基于DM642的網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：為滿足現(xiàn)代實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用的需求，提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于TI公司多媒體DSP芯片TMS320DM642的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)，給出了網(wǎng)絡(luò)視頻節(jié)點(diǎn)的硬件及軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。結(jié)果證明，該系統(tǒng)能對(duì)視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮編碼，并在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間傳輸，且傳輸速率穩(wěn)定，圖像質(zhì)量可調(diào)，能滿足現(xiàn)代各種實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的要求。
關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)視頻；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；DM642；圖像壓縮；動(dòng)態(tài)JPEG

網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)是隨著視頻圖像、語(yǔ)音等多媒體信息數(shù)字處理技術(shù)與數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的。網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)將傳統(tǒng)攝像機(jī)和PC的功能整合到了一起，不僅將能模擬視頻信號(hào)數(shù)字化并壓縮，還帶有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，在網(wǎng)絡(luò)上擁有一個(gè)IP地址。視頻經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，并可在裝有視頻管理軟件的標(biāo)準(zhǔn)PC上顯示和存儲(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)可選擇高分辨率攝像機(jī)(數(shù)百萬(wàn)像素)，具有穩(wěn)定的圖像質(zhì)量和傳輸速率，現(xiàn)在已在各種嵌入式視頻會(huì)議系統(tǒng)，可視電話及各種分布式實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。文中實(shí)現(xiàn)了一種基于TI公司推出的一款針對(duì)多媒體處理領(lǐng)域應(yīng)用的DSP，TMS320DM642的網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1 網(wǎng)絡(luò)視頻節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)視頻節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，由CCD攝像頭輸入的視頻信號(hào)首先通過視頻編碼器SAA7115H進(jìn)行數(shù)字化處理，所得數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng)過視頻端口(VP0)的內(nèi)部FIFO緩沖后，由DM642通過EDMA將數(shù)據(jù)傳送到片外SDRAM中，以便供視頻應(yīng)用程序使用。視頻應(yīng)用程序?qū)D像進(jìn)行相應(yīng)處理(如增強(qiáng)、編碼)之后由以太網(wǎng)控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)。

系統(tǒng)核心TMS320DM642是個(gè)強(qiáng)大的多媒體處理器，也是構(gòu)成多媒體通信系統(tǒng)的良好平臺(tái)。為了滿足視頻和圖像處理的需要，它采用了Velo ciTI體系結(jié)構(gòu)，主頻600 MHz，8個(gè)并行運(yùn)算單元，處理能力達(dá)4 800 MIPS，L1PCache和L1DCache分別為16 kB，工作在CPU全速訪問狀態(tài)，二級(jí)緩存256 kB。DM642采用高級(jí)超長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)和硬件流水機(jī)制，使其在一個(gè)指令周期能夠并行處理多條指令，從而加速了處理速度。這使得構(gòu)建小型實(shí)時(shí)化的視頻實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)成為可能。DM642外設(shè)中有3個(gè)可配置的視頻接口，可以和視頻輸入、輸出或傳輸流無(wú)縫連接；同時(shí)還帶有10／100 Mbs自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，提供DSP核與網(wǎng)絡(luò)之間的高效連接；豐富的外圍接口使其近乎是一個(gè)多媒體嵌入式系統(tǒng)的單芯片硬件平臺(tái)。DM642的完全可編程性，又可以使其能夠兼容正在發(fā)展的各種多媒體信號(hào)處理標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成通用的軟件平臺(tái)，因此得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

2 網(wǎng)絡(luò)視頻節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)
2．1 整體流程
TI公司的DSP開發(fā)軟件包括集成開發(fā)環(huán)境(CCS)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(DSP／BIOS)、第三方算法庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)(eXpressDSP)。本系統(tǒng)中調(diào)用TI提供的JPEG算法庫(kù)。

如圖2所示，整體流程可分為3個(gè)模塊：圖像的輸入任務(wù)、處理任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸任務(wù)。輸入任務(wù)獲得獲取攝像頭捕獲的模擬視頻信號(hào)，并經(jīng)過兩次采樣后，將得到的數(shù)字圖像幀數(shù)據(jù)通過同步通訊(Synchronized COMmunication，SCOM)由輸入任務(wù)進(jìn)入到處理模塊。處理模塊完成圖像幀的壓縮編碼。編碼結(jié)束以后，會(huì)產(chǎn)生JPEG格式的圖像文件。該壓縮圖像由SCOM傳遞到最后一個(gè)模塊一網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。網(wǎng)絡(luò)任務(wù)生成一個(gè)該JPEG圖像的HTML文件，傳輸?shù)浇K端計(jì)算機(jī)后，可在計(jì)算機(jī)的網(wǎng)頁(yè)瀏覽器上觀看到圖像。圖像幀在幾個(gè)任務(wù)模塊之間的傳遞都是通過指針實(shí)現(xiàn)的。