基于DM365的視頻圖像處理系統

梁 楠

(安徽理工大學，安徽 淮南 232001)

從20 世紀末開始，通信行業和互聯網行業開始了飛快迅猛的發展，在短時間內迅速成為當前最熱門的產業之一。通信行業和互聯網行業這兩個高科領域相互碰撞，互相合作。于是產生了大量的高科學產品，這些產品讓人們的生活方式發生了巨大的改變。而伴隨著嵌入式技術的開發。基于嵌入式開發的視頻通信系統成為了市場的新寵兒。而在眾多的開發者和技術公司中，以DSP 開發技術文明世界的德州儀器公司脫穎而出。因為該公司推出與數字芯片相配套的軟件技術開發包。該開發包包括了對應硬件平臺的底層驅動，DVSDK（數字視頻開發包）以及對應API 等等。正是由于這套完整的軟件開發平臺的誕生，使得業內對視頻通信技術的開發進入的新的高度，這種平臺極大的縮短了產品的開發周期，而且極大的方便了開發人員的二次開發。伴隨著技術不斷跟新和市場的快速發展，達芬奇技術應用了在更多的行業和領域，例如：道路安全交通監控，銀行無人自動監控系統，智能門控系統[1]。

1 系統原理及總體設計

TMS320DM365 作為達芬奇公司推出一款視頻處理的芯片，有著其獨到的優點和特性。TMS320DM365 處理器高度集成的各種編解碼器的組件，包括最新的H.264，MPEG-4 編解碼器，能滿足智能集成圖像信號處理（ISP）的解決方案。由于其集成了ISP 和非常豐富的外設，可以使系統降低25%的成本。而且處理器可以根據不同的需求來制定同應用的高清視頻產品，除了普通標清的視頻外還包括實時1080P 的MPEG-4 的高清視頻。不僅如此還可實現多種視頻格式的編解碼[2]。

本文的硬件系統以TMS320DM365 芯片為主CPU，配上豐富的外圍設備。其中DM365 芯片內部集成了包括300MHz 的ARM926EJ-S內核以及2 組視頻圖像協處理器（HDVICP，MJCP）。而系統的其他外設有：存儲；DDR2：128MB；NAND FLASH：128MB；JTAG 仿真器接口；RS485 接口；USB2.0，支持USB 主從模式；10/100Mbps 以太網接口；SD卡模塊；1 路RS-232UART 串口；而在軟件方面，我們采用達芬奇的軟件技術平臺，在ARM 內核上進行了Linux 操作系統的內核移植，這樣使得系統具有很強的控制能力，并且具有實時高、通訊速率快、圖像清晰、系統性能穩定等特點。

系統的硬件框架圖如圖1 所示。

2 模塊設計

2.1 視頻輸入模塊

根據系統的設計圖來看。整個系統的采集模塊有2 個部分，一個是攝像頭，一個是A/D 轉碼芯片，用來將攝像頭采集來的模擬信號轉換為數字信號，以方便DM365 對數據進行處理。本文選用的A/D 轉碼芯片的信號為TVP5146，只是一款可以轉換PAL 和NTSC 制式的芯片。這兩種制式都是普通標清圖像。TVP5416 是可以將模擬信號視頻轉換為數字信號視頻。最多能支持10 個分量的視頻輸入[3]。其中包括多種混合輸入視頻信號（NTSC，PAL 和SECAM）和分量視頻信號。當然本系統也可采集高清圖像，并對其數據進行處理。如要達到這種要求的話，可以將TVP5416 換為TVP7002，這款芯片可以采集高清圖像，并且進行A/D 轉換。而在這里根據實際應用而言，標清圖像就異能夠達到要求。故采用TVP5416 芯片。DM365 的內部包含了視頻子處理模塊VPFE。將一般傳統模式下視頻采集所需的部件都集成在內。不僅大大降低了功耗，而且提高了工作效率。

圖1 系統框圖

2.2 視頻處理模塊

視頻的處理主要是在DM365 內部進行，通過TVP5416 芯片進行A/D 轉換，模擬信號被轉換為數字信號后。DM365 內部通過調用相關的編碼器，對視頻信號進行編碼，DM365 內部的視頻編解碼器支持多種編解碼標準。如H.264，MPEG-4 等等。通過達芬奇公司提供的軟件技術支持，我們可以直接通過調用DMAI 內部的編碼引擎直接對其進行編碼壓縮。加快了開發者而從開發的速度。提高產品性能。DM365的內部架構包含了一個ARM9 內核，一個圖形處理子系統（VPSS）和多個高清編碼協處理器[4]。支持多種格式的編解碼器，具有極高的靈活性。DM365 不僅可以同時輸出多種制式的碼流，還可自行調節編碼的速率，以配合網絡傳輸的要求。DM365 的內部結構圖如圖2 所示。

