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[摘要]介绍一种基于TI公司达芬奇系列DSP DM648设计的网络视频服务器的方案，因为其简化的BOM清单和灵活的软件设计，具有很高的实用价值。
[关键词]视频监控 H.264 DM648 千兆以太网
中图分类号：TN99文献标识码：A文章编号：1671－7597（2008）0420024－01
由于现代社会对于安防领域需求的日益增长，以及相关专业技术的创新发展，视频监控产业与市场正在急剧快速的增长。而视频监控产业紧跟着现代社会技术进步的脚步，数字化、网络化、智能化业已成为其发展必然趋势。网络视频服务器（NVS）则是视频监控产业目前发展趋势中的热点之一，是视频监控系统中重要的组成部分。网络视频服务器通过从一个或者多个摄像机输入的模拟视频信号，经模数转换后压缩成数字视频流，并经以太网传输从而实现远程实时监控的目的。目前采用的视频编码方式主要有MPEG4和H.264两种，H.264具有更高的编码效率和增强的编码健壮性，更加适合于网络传输。本方案设计不仅支持以上的NVS基本功能，而且支持本地视频监控、回放。另外，还可以支持音频实时传输和语音对讲功能。
一、视频处理单元此单元完成一下主要功能
（1）远程视频监控：复合视频信号经A/D转换成标准ITU-R BT.656数字信号后，通过DSP编码压缩成H.264，再经以太网传输，从而实现远程实时监控的目的。
（2）本地视频监控：多路复合视频信号经A/D转换成标准ITU-R BT.656数字信号后，DSP通过视频口采集并进行缩放、滤波等处理后，按标准ITU-R BT.656格式输出，经过D/A转成RGB信号输出至显示器。
（3）本地视频回放：存储的视频录像经以太网传输至本地，DSP进行H.264解码后，按标准ITU-R BT.656格式输出，经过D/A转成RGB信号输出至显示器。
二、器件选型
（一）TW2815是Techwell公司的一款高性能四通道PAL/NTSC制视频解码器。每个通道各有抗混叠模拟滤波器、10位模拟数字转换器，以及符合所有NTSC/PAL标准的高性能自适应4H数字梳状滤波器，能够输出ITU-R BT.656 4：2：2 YCbCr数字信号。
此外，TW2815提供四个集成的音频模拟数字转换器、一个数字模拟转换器、多信道音频混合模拟输出，并且支持标准的I2S接口以供录制输出和回放输入。并且具有独特的音频级联功能。
（二）TMS320DM648是TI公司针对多路视频处理最新推出的一款达芬奇系列DSP。DM648是本系统的核心，与DM642相比，性能有了很大的提高。DM648采用的C64x+内核工作周期性能提高了20%，代码密度提高了20-30%，每周期执行的16位MMAC翻了一番，EDMA带宽提高了三倍，而且代码与C64x内核完全兼容。DM648采用集成的视频与影像协处理器（VICP），基于指令的引擎VICP支持前端处理功能，且能与主DSP内核并行工作，实现包括VICP功能库与高效色彩空间转换、图形缩放与解隔行扫描等功能。
（三）MDIN180能够将输入的标清电视信号去隔行扫描后，经格式转换后输出1024x768@60Hz或1280x1024@60Hz的数字RGB信号，再经ADV7125转换成模拟RGB信号输出至监视器。
实现框图，同时还能实现移动侦测、视频遮挡检测、视频丢失检测能辅助功能。
三、音频处理单元此单元完成一下主要功能
（1）本地监听：通过配置TW2815寄存器，能够任意选择8路音频中的一路监听。
（2）远程实时监听：DSP通过I2S总线采集数字音频，并编码后 通过以太网传输，远端PC实现监听或者存储功能。
（3）本地音频回放：网络存储设备中的录音经以太网输出到本地系统后，经DSP解码后，通过I2S总线输出给DAC。
