1 引言

　　數(shù)字視頻就是以數(shù)字形式記錄的視頻，和模擬視頻相對(duì)的。數(shù)字視頻有不同的產(chǎn)生方式，存儲(chǔ)方式和播出方式。比如通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)直接產(chǎn)生數(shù)字視頻信號(hào)，存儲(chǔ)在數(shù)字帶，P2卡，藍(lán)光盤(pán)或者磁盤(pán)上，從而得到不同格式的數(shù)字視頻。然后通過(guò)PC，特定的播放器等播放出來(lái)。

　　模擬視頻的數(shù)字化包括不少技術(shù)問(wèn)題，如電視信號(hào)具有不同的制式而且采用復(fù)合的YUV信號(hào)方式，而計(jì)算機(jī)工作在RGB空間；電視機(jī)是隔行掃描，計(jì)算機(jī)顯示器大多逐行掃描；電視圖像的分辨率與顯示器的分辨率也不盡相同等等。因此，模擬視頻的數(shù)字化主要包括色彩空間的轉(zhuǎn)換、光柵掃描的轉(zhuǎn)換以及分辨率的統(tǒng)一。

　　模擬視頻一般采用分量數(shù)字化方式，先把復(fù)合視頻信號(hào)中的亮度和色度分離，得到Y(jié)UV或YIQ分量，然后用三個(gè)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)三個(gè)分量分別進(jìn)行數(shù)字化，再轉(zhuǎn)換成RGB空間。

　　2 DaVinci技術(shù)簡(jiǎn)介

　　DaVinci技術(shù)是TI公司針對(duì)數(shù)字視頻圖像處理及應(yīng)用而提供的一套完整的解決方案，包括處理器、開(kāi)發(fā)工具、軟件以及系統(tǒng)技術(shù)。DaVinci技術(shù)可利用數(shù)字信號(hào)處理與集成電路技術(shù)提供高度集成的片上系統(tǒng)（SoC），優(yōu)化和處理數(shù)字視頻。該片上系統(tǒng)具有高效的處理能力、存儲(chǔ)器、I／O帶寬。在該平臺(tái)上，Tl及其第三方合作伙伴集成了構(gòu)成數(shù)字視頻系統(tǒng)所需的各種組件，這些組件都基于DaVinci平臺(tái)。同時(shí)開(kāi)放式開(kāi)發(fā)平臺(tái)還擴(kuò)展到應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序也基于相同的DaVinci平臺(tái)。

　　達(dá)芬奇技術(shù)是一種數(shù)字圖像、視頻、語(yǔ)音、音頻信號(hào)處理的新平臺(tái)，一經(jīng)推出，就受到熱烈歡迎，以其為基礎(chǔ)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)層出不窮。該技術(shù)是一種內(nèi)涵豐富的綜合體，包含達(dá)芬奇處理器、軟件、開(kāi)發(fā)環(huán)境、算法庫(kù)和其他技術(shù)支持等。正因?yàn)樯婕暗募夹g(shù)面廣，因此有比較高的技術(shù)門(mén)檻。

　　目前TI公司采用Davinci技術(shù)的器件主要分為3類(lèi)：①ARM926EJ+MJCP（MPEG4和JPEG協(xié)處理器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還包括視頻圖像協(xié)處理器VICP。表1給出，TI公司的DaVinci技術(shù)器件引比較。

　　3 TMS320DM355簡(jiǎn)介

　　高性能、低功耗的TMS32DM355 DaVinci技術(shù)器件由于內(nèi)部無(wú)DSP內(nèi)核的多媒體處理器，采用協(xié)處理器MJCP實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)編解碼。因此TMS320DM355可實(shí)現(xiàn)低功耗，低成本設(shè)計(jì)方案。TMS320DM355在高清MPEG-4編碼過(guò)程中的功耗約為400 mW，而待機(jī)功耗僅為1 mW。視頻模式下使用基于TMS320DM355的數(shù)碼相機(jī)，兩節(jié)AA電池可錄制80 min的高清視頻，使HD產(chǎn)品電池壽命延長(zhǎng)一倍。TMS320DM355內(nèi)部集成的視頻處理子系統(tǒng)VPSS（Video Processing Subsvrs-tem）、MPEG-4／JPEG協(xié)處理器（MJCP）、ARM926EJ-S內(nèi)核以及多種外設(shè)組成，可應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、IP攝像機(jī)、數(shù)碼相框、醫(yī)學(xué)成像及嬰兒視頻監(jiān)護(hù)器等領(lǐng)域。圖1為T(mén)MS320DM355的內(nèi)部功能框圖。

　　TMS320DM355包括1個(gè)哈佛結(jié)構(gòu)ARM核：ARM926EJ-S處理器支持ARM擴(kuò)展DSP指令和Jazelle技術(shù)、32 KBRAM、8 KB ROM，16 KB I-cache、8 KB D-cache；它能夠處理16／32位指令和8／16／32位數(shù)據(jù)。它通過(guò)使用協(xié)處理器CPl5和保護(hù)模塊增強(qiáng)體系結(jié)構(gòu)，并提供數(shù)據(jù)和程序內(nèi)存管理單元MMU。MMU具有2個(gè)64項(xiàng)的轉(zhuǎn)換旁路緩存器TLB用于儲(chǔ)存指令和數(shù)據(jù)流，每項(xiàng)均可映射存儲(chǔ)器的段、大小頁(yè)。為了保證在內(nèi)核周期內(nèi)存取指令和數(shù)據(jù)，提供了獨(dú)立的16 K字節(jié)指令Cache和8 K字節(jié)數(shù)據(jù)Cache，指令和數(shù)據(jù)Cache通過(guò)VIVT4路連接。另外，該器件還具有提升內(nèi)核性能的寫(xiě)緩沖，其緩沖數(shù)據(jù)容量高達(dá)17字。

