嵌入式视频采集系统的设计与实现

0 引言
视频采集系统是数字图像获取的最基本手段，是进行数字图像处理、多媒体和网络传输的前提，它可为各种图像处理算法提供待处理的原始数字图像和算法验证平台，随着人们对视频图像需求的激增和各种图像和视频新的压缩标准相继提出，如H.263、H.264、M扁电感器生产厂家平型电感PEG2、MPEG4和JPEG2000等，对高性能视频采集系统的研究将成为一个热点。
按系统的处理器不同嵌入式视频采集系统大致可分为三类:(1)基于专用视频图像芯片的视频采集系统；(2)基于PC的视频采集系统；(3)基于DSP的视频采集系统。
基于专用视频图像芯片的视频采集系统其核心处理单元为专用图像芯片，该图像芯片决定系统的功能，其应用主要针对某一类产品（如数码摄像机），所以具有一定的局限性。而基于PC机的视频采集系统最为普差模电感遍的就是基于视频采集卡获取数字化视频信息，通过运行相应的PC程序实现视频的采集、显示与存储，但是目前基于PC的算法程序通常处理时间较长，很难实现实时的图像处理应用。
相比基于专用视频图像芯片和基于PC的视频采集系统而言，嵌入式视频采集系统可完成视频的实时采集、传输以及各种视频压缩算法和图像处理算法的实现，根据不同的应用，可以编制不同的图像处理程序，所以具有更大的灵活性，并且设计与实现简单，硬件设计一般采用基于DSP的视频采集系统,即“CCD+视频信号处理芯片+CPLD/FPGA/EPLD +DSP”的模式实现。其中，视频信号处理芯片进行信号的A/D转换，CPLD或EPLD或FPGA用于视频采样控制，DSP对采集的数据进行处理。嵌入式视频图像采集系统主要包括硬件设计、软件设计和操作系统3个部分。
1 嵌入式视频采集系统的硬件设计
1.1 视频采集系统的基本构成
基于DSP的视频采集系统要求对视频信号具备采集、实时显示，对图像的处理和分析功能。因此，一个视频采集系统通常可由如下五部分构成:视频图像的采集、视频图像的显示输出、各种同步逻辑控制、视频图像的分析和处理、视频数据的存储。因此，对于视频采集系统的基本构成可用图1所示框图描述。

1.2基于DSP的视频采集系统
图2给出了基于TMS320DM642[1]与TVP5150[2]构成的视差模电感器频采集系统[3]，TMS320DM642可以直接和视频编解码器接口，该系统可同时完成四路视频图像的实时采集、传输以及各种视频压缩算法和图像处理算法的实现，根据不同的应用空心电感，可以编制不同的图像处理程序。TMS320DM642有自己的图像处理库函数，可以实现各类图像处理算法。因此，该系统具有更大的灵活性与通用性。

1.2.1 TMS320DM642简介
TMS320DM642是TI推出的一款面向数字多媒体应用的DSP，它在TI的C64x DSP内核基础上进一步集成了完备的视频/音频输入/输出接口、以太网接口、PCI-66总线等片上外设，不仅能使用户很方便地对音频/视频等各种复杂的运算进行高速处理，还能为方便、无缝地接口视频/音频编解码器件和以太网/PCI总线等数据传输接口。因此，它非常适用于VoIP、数字视频服务器、多通道数字视频录像机(DVB)、多通道数字视频监控等应用。
DM642的程序/数据空间以字节为单位进行统一编址，整个寻址空间为4GB。其片上存储器、片上外设、及外部存储器接口(EMIF)均映射到此4GB的空间中。DM642通过外部存贮器接口(EMIF)访问片外存储器(Flash、SDRAM、UART、ATA)，如图2所示，DM642共有三个视频口，分别为VP0、VP1和VP2。VP0与VP1则与McBSP、McASP复用引脚的，其功能选择由DM642上的外设配置寄存器(PERCFG)进行配置的。DM642支持多种外部接口：PCI接口、HPI接口和以太网MAC接口，这些接口信号复用相同的引脚，它们的功能选择和配置是在上电复位时通过检测DM642上的特殊引脚(PCI_EN、MAC_EN、HD5、PCI_EEAI)的状态来实现的。
1.2.2 视频A/D采样电路－TVP5150
在图2系统中，TVP5150是由TI公司推出的一款高性能视频解码器，可将NTSC、PAL视频信号转换成数字色差信号(YUV4:2:2)，支持两个复合视频或一个S端子输入。输出格式为ITU-R BT.656，并支持Macrovision™复制保护以及高级的VBI功能。不仅如此，TVP5150还具备了封装小(32脚的TQFP)、功耗小的特点(<150mW)。因此，它非常适用于便携、批量大、高质量和高性能的视频产品。TVP5150可接受2路复合视频信号(CVBS)输入和1路超级视频信号(S-Video即Super-Video，Y/C)输入。该芯片包含一个扩展端口（X-端口）用于数字视频（双向半双工），它可直接连接倒MPEG或视频电话进行编解码。TVP5150的图像端口（I-端口）支持8位或16位的输出数据并带辅助参考数据可直接与VGA控制器接口。TVP5150提供I2C总线接口，其最高传输速率为400kbits/s，通过它可以完成芯片的初始化以及设置修改等操作。TVP5150作为I2C总线的从设备，最多可配置为2个不同的从设备地址，一条I2C总线只能同时访问2个TVP5150配置口，所以DM642可以连接4个TVP5150，进行4路视频输入。

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