基于DSP+FPGA多視頻通道的切換控制

圖3 軟件控制流程

　2．1 FPGA模塊功舵買現(xiàn)

　　FPGA控制部分用于對視頻信號進(jìn)行預(yù)處理并且等待DSP發(fā)送切換命令。其基本思路為：當(dāng)某一路視頻信號經(jīng)過AD9203之后，輸出的視頻量化信號被送進(jìn)FPGA做預(yù)處理，然后被送入DSP進(jìn)行算法處理，同時(shí)FPGA等待DSP根據(jù)場信號發(fā)送的視頻通道切換命令。

　　在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，DSP對圖像的搜索是以行信號的上升沿(或者下降沿)為觸發(fā)的，因此需要行信號有一個(gè)穩(wěn)定的上升沿(或者下降沿)。由于信號在分離傳輸?shù)倪^程中可能會產(chǎn)生抖動(dòng)，導(dǎo)致信號的上升沿(或者下降沿)不穩(wěn)定，從而影響DSP對視頻信號的判斷。若仍然以這個(gè)不穩(wěn)定的行信號(VIDEO_Hs)作為DSP搜索圖像的標(biāo)志，則其接收的圖像將會在相鄰兩行出現(xiàn)錯(cuò)位的現(xiàn)象，用肉眼看到的圖像漂移現(xiàn)象。圖4中(a)圖像是以VIDEO_Hs信號為標(biāo)志接收的圖像。這就需要FPGA對行(VIDEO_Hs)信號做去抖動(dòng)處理，但是FPGA接收到的信號只有EL4583分離出來的行信號，無法分辨信號上升沿(或者下降沿)的具體位置。因此FPGA根據(jù)需要產(chǎn)生1個(gè)行標(biāo)志信號(H_flag)，來取代不穩(wěn)定的行信號(VIDEO_Hs)，然后將行標(biāo)志信號(H_flag)和場信號(VIDEO_Vs)送給DSP，以便對視頻信號做出準(zhǔn)確判斷。圖4中(b)圖像是以H_flag信號為標(biāo)志接收的圖像。

圖4 以不同標(biāo)志接收圖像的比較

　　2．2 PPI口的設(shè)置

　　FPGA和DSP之間的數(shù)據(jù)通信是通過PPI口實(shí)現(xiàn)的。PPI(并行外部接口)是半雙工形式，具有雙向端口，最大可進(jìn)行16位數(shù)據(jù)的輸入輸出。 PPI有5個(gè)存儲器來控制其操作。其中PPI控制寄存器(PPI_CONTROL)設(shè)置了PPI口的操作模式、控制信號極性以及端口的帶寬。在本設(shè)計(jì)中，設(shè)置PPI_CONTROL為0x00EC，將PPI的工作模式設(shè)置為ITU_656模式，端口的寬度設(shè)置為8位，并且僅僅為接收數(shù)據(jù)的模式。由于每個(gè)在DMA總線上的PPI_CLK_initiated事件(即輸入或輸出操作)都處理16為實(shí)體，也就是說如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不是16位，則把數(shù)據(jù)的高位補(bǔ)0湊成16為數(shù)據(jù)。這種情況下，更有效的辦法是把數(shù)據(jù)打包，即把2個(gè)FPGA傳輸?shù)?位數(shù)據(jù)合成1個(gè)16位的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行傳輸，這樣有效地利用了資源，提高了傳輸效率。

　　2．3 DSP控制功能實(shí)現(xiàn)

　　DSP控制功能的實(shí)現(xiàn)過程，首先設(shè)置DSP的PF此腳，以便判斷PF引腳上的中斷信號。定義FPGA與DSP的中斷信號的通信是通過PF6和PF7傳送的，然后對DMA(直接存儲器訪問)進(jìn)行設(shè)置，在對視頻信號進(jìn)行處理時(shí)，分別處理奇偶場信號，也就是在某一時(shí)刻只處理信號的奇數(shù)場或者偶數(shù)場，以便提高信號的處理速度。這就需要把視頻信號的奇偶場分別存儲，在設(shè)置DMA時(shí)，將奇偶場信號數(shù)據(jù)存儲在不同的地址下面。

　　當(dāng)DSP通過PF引腳接收到FPGA發(fā)送的信號時(shí)開始實(shí)現(xiàn)其控制功能，具體控制切換的過程為：DSP在接收到PPI口傳輸?shù)牡谝粋€(gè)VIDEO_Vs信號時(shí)，通過場計(jì)數(shù)器(VsCount)開始對視頻信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后讀取VsCount的數(shù)值，當(dāng)VsCount的計(jì)數(shù)達(dá)到切換要求時(shí)，DSP將發(fā)送一個(gè)切換命令給FPGA，即在某一地址下面寫一個(gè)數(shù)值，讓FPGA通過DSP_A和DSP_D讀取命令完成視頻通道的切換。由于在視頻通道切換的前后，兩個(gè)通道的場信號可能會出現(xiàn)不同步的現(xiàn)象，所以在通道切換后的第2場開始搜索圖像，圖5分別是DSP從第1場和第2場開始接收圖像的結(jié)果。

圖5從不同場開始接收圖像的比較

　　3 系統(tǒng)測試結(jié)果

　　實(shí)驗(yàn)對24路視頻信號進(jìn)行切換，并且設(shè)定每一路視頻信號的切換時(shí)間為6場，也就是每經(jīng)過6場信號的時(shí)間就對視頻通道進(jìn)行一次切換。不同視頻通道之間切換時(shí)的穩(wěn)定時(shí)間也不會超過一場，也就是說，兩通道之間在切換之后在一場之內(nèi)就可以穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地實(shí)現(xiàn)多視頻通道之間的切換，可以在一套監(jiān)控設(shè)備上添加多個(gè)攝像頭對不同的場景進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，這樣不僅有效解決了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視目標(biāo)單一的缺點(diǎn)，而且提高了監(jiān)控效率，降低了監(jiān)控成本。

　　4 結(jié)束語

　　首先簡單介紹了整個(gè)系統(tǒng)硬件架構(gòu)和芯片的性能，描述了整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，然后著重闡述了DSP和FPGA對多視頻通道的控制與選通。FPGA整個(gè)設(shè)計(jì)程序是在QuartusⅡ平臺上用Verilog硬件描述語言編寫，DSP程序在VisualDSP++編譯成功，二者都經(jīng)過多次調(diào)試驗(yàn)證。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用于多場景監(jiān)控告警系統(tǒng)中，準(zhǔn)確、可靠地切換不同視頻通道。