基于DSP的智能视频监控终端设计与优化研究

　　引言

　　随着电子、计算机技术的发展，视频监控系统正从模拟技术向数字技术方向发展。从硬件形式上看，视频监控技术的发展经历了三个阶段：模拟视频信号监控、PC机加视频卡的数字视频监控和基于嵌入式技术的数字视频监控[1]。基于PC机技术的监控系统采用在普通PC机中插接视频采集卡的集成方式，由视频卡完成图像采集、数字化和数据压缩，PC机通过网卡和通信设备实现互连。这一类系统目前已经占据市场主流。随着嵌入式芯片技术和嵌入式操作系统的发展与成熟，基于嵌入式体系结构的视频监控系统由于具备体积小、性能稳定、安装方便等优越性能，越来越受到人们的关注[2]。对于嵌入式视频监控系统的研究，国外起步早，已有产品性能较好，但价格昂贵，国内用户一般无法承受。我国是近几年开始这方面研究的，从已有研究成果来看，其监控终端更多的是将成像系统、视频数字化系统和网络接口集成于一体[3]，而其监控的智能化程度还远没有得到开发应用。

　　基于当前的应用背景和技术支持，本文设计了一种新型的具有入侵扫描功能的嵌入式智能网络视频监控终端，此监控终端具备视频采集、视频检测功能，带有以太网接口、TCP/IP协议栈、WEBServer，可直接与Internet互连，Internet上的授权用户使用标准的浏览器就可以根据IP地址访问此终端，查看检测到的目标图像。相比传统基于PC机+视频采集卡模式的监控终端，本终端体积小，成本低，安装方便，系统传输的数据量小，具备智能检测运动目标功能，可以实现无人职守，非常适合家庭、住宅小区、银行、仓库等单位的安全防范。

　　2 系统组成与工作原理

　　为实现视频实时检测以及网络传输功能，本监控终端采用ARM+DSP的体系框架，系统组成如图1所示，主要包括以ARMS3C4510B为核心的主控兼网络传输模块，以SAA7111为核心的视频采集模块，以DSPTMS320C6202为核心的视频检测模块，以CPLDEPM7128为核心的控制模块，以及电源管理模块等。系统具备视频采集、视频检测、图像数据的打包、网络传输、控制等功能。其工作流程是：主控CPU S3C4510B上电初始化，SAA7111初始化，S3C4510B系统自检、装载TMS320C6202程序至RAM、启动DSP，设定SAA7111初始参数，摄像机的模拟信号经过数据采集、缓存后，DSP及其外围电路对其进行运动目标检测，将检测结果通过DSP的HPI接口传递给S3C4510B，S3C4510B对数据打包,建立套接字通讯服务器，等待连接进行网络发送。

　　3 硬件设计

　　3.1 S3C4510B及其外围电路设计

　　本终端采用SAMSUNG公司开发的S3C4510B芯片作为主控制器。S3C4510B是一款高性能ARM体系结构的32位嵌入式微处理器，具有很强的实时多任务支持能力和扩展能力，以及小体积、低功耗、高性能等系列特点。内嵌双通道缓冲DMA的以太网控制器和极强的外围扩展能力是本次设计选择它的重要原因。S3C4510B以及外围芯片FlASH、SDRAM存储器组成了整个系统的核心，负责控制和协调各模块工作。本设计对S3C4510B内部的SDRAM和ROM进行了扩充，FLASH选用MX29L3211，容量为4MB。外扩SDRAM选用MICRO的MT48LC4M16A2TG,容量为8MB。

　　S3C4510B与TMS320C6202的通信电路设计采用16位主机接口(HPI)来实现，HPI利用并行总线接口技术，使主控处理器可以在无需DSP干涉的情况下访问DSP的内部存储器。在利用HPI实现主控处理器和C6202之间进行数据交换时，允许数据缓存、实时数据登录和信息处理。本设计中，主机接口(HPI)主要实现以下两个功能：第一，在系统启动时，实现DSP的程序装载。第二，在S3C4510B和TMS320C6202之间，进行控制信息的传递。S3C4510B响应DSP的中断信号，读取图像检测结果，转交于uClinux操作系统，打包发送至网络。

　　3.2 视频采集

　　本设计中所使用的图像采集设备是CCD摄像头，由于CCD摄像头输出的信号为模拟信号，系统选用PHILIP公司的SAA7111图像解码芯片，以此来完成图像的数字化过程，以及对水平和垂直同步等信号的分离。

　　SAA7111有很多种功能供用户选择，功能的选定可以通过对寄存器的设置来完成。本系统的研究对象是基于256级的灰度图像，输入信号采用PAL体制，结合系统处理速度的具体要求，对芯片作如下配置：采用YUV4:2:2的信号格式，只取Y(亮度)信号，分辨率为256×256像素。选用I2C总线信号对SAA7111工作寄存器初始化，然后SAA7111开始实现反混迭滤波、线性相位锁定、亮色分离、视频A/D变换等功能，同时产生行同步信号HS、场同步信号VS、奇偶场标志信号RTSO、像素时钟信号LLC2、数字视频信号，这些信号从芯片的管脚直接输出，将模拟视频信号解码为标准的YUV格式的数字视频信号[4]。在CPLD的控制下，将其存入FIFO帧存储器中，通过DSP的DMA通道存入SDRAM，以便DSP进行图像处理。

　　3.3 逻辑控制

　　本系统在实时图像采集与检测工作中，有大量逻辑转换和读写等逻辑时序运算的问题，如FIFO的HF信号作为启动DMA中断的标志信号，由SAA7111的CREE、HS、VS译码产生控制输入数据缓冲FIFO器件的写时序，以及由DSP的Cex信号译码产生的控制输入数据缓冲FIFO器件的读时序等。为解决以上逻辑转换和时序产生的问题，系统设计采用可编程逻辑控制器件CPLD，选用EPM7128SQC100。该器件不仅满足了相应的逻辑时序设计的要求，而且还提供控制信号，通过编程实现系统各模块所需要的选通、缓冲、读/写使能、数据总线和地址总线的切换等。