（4）双向语音对讲：本地系统通过以太网与远端PC实现双向语音对讲，这样在监控室的人员可以方便地与现场人员直接联系，协同工作。
实现框图如图2，因为DM648只有一个McASP，所以音频录音、音频回放、对讲输入和对讲输出都要工作在相同的时钟和帧同步信号下。8路音频同时录音采用时分复用的工作方式。
以太网传输单元在一些机场、港口、大型商场等，往往需要成百上千个摄像机组成一个监控系统，这就给网络传输提出了挑战。而本设计采用VITESSE半导体公司的高集成度单口千兆以太网PHYVSC8211。此芯片由3.3V和1.2V电源供电，具有超低功耗，并且满足10/100/1000M以太网自适应。
如图3，DSP通过SMI（Serial Management Interface）总线对PHY的寄存器进行配置和状态读取，串行千兆媒体独立接口（SGMII）完成数据交换。
图 3
软件设计DSP/BIOS是TI公司提供的基于DSP平台的实时操作系统内核。主要包含三方面的内容：多线程内核、实时分析工具、外设配置库。
DSP/BIOS能够明显地缩短开发周期，是多任务实时系统的理想选择。
四、结论
本方案能够同时支持8路CIF格式的远程监听监视，1路CIF/D1格式自适应的音视频回放和双向语音对讲功能。系统集成度较高，减少了整板的BOM清单。同时，由于软件设计的灵活性，能够满足不断发展变化的市场需求，所有具有很高的实用价值。
参考文献：
[1]《数字信号处理系统的应用和设计》，胡剑凌、徐盛，上海交通大学出版社.
[2]《H.264和MPEG-4视频压缩新一代多媒体的视频编码技术 》，欧阳合、韩军译，国防科技大学出版社.
[3]Video Demystified 4th Edition ， Keith Jack， September 7， 2004.
[4]ISO/IEC 14496-10 and ITU-T Rec. H.264， Advanced Video Coding， 2003.
[5]TI针对视频监控应用推出两款达芬奇DSP，电子工程专辑.
[6]H.264视频编码算法在Ti Dm642平台上的实现与优化，宋磊，上海交大.
[关键词]视频监控 H.264 DM648 千兆以太网
中图分类号：TN99文献标识码：A文章编号：1671－7597（2008）0420024－01
由于现代社会对于安防领域需求的日益增长，以及相关专业技术的创新发展，视频监控产业与市场正在急剧快速的增长。而视频监控产业紧跟着现代社会技术进步的脚步，数字化、网络化、智能化业已成为其发展必然趋势。网络视频服务器（NVS）则是视频监控产业目前发展趋势中的热点之一，是视频监控系统中重要的组成部分。网络视频服务器通过从一个或者多个摄像机输入的模拟视频信号，经模数转换后压缩成数字视频流，并经以太网传输从而实现远程实时监控的目的。目前采用的视频编码方式主要有MPEG4和H.264两种，H.264具有更高的编码效率和增强的编码健壮性，更加适合于网络传输。本方案设计不仅支持以上的NVS基本功能，而且支持本地视频监控、回放。另外，还可以支持音频实时传输和语音对讲功能。
一、视频处理单元此单元完成一下主要功能
（1）远程视频监控：复合视频信号经A/D转换成标准ITU-R BT.656数字信号后，通过DSP编码压缩成H.264，再经以太网传输，从而实现远程实时监控的目的。
（2）本地视频监控：多路复合视频信号经A/D转换成标准ITU-R BT.656数字信号后，DSP通过视频口采集并进行缩放、滤波等处理后，按标准ITU-R BT.656格式输出，经过D/A转成RGB信号输出至显示器。
（3）本地视频回放：存储的视频录像经以太网传输至本地，DSP进行H.264解码后，按标准ITU-R BT.656格式输出，经过D/A转成RGB信号输出至显示器。
二、器件选型
