基于DSP的視頻采集系統仿真設計

　　數字圖象處理技術在電子通信與信息處理領域得到了廣泛的應用，設計一種功能靈活、使用方便、便于嵌入到系統中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義。

　　在研究基于DSP的視頻監控系統時，考慮到高速實時處理及實用化兩方面的具體要求，需要開發一種具有高速、高集成度等特點的視頻圖象信號采集系統，為此系統采用專用視頻解碼芯片和復雜可編程邏輯器件（CPLD）構成前端圖象采集部分。設計上采用專用視頻解碼芯片，以CPLD器件作為控制單元和外圍接口，以FIFO為緩存結構，能夠有效地實現視頻信號的采集與讀取的高速并行，具有整體電路簡單、可靠性高、集成度高、接口方便等優點，無需更改硬件電路，就可以應用于各種視頻信號處理系統中。使得原來非常復雜的電路設計得到了極大的簡化，并且使原來純硬件的設計，變成軟件和硬件的混合設計，使整個系統的設計增加柔韌性。

　　1 系統硬件平臺結構

　　系統平臺硬件結構如圖1所示。整個系統分為兩部分，分別是圖象采集系統和基于DSP主系統。前者是一個基于SAA7110A/SAA7110視頻解碼芯片，由復雜可編程邏輯芯片CPLD實現精確采樣的高速視頻采集系統；后者是通用數字信號處理系統，它主要包括：64K WORD程序存儲器、64K WORD數據存儲器、DSP、時鐘產生電路、串行接口及相應的電平轉換電路等。

　　系統的工作流程是，首先由圖象采集系統按QCIF格式精確采集指定區域的視頻圖象數據，暫存于幀存儲器FIFO中；由DSP將暫存于FIFO中的數據讀入DSP的數據存儲器中，與原先的幾幀圖象數據一起進行基于H.263的視頻數據壓縮；然后由DSP將壓縮后的視頻數據平滑地從串行接口輸出，由普通MODEM或ADSL MODEM傳送到遠端的監控中心，監控中心的PC機收到數據后進行相應的解碼，并將還原后的視頻圖象進行顯示或進行基于WEB的廣播。

　　2 視頻信號采集系統

　　2.1 視頻信號采集系統的基本特性

　　一般的視頻信號采集系統一般由視頻信號經箝位放大、同步信號分離、亮度/色度信號分離和A/D變換等部分組成，采樣數據按照一定的時序和總線要求，輸出到數據總線上，從而完成視頻信號的解碼，圖中的存儲器作為幀采樣緩沖存儲器，可以適應不同總線、輸出格式和時序要求的總線接口。

　　視頻信號采集系統是高速數據采集系統的一個特例。過去的視頻信號采集系統采用小規模數字和模擬器件，來實現高速運算放大、同步信號分離、亮度/色度信號分離、高速A/D變換、鎖相環、時序邏輯控制等電路的功能。但由于系統的采樣頻率和工作時鐘高達數十兆赫茲，且器件集成度低，布線復雜，級間和器件間耦合干擾大，因此開發和調試都十分困難；另一方面，為達到精確采樣的目的，采樣時鐘需要和輸人的視頻信號構成同步關系，因而，利用分離出來的同步信號和系統采樣時鐘進行鎖相，產生精確同步的采樣時鐘，成為設計和調試過程中的另一個難點。同時，通過實現亮度、色度、對比度、視頻前級放大增益的可編程控制，達到視頻信號采集的智能化，又是以往系統難以完成的。關于這一點，在系統初期開發過程中已有深切體會［1］。

　　基于以上考慮，本系統采用了SAA7110A作為視頻監控系統的輸入前端視頻采樣處理器。

　　2.2 視頻圖象采集系統設計

　　SAA7110/SAA7110A是高集成度、功能完善的大規模視頻解碼集成電路［2］。它采用PLCC68封裝，內部集成了視頻信號采樣所需的2個8bit模/數轉換器，時鐘產生電路和亮度、對比度、飽和度控制等外圍電路，用它來替代原來的分立電路，極大地減小系統設計的工作量，并通過內置的大量功能電路和控制寄存器來實現功能的靈活配置。SAA7110/SAA7110A可應用的范圍包括桌面視頻、多媒體、數字電視機、圖象處理、可視電話、視頻圖象采集系統等領域。

　　SAA7110/SAA7110A的控制總線接口為I2C總線。SAA7110/SAA7110A作為I2C總線的從器件，根據SA管腳的電平，器件的讀寫地址可以分別設置為9CH/9DH（W/R，SA=0）或9DH／9FH（W/R，SA=1）。其內部共計47個寄存器，分別控制解碼器（00H～19H）和視頻接口（20H～34H）。通過I2C總線讀、寫片內的上述寄存器，可以完成輸入通道選擇、電平箝位和增益控制、亮度、色度和飽和度控制等功能。

　　但是，有一個問題必須解決，那就是DSP芯片沒有內置I2C總線接口，為此，本系統提出并采用了對DSP芯片的兩個可編程I/O引腳進行軟件仿真來實現I2C總線控制的方法。由于受C2000程序存儲空間最大僅有64KB的限制，為了減小I2C總線控制仿真軟件的規模，仿真軟件全部用匯編語言完成，因而給本系統的設計帶來了相當的難度和工作量。