2.3 視頻傳輸與存儲模塊

本系統采用的是10/100Mbps 以太網接口，芯片為DM9000 為傳輸模塊。可采用TCP 或UDP 等網絡傳輸協議。DM365 外圍接DDR2 SDRAM 和NAND Flash 作為片外存儲模塊。SDRAM 為程序運行提供空間，相當于電腦內存。而NAND Flash 則作為系統的數據存儲空間，用于存儲操作系統，應用軟件和用戶數據。相對于Nor Flash 而言，NAND Flash 存儲容量更大，價格也更便宜。故本系統選用NAND Flash 作為存儲模塊。

圖2 DM365 的內部結構圖

3 系統的軟件部分

因為DM365 的內部集成了一個ARM9 的內核。所以我們可以對系統進行Linux 操作系統的移植。使這個系統變為一個嵌入式視頻通信系統。這樣不僅增強了系統的可控性，還增加了系統的可靠性。下面簡要介紹下達芬奇的軟件技術。

德州儀器公司開發出來的達芬奇系列芯片，除卻其芯片本身的高性能以外，更為開發者贊不絕口的就是它的軟件技術支持了。它提供了一系列的軟件開發工具和最為著名的開發套件DVSDK（數字視頻軟件開發套件）該套件內包含了視頻通信系統開發所需要的所有軟件，如圖像的處理，編碼壓縮等等[5]。開發者只需要進行API 的函數調用就能直接完成對采集來的視頻圖像進行處理。大大縮短了二次開發的時間，節約開發資源。軟件開發的流程有以下幾步：

建立交叉編譯環境。在虛擬機中安裝一版Linux 操作系統如紅帽系統，并準備以下軟件包

dvsdk_setuplinux_#_#_#_#.bin（數字視頻開發套件）

mvl_4_0_1_demo_lsp_setuplinux_#_#_#_#.bin（交叉編譯工具）

xdc_setuplinux_#_#_#_#.bin

bios_setuplinux_#_#_#_#.bin

TI-C6x-CGT-v#.#.#.#.bin

data.tar.gz

SoCAnalyzer_#.#.#.#.exe

使用“./”命令運行上面的二進制文件。就可以得到交叉編譯工具的壓縮包以及自動安裝好DVSDK 包到/opt 目錄下。對交叉工具進行解壓安裝后設置路徑

在/root 下，以root 身份打開.bashrc，設置以下路徑：

PATH="/opt/mv_pro_4.0.1/montavista/pro/devkit/arm/v5t_le/bin：/opt/mv_pro_4.0.1 montavista/pro/bin：/opt/mv_pro_4.0.1/montavista/common/bin：$PATH"

設置好路徑后，重新啟動LINUX，開發環境安裝完成。

（2）編譯內核和u-boot

正確建立系統平臺后，在/root 下建立kernel 目錄，將uboot.tar.gz和kernel.tar.gz 解壓在該目錄。進入uboot 目錄，鍵入make 后執行即可以編譯成功。進入ti-davinci 目錄，如果不修改config 文件，則可以直接sh build.sh 即可以編譯，編譯好的文件在arch/arm/boot 下，uImage文件。如果修改了config 文件，則執行host＄make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm_v5t_le-checksetconfig。

編譯好內核和u-boot 后就可以進行燒寫。先使用CCS 在板子上進行u-boot 的燒寫。待u-boot 燒寫完成好，用TFTP 工具進行內核的燒寫，具體的燒寫過程不再介紹。

至此，整個系統的軟件平臺已經完全搭建好了。

應用的程序的開發可以直接依賴DVSDK 包中DMAI 模塊，它里面包含了視頻采集模塊的程序調用，各種編碼標準的編碼算法調用等等。十分方便。我們只需要簡單的對DMAI 模塊里的程序進行小小的修改就能得到自己需要的實際應用程序。再這里就不進行介紹了。

4 結束語

本系統采用了以DM365 為主CPU 的視頻處理系統。構建了系統的硬件框圖，并簡要的介紹了視頻采集，處理，傳輸三大模塊。介紹了達芬奇技術的軟件開發。給出了構建開發環境的步驟。如交叉編譯環境的建立，內核的燒寫等等。

［1］張琦.蘇宛新基于達芬奇技術的數字視頻系統設計與實現[J].微計算機信息，2008（23）.

［2］劉富強.數字視頻圖像處理與通信[M].北京：機械工業出版社，2010.

［3］Texas Instruments Incorporated.TMS320DM365 digital media system—on—chip[EB/OL].2009.

［4］Texas Instruments Incorporated.TMS320DM365 digital media system—on—chip video processing front end (VPFE) reference Guide[EB/OL].2009.

［5］TMS320DM365：基于達芬奇技術的新型數字媒體處理器[J].世界電子元器件，2009（4）.