EPM570在視頻采集中的設(shè)計與應(yīng)用

杭州電子科技大學(xué) 自動化學(xué)院 周 韻 1 引言 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促使著人們不斷地提高安防意識，當(dāng)傳統(tǒng)的本地模擬監(jiān)控方式逐漸不能滿足某些行業(yè)大范圍、遠(yuǎn)距離監(jiān)控的需求，如銀行跨地區(qū)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控時，通過網(wǎng)絡(luò)將圖像進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸?shù)募斜O(jiān)控方式應(yīng)運(yùn)而生。 基于網(wǎng)絡(luò)的嵌入視頻監(jiān)控系統(tǒng)按照功能可劃分為視頻采集、視頻壓縮、視頻傳輸三個模塊。隨著嵌入式處理器性能的不斷提高，基于軟件的壓縮技術(shù)逐漸取代了基于專用視頻壓縮芯片的硬件壓縮技術(shù)，成為了嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展主流。由于基于軟壓縮的系統(tǒng)中視頻數(shù)據(jù)的采集工作應(yīng)盡可能少地占用處理器時間，使得處理器能將更多時間投入視頻壓縮算法，提高系統(tǒng)性能，因此視頻數(shù)據(jù)采集模塊效率高低、采集到的圖像分辨率大小將直接關(guān)系到整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效果與性能。 2 視頻采集結(jié)構(gòu) 2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換 為了獲得更好的通用性，本系統(tǒng)選取cvbs(復(fù)合電視廣播信號)或者s-video(亮色分離信號)作為視頻源輸入，采用性價比較高的philips saa7113作為視頻adc。saa7113具有4路模擬信號輸入，輸出8位數(shù)字信號vp0～vp7；輸出兩路參考信號rts0～rts1，通過fc總線設(shè)置內(nèi)部寄存器可分別配置成水平參考信號(href)、垂直參考信號(vref)或者奇偶場同步信號，需要指出的是saa7113輸出的數(shù)字信號是以27 mhz的llc時鐘為同步信號，即每個llc周期內(nèi)有1個字節(jié)輸出(下降沿有效)。我國采用的是50 hz pal電視信號，每秒25幀圖像，每幀625行，其中576行有效(當(dāng)vref為高電平時)，每行864個像素，其中720個像素有效(當(dāng)href為高電平時)，即每幀圖像的實際分辨率為720×576。saa7113按奇偶場輸出，每場288有效行，每行720有效像素，視頻格式按照yuv4：2：2,即每行1 440 byte，每場405 kb，每幀810 kb。 2.2 視頻緩存 由于視頻數(shù)據(jù)不斷地輸出，如果讓處理器不間斷地讀取數(shù)據(jù)是不現(xiàn)實的，必須要有適當(dāng)?shù)木彺媸沟锰幚砥鹘?jīng)過一段時間后讀取緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)。saa7113是以場為單位輸出視頻數(shù)據(jù)的，因此最合適的緩存大小為1場即405 kb。參考乒乓切換的思想，給出詳細(xì)的緩存設(shè)計結(jié)構(gòu)。 如圖1所示，整個緩存結(jié)構(gòu)由切換控制電路和兩塊8 bit 512 kb sram組成。奇數(shù)場時，切換控制電路將saa7113輸出的視頻數(shù)據(jù)寫入奇場sram，同時處理器將取出緩存在偶場sarm中的偶場數(shù)據(jù)；偶數(shù)場時，將saa7113輸出的視頻數(shù)據(jù)寫入偶場sram，同時處理器將取出緩存在奇場sram數(shù)據(jù)。切換控制電路可由標(biāo)準(zhǔn)邏輯構(gòu)成，也可由cpld或者fpga編程實現(xiàn)，考慮到時序控制及成本問題，使用cpld實現(xiàn)切換電路為最佳方案。 3 max ii系列器件 altera推出的max ii器件系列基于突破性的新型cpld架構(gòu)，是目前業(yè)界成本最低的cpld。max ii器件還將成本和功耗優(yōu)勢引入了高密度領(lǐng)域，使設(shè)計者可以采用max ii器件替代高成本或高功耗的assp和標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件。 3.1 max ii器件優(yōu)點 max ii系列器件主要有以下優(yōu)點： 成本優(yōu)化的架構(gòu)。四倍的密度，一半的價格(和上一代max器件相比)。以最小化裸片面積為目標(biāo)的架構(gòu)，業(yè)界單個i／o引腳成本最低； 低功耗。十分之一的功耗(和3.3 v max器件相比)。1.8 v內(nèi)核電壓以減小功耗，提高可靠性。 支持內(nèi)部時鐘頻率高達(dá)300 mhz：兩倍的性能(和3.3 v max器件相比)； 內(nèi)置用戶非易失性flash存儲器。通過取代分立式非易失性存儲器件減少元件數(shù)； 實時在系統(tǒng)可編程能力(isp)。器件在工作狀態(tài)時能夠下載第二個設(shè)計，降低遠(yuǎn)程現(xiàn)場升級的成本； 片內(nèi)電壓調(diào)整器支持3.3 v、2.5 v或1