李劍峰，張江鑫

(浙江工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，浙江杭州310023)

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和長(zhǎng)途客運(yùn)的快速增長(zhǎng)，道路交通事故呈上升趨勢(shì)，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。因此，數(shù)字視頻錄像機(jī)(Digital Video Recorder，DVR)在安防監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，目前DVR已廣泛應(yīng)用到金融、文博、酒店、交通、商業(yè)、醫(yī)院、工廠、學(xué)校、住宅小區(qū)物業(yè)管理等各個(gè)領(lǐng)域。從目前趨勢(shì)看，多媒體監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)展［1］。車(chē)載DVR是DVR在具體應(yīng)用領(lǐng)域的一種具體應(yīng)用機(jī)型，具有先進(jìn)的功能和極高的性價(jià)比，成為廣大安防工程商、車(chē)媒廣告公司及車(chē)輛運(yùn)輸公司新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，擁有巨大的市場(chǎng)容量和廣闊的市場(chǎng)前景［2］。本文介紹了一套基于主芯片8180的車(chē)載DVR設(shè)備的硬件架構(gòu)的設(shè)計(jì)，先給出了系統(tǒng)框架，然后給出了硬件總體框架，最后給出了主要模塊，如視音頻采集模塊的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)框架

DVR系統(tǒng)一般分為4個(gè)部分:視音頻采集模塊，視音頻處理模塊(主控模塊)，視音頻存儲(chǔ)模塊，通信模塊。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架

視音頻采集模塊主要完成對(duì)音視頻的采集及初步處理，以及運(yùn)動(dòng)檢測(cè);視音頻處理模塊主要完成整個(gè)系統(tǒng)的控制以及視音頻數(shù)據(jù)的壓縮編碼;存儲(chǔ)模塊主要包括大容量硬盤(pán)和SD卡，主要負(fù)責(zé)對(duì)處理后的視音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，備份，以便后期查詢;通信模塊主要完成外部設(shè)備與系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制終端與主控模塊之間的信息交換。

2 硬件總體架構(gòu)及視音頻采集模塊的設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體架構(gòu)

目前市場(chǎng)上比較典型的嵌入式視頻監(jiān)控方案主要有3種:一是DSP處理器+視頻采集芯片;二是DSP處理器+嵌入式處理器+視頻采集芯片;三是嵌入式處理器+視頻采集芯片+視頻壓縮芯片。前兩種方案雖然能得到更加清晰的圖像質(zhì)量，但是開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、開(kāi)發(fā)難度大、開(kāi)發(fā)成本高;第三種方案雖然圖像質(zhì)量相對(duì)來(lái)說(shuō)較差，但是開(kāi)發(fā)周期短、難度小、成本低。所以本套設(shè)計(jì)選用第三種方案。

本套車(chē)載DVR系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)希望有比較高的性價(jià)比，所以在選擇CPU的時(shí)候，不僅要確保CPU的功能可以達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，最好能預(yù)留一定的擴(kuò)展空間，還需要充分考慮CPU的成本，因此，選擇智源公司生產(chǎn)的ARM9芯片GM8180作為視頻處理的主芯片。同時(shí)，選擇ARM處理器移植操作系統(tǒng)，使之能處理較復(fù)雜的任務(wù)。

GM8180是一款高集成度并同時(shí)帶硬編碼和硬解碼的真正的SOC，支持H.264，MPEG4以及JPEG的編碼和解碼，CPU為ARM內(nèi)核，并且核心頻率高達(dá)333/500MHz.GM8180還集成了DDR控制器、Flash/S靜態(tài)存儲(chǔ)控制器，以及支持2路8位ITU—R BT.656視頻采集控制器、USBOTG、MMC/SDC、IDE、I2C、SPI、I2S、AC97 等［3］。

GM8180支持雙芯片主/從架構(gòu)，同時(shí)具備雙重PCI主/從模式的設(shè)計(jì)，也大幅減少多通道DVR應(yīng)用的系統(tǒng)復(fù)雜度，單芯片能夠?qū)崿F(xiàn)H.264D175fps的編解碼，非常適用于4路、8路H.264DVR，兩顆級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)應(yīng)用于16路H.264DVR產(chǎn)品中，在市場(chǎng)上非常有競(jìng)爭(zhēng)力。

硬件框架如圖2所示，本系統(tǒng)通過(guò)視音頻采集芯片TW2835接收4路攝像頭的視音頻信息，將4路視音頻輸入合成一路視音頻輸出后，送給主芯片GM8180的2路視頻采集通道中的一路，GM8180通過(guò)自帶的H.264壓縮編碼將BT.656格式的視音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為H.264格式視音頻數(shù)據(jù)，無(wú)須外接另外的編碼芯片。PCI總線將經(jīng)過(guò)GM8180編碼過(guò)的視音頻數(shù)據(jù)送進(jìn)硬盤(pán)中，3G模塊也會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸給控制中心。同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)還集成了DDR，F(xiàn)LASH，RTC，JTAG等模塊，

