关键词：TMS320F2812；EPM7128；视频采集；采样速度；A／D转换

引言

随着现代视频采集处理技术的快速发展，视频采集系统接口在智能防盗、智能交通、银行、智能小区、医疗行业以及消防报警等系统中的应用越来越普遍。本文设计的是一个以TMS320F2812为视频A／D转换器，CPLD为时序和逻辑控制电路，TMS320C6416为图像处理算法及控制芯片，IDE硬盘为大容量存储器，2个SDRAM为图像帧存储器的硬件接口电路。与其他嵌入式视频采集系统设计相比，该设计具有采集速度高、功耗低，能进行图像实时采集和处理，能大容量存储图像等特点。

1 视频采集系统原理及接口设计

1．1 视频采集系统原理

视频采集系统原理如图1所示。按电路功能，系统可分为图像输入模块、图像存储模块、图像解码模块、CPLD控制模块、DSP图像处理与显示接口模块。

摄像头输出标准的复合模拟视频信号经过钳位放大(EL4089)、同步信号分离(LMl881)、自增益控制以及A／D转换后，输出YUV422的数字信号，行、场同步信号，奇偶场信号以及像素时钟信号等图像数据。图像输入模块将模拟视频信号进行行、场同步分离，并将行、场同步信号输出到CPLD(EMP7128)作为基准信号。CPLD作为逻辑时序控制器，用于完成数字视频信号的存储与时序控制，并以中断方式通知DSP(TMS3-20F2812)读取数据。DSP将SDRAM中的视频数据读出，并写入大容量的IDE硬盘存储器中，实现视频数据的存储；且根据存储的图像算法，对图像进行校正、滤波、压缩、分割、特征提取以及识别等处理。最后，将处理后的视频信号传送给显示器实时显示。

1．2 接口设计

一般情况下，视频采集经过A／D转换后，需要经过图像预处理、特征提取、图像分割与识别等操作，才输出到显示器显示。这些功能的实现都需要DSP来完成。

图像预处理包括图像调整和图像压缩。图像调整是指对视频图像进行亮度、饱和度、色度以及对比度的调整，使图像清晰、颜色明显；而图像压缩是指根据需要设定视频采集分辨率，通过压缩可以提高系统的响应速度。特征提取是指使图像从视频背景中分离出来的过程。图像分割是指对特征提取得到的图像进行区域划分的过程。最简单的图像分割方法是，将图像中的所有像素划分为目标像素和非目标像素，用数字1表示目标像素点，数字O表示其他像素点。

图像输入模块。图像的输入由模拟摄像头完成。摄像头输出的视频信号为标准的复合视频信号CVBS，必须经过视频解码芯片和A／D变换后进入数字系统才有效。模拟视频信号包含图像信号、行同步信号、场同步信号、像素时钟等信号。

图像存储模块。采用2片外部存储器SDRAMA和SDRAMB，用于存储数字视频信号，并将数据实时地传送给TMS320C6416进行数据处理。本系统采取两片存储器轮换读写的方式。

图像解码模块。负责将摄像头输出的模拟视频信号转换成Y：U：V=4：2：2的数字视频信号；并将图像逐帧存入SDRAM中，通过中断通知DSP读取数据。该图像解码模块采用的是TI公司的DSP芯片TMS320F2812。模拟信号经过处理后从TMS320F2812的系统外部接口XINTF的引脚XD[15…0]输出YUV422数字信号，YUV422信号输出到TMS320C6416的VP0端口，再通过多通道缓冲端口McBSP来控制TMS320F2812的工作。TMS320-F2812与TMS320C6416的连接如图2所示。

CPLD控制模块。主要实现系统的逻辑控制和存储器地址译码功能。CPLD将经过同步分离后的行、场同步信号转换成YUV422格式的数字信号，同时产生SDRAM的地址、读写选通等信号。由CPLD输出的YUV422格式的数字信号按像素逐个存入2片存储器中，其中2片SDRAM以乒乓方式工作。这里CPLD选用Altera公司的EPM7128芯片。

DSP图像处理与显示接口模块。选用TI公司的DSP芯片TMS320C6416。该芯片有HPI和EMIF接口，2个外部总线接口EMIF-A和EMIF-B的时钟为100MHz，2片存储器被映射到这2个总线上。其中，SDRAMA映射到EMIF-A，256 MB，64位宽，800 MB／s的瞬时突发率；SDRAMB映射到EMIF-B，8 MB，16位宽，200 MB／s的瞬时突发率。可以方便地与其他处理器连接，有实时的硬件调试功能。开发工具包含CCS环境、DSP BIOS、JTAG扫描控制器等。CPLD写完一帧图像后发中断信号通知DSP读取，DSP执行中断服务程序从SRAM中将一帧图像读入，随即进行处理。其模块与显示器接口的连接如图3所示。

FPGA用于对FIFO的读／写时序与逻辑控制。FIFO的写时序信号由TMS320C6416的EMIF外部总线产生。通过DMA方式将视频数据写入FIFO缓存器中，再通过DAC输出视频编码器将YUV422格式的数字信号转换成SVGA格式的RGB信号格式，并将它输出到显示器上。输出VGA分辨率为800×600(SVGA制)，但在TMS320C6416存储器中的像素格式为RGB565。每个像素存储在16位的存储器中，其SVGA输出像素格式的存储方式如下：

2 视频采集系统接口软件设计

TMS320C6416上电后进行初始化，即对状态寄存器STO、STl，处理器模式控制寄存器PMST和时钟模式寄存器CLKMD等进行适当的配置。  TMS320C6416内部的boot程序按照外部中断或者通用I／O接口的设置，将Flash中的程序读到TMS320C6416内部的RAM中，并运行程序；然后通过它的McBSP多通道缓冲口，将控制字写入TMS320F2812的寄存器中，从而设置其工作模式。TMS320C6416开始启动采集数据，并从sDRAM中读取数据，随后进行视频信号处理。CPLD会对同步分离电路LMl881输出的各种视频信号进行判断与控制。当CPLD产生SDRAM的地址写选通信号后，会将一帧数据写入SDRAM；然后发中断信号给TMS320C6416，以通知TMS320C6416可以读取数据，并进行数据压缩、编码、校正、滤波、分割与特征提取等；同时写入到IDE硬盘中，并送显示器进行显示。

摄像头输出2路复合模拟视频信号：一路送给钳位电路进行放大，然后输出到TMS320F2812进行A／D转换，输出需要的YUV422数字视频信号。由CPLD对它进行逻辑与时序控制，TMS320F2812通过系统外部接口将数据传送给TMS320C6416进行图像处理并显示。另一路经过LMl881同步分离电路输出模拟视频行、场同步信号。再通过CPLD产生YUV422数字视频信号，并逐帧存入SDRAMA和SDRAMB中。SDRAMA和SDRAMB的地址写时序信号由行、场视频信号产生。其读信号由DSP的EMIF控制信号产生。当CPLD向SDRAMA写入一帧图像数据时，发中断信号给TMS320C6416。