1 引言

　　數(shù)字視頻就是以數(shù)字形式記錄的視頻，和模擬視頻相對的。數(shù)字視頻有不同的產(chǎn)生方式，存儲方式和播出方式。比如通過數(shù)字攝像機直接產(chǎn)生數(shù)字視頻信號，存儲在數(shù)字帶，P2卡，藍光盤或者磁盤上，從而得到不同格式的數(shù)字視頻。然后通過PC，特定的播放器等播放出來。

　　模擬視頻的數(shù)字化包括不少技術(shù)問題，如電視信號具有不同的制式而且采用復合的YUV信號方式，而計算機工作在RGB空間；電視機是隔行掃描，計算機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，先把復合視頻信號中的亮度和色度分離，得到Y(jié)UV或YIQ分量，然后用三個模／數(shù)轉(zhuǎn)換器對三個分量分別進行數(shù)字化，再轉(zhuǎn)換成RGB空間。

　　2 DaVinci技術(shù)簡介

　　DaVinci技術(shù)是TI公司針對數(shù)字視頻圖像處理及應用而提供的一套完整的解決方案，包括處理器、開發(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、存儲器、I／O帶寬。在該平臺上，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。同時開放式開發(fā)平臺還擴展到應用程序，實現(xiàn)應用程序也基于相同的DaVinci平臺。

　　達芬奇技術(shù)是一種數(shù)字圖像、視頻、語音、音頻信號處理的新平臺，一經(jīng)推出，就受到熱烈歡迎，以其為基礎的應用開發(fā)層出不窮。該技術(shù)是一種內(nèi)涵豐富的綜合體，包含達芬奇處理器、軟件、開發(fā)環(huán)境、算法庫和其他技術(shù)支持等。正因為涉及的技術(shù)面廣，因此有比較高的技術(shù)門檻。

　　目前TI公司采用Davinci技術(shù)的器件主要分為3類：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簡介

　　高性能、低功耗的TMS32DM355 DaVinci技術(shù)器件由于內(nèi)部無DSP內(nèi)核的多媒體處理器，采用協(xié)處理器MJCP實現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)編解碼。因此TMS320DM355可實現(xiàn)低功耗，低成本設計方案。TMS320DM355在高清MPEG-4編碼過程中的功耗約為400 mW，而待機功耗僅為1 mW。視頻模式下使用基于TMS320DM355的數(shù)碼相機，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)核以及多種外設組成，可應用于數(shù)碼相機、IP攝像機、數(shù)碼相框、醫(yī)學成像及嬰兒視頻監(jiān)護器等領(lǐng)域。圖1為TMS320DM355的內(nèi)部功能框圖。

　　TMS320DM355包括1個哈佛結(jié)構(gòu)ARM核：ARM926EJ-S處理器支持ARM擴展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)。它通過使用協(xié)處理器CPl5和保護模塊增強體系結(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64項的轉(zhuǎn)換旁路緩存器TLB用于儲存指令和數(shù)據(jù)流，每項均可映射存儲器的段、大小頁。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VIVT4路連接。另外，該器件還具有提升內(nèi)核性能的寫緩沖，其緩沖數(shù)據(jù)容量高達17字。

　　專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、硬件圖像信號處理器一圖像通道IP-IPE模塊、自動曝光／白平衡／聚焦模塊H3A和寄存器組成。用于實時圖像處理，它把從CMOS／CCD得到的原始圖形轉(zhuǎn)換為國際電信聯(lián)盟ITU數(shù)字視頻標準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。在線視頻顯示處理器能顯示2組獨立的視頻窗口或2組獨立的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)字視頻標準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）擴展編碼器連接的接口。通過緩存邏輯與TMS320DM355的DDR2／mDDR片上控制器相連，便于訪問存儲器，向存儲器存儲由攝像頭采集并經(jīng)VPFE處理的圖像信息，便于將存儲的圖像信息通過VPBE輸出到顯示設備。

　　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5千萬像素的速度提供JPEG編解碼功能。在存儲方面，擴展存儲器接口EMIF包括1個8／16位和1個16位mDDR／DDR2，可擴展存儲器的類型為mDDR，DDR2，SDRAM，OneNAND，NANDFlash，SM／xD等；其他片上外圍擴展控制器還包括：2個MMC（Multimedia　Card）／SD（Secure·Digital）接口；2個音頻接口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個主／從I2C（Inter-Integrated Circui）接口控制器：1個USB 2.OTG接口控制器：1個可配置的視頻專用的輸入和輸出端口等。

　　4 系統(tǒng)設計

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

　　虛線以上是系統(tǒng)軟件部分，軟件部分包括系統(tǒng)軟件、開發(fā)支撐軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件包括加載引導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，進行用戶圖形界面開發(fā)的圖形用戶界面GUI軟件；應用軟件是在DaVinci技術(shù)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和圖形用戶界面軟件基礎上開發(fā)的便攜式多媒體監(jiān)控器系統(tǒng)。

　　5 系統(tǒng)硬件設計

　　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、圖像信息展示3部分。對應PAL／NTSC紅外攝像頭用于獲取視頻信號；PCB印刷電路板和SD卡用于完成視頻信息的處理和存儲；TFT LCD用于播放和展示。

　　系統(tǒng)構(gòu)成與信號流向如圖3所示，為了方便信號流程的表示，將視頻處理子系統(tǒng)VPSS的兩個部分獨立，視頻處理前端VPFE連接信號的輸入端，視頻處理后端VPBE連接信號的輸出端。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)成一個便攜式多媒體監(jiān)控器。