基于DSP视频采集与回放系统的设.docx

1、基于 DSP 视频采集与回放系统的设计 摘要 P1 一、 实验目的 P2 二、 实验设备 P3-P5 1 TS-DM64X (1) 主要特点 (2) TS-DM64X 多通道音频处理平台 2 TMS320C6xxx （ 1） 通用 DSP 开发系统 （ 2） 软件平台包括 3 文案设计 P5 1、 视频信号采集系统特性 2、 图像采集系统设计 3、 系统仿真 三、 实验原理 P8 四、 实验步骤 P9 1 实验准备 2 设置 CCS 在硬件仿真（ Emullator）方式下运行 3 启动 CCS 4 监理工程，源文件和 DSP/BIOS 配置文件 5 编译程序，下载程序代码 6 观察采集图像

2、五、 实验结果 P14 一、 摘要 数字信号处理 (Digital Signal Processing，简称 DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。 20世纪 60 年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。 数字信号处理是将信号以数字的方式 表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。 数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测

3、量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过模数转换器实现的。 数字信号处理的算法需要利用计算机或专用设备如数字信号处理器（ DSP）和专用集成电路（ ASIC）等。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟 信号处理技术与设备所无法比拟的。数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。而数字信号处理的

4、实现则是理论和应用之间的桥梁。 本设计做作的是一个基于 DSP 的视频采集系统。 考虑到高速实时处理及实用化两方面的具体要求，需要开发一种具有高速、高集成度等特点的视频图象信号采集系统，为此系统采用专用视频解码芯片和复杂可编程逻辑器件 (CPLD)构成前端图象采集部分。以 CPLD 器件 作为控制单元和外围接口，以 FIFO 为缓存结构，能够有效地实现视频信号的采集与读取的高速并行，具有整体电路简单、可靠性高、集成度高、接口方便等优点 （下面开始写你在本设计中做作的工作，如设计了什么硬件，软件等。） 一、 实验目的 1、 学习视频图像采集原理 2、 学习 DSP/BIOS 任务 管理 3、 学

5、习给予 DSP/BIOS 的视频驱动 二、 实验设备 1、 PC兼容机一台：操作系统为 Windows9x 或 Windows2000 或 WindowsXP或 WindowsNT，如果操作系统是 NT的应安装相应的补丁程序（如：Windows2000 为 Service Pack， WindowsaXP 为 Service Pack1）。 2、 TS-DM64X 试验箱一台。 3 、 TS-DM64x TS-DM64x 实验箱由以下几个部分组成： TDS510 USB 仿真器 TS-DM64x 嵌入式多通道音视频处理平台 摄像头和显示屏 实验箱底板 12V 开关电源 话柄部分 键盘 实验箱箱

6、体（包括各种连接线） 其中， TDS510USB 仿真器用来实现硬仿真方式（即 Emulator 方式）下 CCS 和仿真 板间的信息交换； TS-DM64x 嵌入式多通道音视频处理平台是实验箱的核心部分，所有 的实验都是基于这个嵌入式多通道音视频处理平台完成的， TS-DM64x嵌入式多通道音 视频处理平台以 TMS320DM642 为 CPU，外扩了音频输入输出、视频输入输出、网络等 接口；摄像头和显视屏部分用作视频图像的输入输出；实验箱底板用来实现各种连线和 键盘功能，键盘用来实现电话号码的输入和界面控制等相关操作；实 验箱由 12V 的开关 电源供电，开关电源位于底板的下面，通过一个电

7、源接头和嵌入式多通道音视频处理平 台相连；话柄部分由话筒和 HOOK 组成，完成和语音相关的实验。 TS-DM64x 嵌入式多通道音视频处理平台特点 主处理器： TMS320DM642 600Mhz 单片机 ： MSP430 以太网络接口： RJ45 1， 10/100M Base-T 复合视频输出接口： RCA（黄色） 1 VGA 视频输出接口： VGA 插座 1 多路复合视频输入接口： RCA 4+BNC 1 键盘接口： 102 2.54mm 间距直插弯针 语音线性输入、输出接口： 黑色语音插座（上下层） 1 UART 232、 UART485 接口： 双联 RJ11 座 红外接口： 红外