（一）TW2815是Techwell公司的一款高性能四通道PAL/NTSC制视频解码器。每个通道各有抗混叠模拟滤波器、10位模拟数字转换器，以及符合所有NTSC/PAL标准的高性能自适应4H数字梳状滤波器，能够输出ITU-R BT.656 4：2：2 YCbCr数字信号。
此外，TW2815提供四个集成的音频模拟数字转换器、一个数字模拟转换器、多信道音频混合模拟输出，并且支持标准的I2S接口以供录制输出和回放输入。并且具有独特的音频级联功能。
（二）TMS320DM648是TI公司针对多路视频处理最新推出的一款达芬奇系列DSP。DM648是本系统的核心，与DM642相比，性能有了很大的提高。DM648采用的C64x+内核工作周期性能提高了20%，代码密度提高了20-30%，每周期执行的16位MMAC翻了一番，EDMA带宽提高了三倍，而且代码与C64x内核完全兼容。DM648采用集成的视频与影像协处理器（VICP），基于指令的引擎VICP支持前端处理功能，且能与主DSP内核并行工作，实现包括VICP功能库与高效色彩空间转换、图形缩放与解隔行扫描等功能。
（三）MDIN180能够将输入的标清电视信号去隔行扫描后，经格式转换后输出1024x768@60Hz或1280x1024@60Hz的数字RGB信号，再经ADV7125转换成模拟RGB信号输出至监视器。
实现框图，同时还能实现移动侦测、视频遮挡检测、视频丢失检测能辅助功能。
三、音频处理单元此单元完成一下主要功能
（1）本地监听：通过配置TW2815寄存器，能够任意选择8路音频中的一路监听。
（2）远程实时监听：DSP通过I2S总线采集数字音频，并编码后 通过以太网传输，远端PC实现监听或者存储功能。
（3）本地音频回放：网络存储设备中的录音经以太网输出到本地系统后，经DSP解码后，通过I2S总线输出给DAC。
（4）双向语音对讲：本地系统通过以太网与远端PC实现双向语音对讲，这样在监控室的人员可以方便地与现场人员直接联系，协同工作。
实现框图如图2，因为DM648只有一个McASP，所以音频录音、音频回放、对讲输入和对讲输出都要工作在相同的时钟和帧同步信号下。8路音频同时录音采用时分复用的工作方式。
以太网传输单元在一些机场、港口、大型商场等，往往需要成百上千个摄像机组成一个监控系统，这就给网络传输提出了挑战。而本设计采用VITESSE半导体公司的高集成度单口千兆以太网PHYVSC8211。此芯片由3.3V和1.2V电源供电，具有超低功耗，并且满足10/100/1000M以太网自适应。
如图3，DSP通过SMI（Serial Management Interface）总线对PHY的寄存器进行配置和状态读取，串行千兆媒体独立接口（SGMII）完成数据交换。
图 3
软件设计DSP/BIOS是TI公司提供的基于DSP平台的实时操作系统内核。主要包含三方面的内容：多线程内核、实时分析工具、外设配置库。
DSP/BIOS能够明显地缩短开发周期，是多任务实时系统的理想选择。
四、结论
本方案能够同时支持8路CIF格式的远程监听监视，1路CIF/D1格式自适应的音视频回放和双向语音对讲功能。系统集成度较高，减少了整板的BOM清单。同时，由于软件设计的灵活性，能够满足不断发展变化的市场需求，所有具有很高的实用价值。
参考文献：
[1]《数字信号处理系统的应用和设计》，胡剑凌、徐盛，上海交通大学出版社.
[2]《H.264和MPEG-4视频压缩新一代多媒体的视频编码技术 》，欧阳合、韩军译，国防科技大学出版社.
[3]Video Demystified 4th Edition ， Keith Jack， September 7， 2004.
[4]ISO/IEC 14496-10 and ITU-T Rec. H.264， Advanced Video Coding， 2003.
[5]TI针对视频监控应用推出两款达芬奇DSP，电子工程专辑.
[6]H.264视频编码算法在Ti Dm642平台上的实现与优化，宋磊，上海交大.