圖2 硬件總體架構(gòu)

2.2 視音頻采集模塊設(shè)計(jì)

GM8180片上集成的視頻采集模塊可以提供2路8位采集通道。輸出ITU—R BT.656的CMOS視頻采集模塊，可以直接與GM8180相連接;輸出CVBS或者S—Video模擬信號(hào)的采集模塊，則需要外接視頻解碼芯片［4］。目前市面上視音頻采集芯片主要包括Philips公司的SAA711X系列、臺(tái)灣EMPIA公司的EM2820、TECHWELL公司的TW2835等，考慮到TW2835視音頻采集芯片在滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的前提下，能達(dá)到最高的性價(jià)比，所以本系統(tǒng)中采用TW2835實(shí)現(xiàn)視音頻的采集。

TW2835包括4個(gè)高質(zhì)量的NISC/PAL視頻解碼器、4個(gè)音頻模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、1個(gè)音頻復(fù)用器、雙色顯示控制器、雙視頻解碼器以及一個(gè)先進(jìn)的OSD［5］。

如圖3、4所示，TW2835接收到從攝像頭捕捉的模擬視頻信息，經(jīng)過(guò)ITU—RBT.656視頻編碼器將4路CIF格式視頻編碼成一路 BT.656 D1的數(shù)字視頻，由接口 VDOY［0－7］和 MPP1［0－7］送進(jìn)GM8180的2個(gè)視頻采集通道，其中V_DI［0－7］采集通道接收的是格式為D1的數(shù)字視頻，時(shí)鐘由接口CLKVDOY控制，V2_DI［0－7］采集通道接收的縮放為CIF大小的D1數(shù)據(jù)加上3路CIF數(shù)據(jù)構(gòu)成，時(shí)鐘由接口CLKMPP控制。

系統(tǒng)還支持視頻回放功能，對(duì)存儲(chǔ)編碼的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行回放時(shí)必須先將其轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)。當(dāng)需要對(duì)視頻進(jìn)行回放時(shí)，TW2835的PBCLK接口送給GM8180的時(shí)鐘引腳V_CLK0，GM8180從硬盤(pán)中讀出要回放的數(shù)據(jù)，通過(guò)管腳V_DO［0－7］送給TW2835，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，輸出給顯示屏進(jìn)行觀看。

GM8180提供多種音頻輸入接口，包括1個(gè)AC97和2個(gè)I2S接口。本系統(tǒng)的音頻處理也是在TW2835中完成的，圖4中，TW2835的視頻和音頻是分開(kāi)完成的。TW2835的4個(gè)音頻采集接口AIN［0－3］接收模擬音頻信息，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，濾波器過(guò)濾，一邊經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，送給AOUT接口，和視頻信號(hào)一起通過(guò)顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示;另一邊直接將數(shù)字音頻數(shù)據(jù)通過(guò)接口ADATR送給GM8180的音頻輸入接口I2S_RXD，I2S_BCLK用來(lái)提供系統(tǒng)的音頻時(shí)鐘。

圖3 GM8180和TW2835的部分接口

圖4 GM8180和TW2835的部分接口

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)4路攝像頭對(duì)同一個(gè)物體不同角度的拍攝，4路車(chē)載DVR圖像的效果如圖5所示，圖像顯示清晰，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，系統(tǒng)工作正常，能正確的顯示監(jiān)控場(chǎng)景的視頻圖像，并取得了較好的效果。

圖5 效果圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于GM8180的車(chē)載數(shù)字視頻錄像機(jī)，通過(guò)視頻采集模塊對(duì)4路視頻的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了視頻的實(shí)時(shí)顯示功能，同時(shí)通過(guò)主芯片GM8180的2路視頻采集通道對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，以便以后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次使用，提高了實(shí)用性。

［1］ 孫玉智.基于MG3500的車(chē)載DVR系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)［D］.青島:中國(guó)海洋大學(xué)，2009.

［2］ 肖乃文.車(chē)載式數(shù)字硬盤(pán)錄像系統(tǒng)解決方案［J］.中國(guó)交通信息產(chǎn)業(yè)，2003，(9):84－85.

［3］ Faraday.GM8180 Data Sheet［R］.Xinzhu:Grain Media，2009:59 －60.

［4］ 吳昕，李詠梅.基于GM8180的嵌入式視頻服務(wù)器設(shè)計(jì)［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010，(2):44－46.

［5］ 付英華，傅爾勝.DVR音視頻壓縮卡及其Linux驅(qū)動(dòng)［J］.陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，lO(2):25－27.