8、接收器 1 直流电源接口： 12V DC 1 DSP JTAG： 8X2 2.0mm 间距表贴插座 MSP430 JTAG： 72 2.54 mm 间距直插弯针 嵌入式多通道音视频处理平台尺寸： 150mm 90mm。 开发 TMS320C6xxx 应用系统一般需要以下几个调试工具来完成： （ 1） 、 软件集成开发环境（ CCS）：完成系统的软件开发，进行软件和硬件的仿真调试，它是硬件调试的辅助工具。 （ 2） 、 仿真器（如 Wintech TDS510USB2.0 或 TDS560USB）：实现硬件仿真调试时与硬件系统的通信、控制和读取硬件系统的状态和数据。 （ 3） 、 评估模块（如实

9、验箱中的 TS-DM64x 嵌入式多通道音视频处理平台）：提供软件运行和调试的平台和用户系统设计开发的参照。 CCS 主要完成系统的软件开发和调试，它提供一整套的程序编制、维护、编译的调试环境，能将汇编语言和 C 语言程序编译连接生产 COFF（公共目标文件）格式的可执行文件 ， 并能将程序下载到目标 DSP 系统上运行调试。 CCS 通过工程来管理文件，一般包括以下几种文件： - 源程序文件： C 语言或汇编语言文件（ *.c 或 *.asm） - 头文件（ *.h） - 命令文件（ *.cmd） - 库文件（ *.lib,*.obj） 4、方案设计： 2.2方案设计 整个系统分为两部分，分

10、别是图象采集系统和基于 DSP 主系统 。 前者是一个基于 SAA7110A/SAA7110 视频解码芯片，由复杂可编程逻辑芯片 CPLD 实现精确采样的高速视频采集系统；后者是通用数字信号处理系统，它主要包括： 64K WORD程序存储器、 64K WORD 数据存储器、 DSP、时钟产生电路、串行接口及相应的电平转换电路等 。 系统的工作流程是，首先由图象采集系统按 QCIF 格式精确采集指定区域的视频图象数据，暂存于帧存储器 FIFO 中；由 DSP 将暂存于 FIFO 中的数据读入DSP 的数据存储器中，与原先的几帧图象数据一起进行基于 H.263 的视频数据压缩；然后由 DSP 将压

11、缩后的视频数据平滑地从串行接口输出，由普通 MODEM 或ADSL MODEM 传送到远端的监控中心，监控中心的 PC机收到数据后进行相应的解码，并将还原后的视频图象进行显示或进行基于 WEB 的广播 。 2.2.1 视频信号采集系统特性 视频信号采集系统是高速数据采集系统的一个特例 。 过去的视频信号采集系统采用小规模数字和模拟器件，来实现高速运算放大、同步信号分离、亮度 /色度信号分离、高速 A/D 变换、锁相环、时序逻辑控制等电路的功能 。 但由于系统的采样频率和工作时钟高达数十兆赫兹，且器件集成度低，布线复杂，级间和器件间耦合干扰大，因此开发和调试都十分困难；另一方面，为达到精确采样的

12、目的，采样时钟需要和输人的视频信号构成同步关系，因而，利用分离出来的同步信号和系统采样时钟进行锁相，产生精确同步的采样时钟，成为设计和调试过程中的另一个难点 。 同时，通过实现亮度、色度、对比度、视频前级放大增益的可编程控制，达到视频信号采集的智能化，又是以往系 统难以完成的 。 关于这一点，在系统初期开发过程中已有深切体会 1。 基于以上考虑，本系统采用了SAA7110A 作为视频监控系统的输入前端视频采样处理器 。 2.2.2 图象采集系统设计 SAA7110/SAA7110A 是高集成度、功能完善的大规模视频解码集成电路 2。它采用 PLCC68 封装，内部集成了视频信号采样所需的 2

13、个 8bit 模 /数转换器，时钟产生电路和亮度、对比度、饱和度控制等外围电路，用它来替代原 来的分立电路，极大地减小系统设计的工作量，并通过内置的大量功能电路和控制寄存器来实现功能的灵活配置 。 SAA7110/SAA7110A 可应用的范围包括桌面视频、多媒体、数字电视机、图象处理、可视电话、视频图象采集系统等领域 。 SAA7110/SAA7110A 的控制总线接口为 I2C 总线 。 SAA7110/SAA7110A 作为 I2C总线的从器件，根据 SA 管脚的电平，器件的读写地址可以分别设置为9CH/9DH(W/R， SA=0)或 9DH 9FH(W/R， SA=1)。 其内部共计

