模拟视频监控采集电路设计—电路图天天读（300）

　　该系统可以完成图像的采集、处理和显示，从而实现目标识别与跟踪的智能信号处理。该系统是对摄像机数字，模拟两路视频数据进行采集，处理后通过PCI总线在PC机上显示出来。

　　视频信号采集模块

　　摄像机提供两路视频信号：一路模拟视频，一路数字视频。

　　模拟视频信号经过钳位校正、放大后，将信号送入到A/D转换器，再经FPGA锁存后将视频信号发送给DSP1；经视频同步分离电路，由LM1881分离出模拟视频的行、场同步信号，用于控制视频数据采集到DSP1，以便进行图像处理。钳位校正、视频同步电路如图1所示。模拟视频经运放输入，将中心电平调到3.3V，加到 A/D输入端。A/D转换后的数据进入FPGA锁存。运放均采用ADI公司的AD8047AR，A/D转换器采用ADI公司的AD9050。AD9050 为10位A／D转换器，取其高8位进入FPGA。采样时钟12MHz，与数字视频信号相同。由FPGA对48MHz时钟四分频产生。

　　图1 模拟视频输入转换电路

　　摄像机的数字视频信号为14对差分信号，经FPGA将差分信号转换为单端信号，并锁存数据。每个象素14位，每帧320×240。

　　FPGA采用ALTERA公司的CYCLONE系列EP1C3T144C-6，配置芯片采用EPC2LC20。EP1C3T144C-6具有将差分信号转单端信号的专用I/O口。锁存在FPGA的数字，模拟两路视频信号根据工作模式选择输出到DSP1数据总线上，由DSP1读入处理，数据速率与模拟视频的采样速率，数字视频的数据速率相同。工作模式选择，开关控制通过PIC9054引入到FPGA。

　　DSP处理器模块

　　DSP处理器阵列模块主要由4片高速高性能的DSP处理芯片ADSP-TS201S组成多DSP处理器系统，ADSP-TS201S性能如下：

　　基本性能指标如下：

　　● 600MHz运行速度时，内核指令周期1.67ns

　　● 24M bits片上DRAM，分为6个4M bits块（128K words X 32 bits）

　　● 片内双运算模块，每个都包含一个ALU、一个乘法器、一个移位器和一个寄存器组

　　● 双整数ALU提供数据寻址和指针操作功能

　　● 片内提供14通道DMA、外部口、4个链路口、SDRAM控制器、可编程标志引脚、2个定时器

　　● 片上仲裁系统可实现8个TigerSHARC DSP的无缝连接

　　● 内部3条互相独立的128位总线

　　● 外部数据总线64位，地址总线32位

　　● 每秒48亿次40位宽的MAC运算或每秒12亿次80位宽的MAC运算；1024点复数FFT（基2）时间15.7us

　　● 外部端口 1G字节每秒；链路口（每个）1G字节每秒

　　DSP处理器阵列模块中DSP1是用来整理所收集到的视频信号，并进行相应的预处理后，将数据分发送到后面的DSP，进行进一步的处理。

　　DSP1并行口应接FPGA输出的视频数据，还要接FLASH，完成DSP加载。DSP1的IRQ0，IRQ1分别作视频输入的帧中断和行中断，接到FPGA。其连接电路如下图3所示。

　　

　　图2DSP1与FPGA，FLASH 连接图

　　矩阵切换器电路

　　下面介绍的是容量为32路音视频的监控，为简化设计，及调试、安装、升级等的方便，32路音视频不在一块PCB板上处理，而是分成4块子板，每块子板处N8路音视频，实现8路音视频通道的8选1输出功能，即4块子板组成一个矩阵切换器，在同一时间实现32选4输出功能。每块子板的电路图如图3所示。

　　

图3 矩阵切换器电路

　　在图中，J1…J8为继电器线圈，用双刀双掷继电器J4078实现音视频的同时切换。J11、J12为跳线插座，该跳线为子板设置地址，当设置的子板地址与主控制器的子板选择地址（A0、A1、A2）相同时，该子板块的4099处于工作状态，这时，再通过主控制器的通道选择指令（cmd0、 cmd1、cmd2）使J1…J8中任一继电器完成切换动作，实现某一路音视频的同时选通。

　　语音信号采集与处理电路

　　因为要采集教室各个位置（一般在20～50m2范围内）的语音信号，使用普通的话筒放大电路显然达不到要求。本系统采用对数放大电路进行语音放大，比较清晰地采集到了50m2范围内各个位置的语音信号。设计的对数放大电路如图所示。IC2为运算放大器，系统选用LM358实现二级运算放大。

　　
图4 语音信号采集与处理电路

　　利用传感技术和电子技术系统设计思路简单、成本低廉、方便实用。对提高学生自主学习的自觉性，监控自主学习设备和软件平台运行情况，防止人为破坏造成的不必要损失，提高设备运行的稳定性和可靠性等起到了非常重要的作用。

　　编辑点评：本文简单介绍了模拟视频监控采集电路的设计，模拟视频信号经过钳位校正、放大后，将信号送入到A/D转换器，再经FPGA锁存后将视频信号发送给DSP1。能够完成图像的高速处理，实现图像的实时显示，目标跟踪。在实际应用中该系统工作稳定，达到预想效果。
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