-8 20:33 | 只看该作者
于图像采集和数字信号处理器控制提出了图像数据无线传输系统设计

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touser| | 2019-4-8 20:33 | 只看该作者
基于TMS320F28335和ADS8557的无线多通道采集

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iyoum| | 2019-4-8 20:33 | 只看该作者
DSP的PCI总线高速DMA数据传输可行吗?  

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myiclife| | 2019-4-8 20:33 | 只看该作者
具有图像采集处理和传输功能的电子产品已经遍及

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