14、47个寄存器，分别控制解码器 (00H 19H)和视频接口 (20H 34H)。 通过 I2C 总线读、写片内的上述寄存器，可以完成输入通道选择、电平箝位和增益控制、亮度、色度和饱和度控制等功能 。 但是，有一个问题必须解决，那就是 DSP 芯片没有内置 I2C 总线接口，为此，本系统提出并采用了对 DSP 芯片的两个可编程 I/O 引脚进行软件仿真来实现 I2C总线控制的方法 。 由于受 C2000 程序存储空间最大仅有 64KB 的限制，为了减小I2C 总线控制仿真软件的规模，仿真软件全部用汇编语言完成，因而给本系统的设计带来了相当的难度和工作量 。 2.2.3 系统仿真 在实时系统的设计

15、中，同步与精确采样是两个至关重要的问题，它们直接关系到系统设计的成败 。 由于 SAA7110A 输出的两个时钟信号 LCC 和 LCC2 与采样时钟和数据输出时钟同步，因而可以作为采样数据接口控制子系统中数据存储控制的时钟和完成各种功能的同步时钟，系统不需要再生成或采用另外的时钟信号，从而避免了外部时钟、采样时钟和视频信号相互间的同步和锁相问题，既保证了整个系统的同步，又极大地降低了系统设计的复杂度 。 由 SAA7110A 输出的行有效信号 HREF、行同步信号 HS、场同步信号 VS、奇偶场信号 ODD，以及系统采样时钟 LCC 和二分之一分频时钟 LCC2 等经过处理，可以获得当前采样

16、位置信息，并与产生帧存储器地址、片选和写控制信号一起实现采样的时间、空间位置和精度的要求 。 根据 DSP 芯片的读时序 (如图 2所示 )、写时序、 SAA7110A 芯片 HREF 信号时序、 Vertical 信号时序 (如图 3所示 )和 Horizontal 信号时序的要求，按照采集QCIF(176144) 格式图象的需要，设计了 CPLD精确采样的时序逻辑 (如图 4所示 )。 三、实验原理 ： 音频采集播放芯片 TLV320AIC23 通过多通道音频串口和 DM642 相连，完成音频信号的采集和播放。音频数据的采集使用了基于 DSP/BIOS 的驱动模型，通过配置后，可以实现音频

17、数据的采集。采集后的音频数据存储在音频数据文件“audio.pcm” 中，可以通过音频播放软件（例如 coolEdit2000）来回放采集的音频数据。本实验将实时采集的音频数据通过回放通道进行播放，实现了音频的采集与回放 。 五、 实验步骤 1、 实验准备 连接实验设备： .连接硬件仿真器；用音频线连接底板的扬声器与嵌入式多通道音视频处理平台的音频输入；用音频线连接底板的 MIC 输出和 EVM 的 MIC 输入（ J14，注意黑线接在 J14 的右端）；将电话话柄接入底板的电话话柄 J4； .连接电源； 接通 220V 电源开关。 2、 设置 CCS 在硬件仿真（ Emulator）方式下运

18、行双击桌面上 Setup CCStudio 图标，运行 CCS Setup。根据屏幕上的提示信息，定义用户的调试器。 设置 CCS，就是建立 CCS 与用户的目标板或软仿真器之间的通信。在运行 Setup 程序之前必须先安装 CCS 软件。 1） 设置 CCS工作在软件仿真环境 ， CCS可以工作在纯软件仿真环境中（ Simulator环境），就是由软件在 PC 机内存中构造一个虚拟的 DSP环境，可以调试、运行程序。但一般软件无法构造 DSP 中的外 设，所以软件仿真通常用于调试纯软件的算法和进行效率分析等。 在使用软件仿真方式工作时，无需连接板卡和仿真器等硬件。 （ 1） 单击桌面上 图标：进入 CCS设置窗口 (2) 在出现的窗口中按标号顺序进行如下设置： (3)、 选择 “是 ”保存配置，退出 CCS setup，进入 CCS。 此时 CCS已经被设置成 Simulator方式，如果一直使用这一方式就不需要重新进行以上设置操作了。 2）、 设置 CCS通过 TDS510 USB 仿真器连接 TS-DM64x嵌入式多通道音视频处理平台硬件环境进行软件调试（ Emulator）和开发。 (1) 单击桌面上 图标：进入 CCS设置窗口 （ 2） 在出现的窗口中按标号顺序进行如下设置：选择仿真器配置