　　專(zhuān)用的視頻圖像處理器用于處理視頻數(shù)據(jù)：視頻處理子系統(tǒng)VPSS包括視頻前端輸入接口VPFE和視頻末端VPBE輸出接口，視頻前端輸入接口用于接收外部傳感器或視頻譯碼器等輸入的圖像信息，其中視頻前端輸入（VPFE）接口是由CCD控制器、硬件圖像信號(hào)處理器一圖像通道IP-IPE模塊、自動(dòng)曝光／白平衡／聚焦模塊H3A和寄存器組成。用于實(shí)時(shí)圖像處理，它把從CMOS／CCD得到的原始圖形轉(zhuǎn)換為國(guó)際電信聯(lián)盟ITU數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)BT.60I／BT.656的8／16位數(shù)字YCbCr 4：2：2；H3A模塊則提供原始圖形信息。

　　視頻末端輸出（VPBE）接口由在線(xiàn)視頻顯示處理器／屏幕視控系統(tǒng)OSD和兼容NTSC／PAL視頻輸出編碼器VENC組成。在線(xiàn)視頻顯示處理器能顯示2組獨(dú)立的視頻窗口或2組獨(dú)立的OSD窗口。還能以視頻窗口、OSD窗口和屬性窗口形式顯示。視頻解碼器以54.MHz的速率進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，提供NTSC／PA L，S等格式的視頻或音頻輸出。同時(shí)該器件還具有8／16位YCC到18位RGB666數(shù)字輸出；ITU數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)BT.601／BT.656的8／16位數(shù)字YCbCr 4：2：2接口：輸出還支持同數(shù)字高清電視HDTV（720p／1080i）擴(kuò)展編碼器連接的接口。通過(guò)緩存邏輯與TMS320DM355的DDR2／mDDR片上控制器相連，便于訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器，向存儲(chǔ)器存儲(chǔ)由攝像頭采集并經(jīng)VPFE處理的圖像信息，便于將存儲(chǔ)的圖像信息通過(guò)VPBE輸出到顯示設(shè)備。

　　數(shù)字圖像處理方面，MPEG4和JPEG硬件協(xié)處理器MJCP（MPEG4／JPEGG　Coprocessor）能以720p格式與30幀／s的速度提供高清MPEG4-SP編解碼功能，和以每秒5千萬(wàn)像素的速度提供JPEG編解碼功能。在存儲(chǔ)方面，擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口EMIF包括1個(gè)8／16位和1個(gè)16位mDDR／DDR2，可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的類(lèi)型為mDDR，DDR2，SDRAM，OneNAND，NANDFlash，SM／xD等；其他片上外圍擴(kuò)展控制器還包括：2個(gè)MMC（Multimedia　Card）／SD（Secure·Digital）接口；2個(gè)音頻接口ASP（Audio Serial Port）接口控制器，支持AC97音頻編碼接口、12S等接口形式：1個(gè)主／從I2C（Inter-Integrated Circui）接口控制器：1個(gè)USB 2.OTG接口控制器：1個(gè)可配置的視頻專(zhuān)用的輸入和輸出端口等。

　　4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)包括硬件系統(tǒng)和運(yùn)行在硬件系統(tǒng)上的軟件系統(tǒng)，如圖2所示。圖中虛線(xiàn)以下是系統(tǒng)硬件部分，其主要由3個(gè)部分組成：圖像信息的獲取、圖像信息的處理和存儲(chǔ)、圖像信息的展示。即分別對(duì)應(yīng)夜晚也能攝像的PAL／NTSC紅外攝像頭。印刷電路板PCB板硬件對(duì)視頻信息進(jìn)行壓縮等編碼操作和SD卡存儲(chǔ)，以及TFTLCD播放裝置。

　　虛線(xiàn)以上是系統(tǒng)軟件部分，軟件部分包括系統(tǒng)軟件、開(kāi)發(fā)支撐軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件包括加載引導(dǎo)Linux操作系統(tǒng)的。BootLoader-U-boot、DaVinci技術(shù)軟件包和Mon-taVista Linux操作系統(tǒng)：開(kāi)發(fā)支撐軟件主要是用于數(shù)據(jù)管理的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行用戶(hù)圖形界面開(kāi)發(fā)的圖形用戶(hù)界面GUI軟件；應(yīng)用軟件是在DaVinci技術(shù)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形用戶(hù)界面軟件基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的便攜式多媒體監(jiān)控器系統(tǒng)。

　　5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　視頻監(jiān)控器主要包括圖像信息的獲取、圖像信息的處理和存儲(chǔ)、圖像信息展示3部分。對(duì)應(yīng)PAL／NTSC紅外攝像頭用于獲取視頻信號(hào)；PCB印刷電路板和SD卡用于完成視頻信息的處理和存儲(chǔ)；TFT LCD用于播放和展示。

　　系統(tǒng)構(gòu)成與信號(hào)流向如圖3所示，為了方便信號(hào)流程的表示，將視頻處理子系統(tǒng)VPSS的兩個(gè)部分獨(dú)立，視頻處理前端VPFE連接信號(hào)的輸入端，視頻處理后端VPBE連接信號(hào)的輸出端。從圖3可看出利用TMS320DM355基本上在不增加外圍控制器的情況下就可構(gòu)成一個(gè)便攜式多媒體監(jiān)控器。