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基于ADSP-BF532嵌入式网络视频服务器的试验分析
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2017-10-24
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目前，视音频技术在各项工作和生活领域中得到了广泛应用，还为人们提出了高效的传输平台以及接入和处理手段。多媒体监控系统以其能够实时、形象、真实地反映被监控对象的特性而逐渐成为现代化管理、检测、控制的重要技术手段之一。而网络视频技术的一个主要热点就是嵌入数字视频监控系统。在基本嵌入式远程视频监控系统的研究中，国外起步较早，并处于领先水平，已经有成熟的嵌入式网络视频服务产品，采用MPEG或者小波压缩方法，其性能普遍比较好，但价格昂贵。国内在这方面的研究还处于刚刚起步的阶段，随着数字技术的发展，图像数据压缩编码技术及标准的改进，芯片成本的不断下降，从事研究的单位也就越来越多。本系统利用美国ADI公司2004年4月最新推出的ADSP-BF532 DSPCPU芯片实现嵌入式网络视频服务器，将其用于构建高可靠性的视频监控系统。ADSP-BF532摒除了基于传统架构的传统DSP和RISC控制器不能满足视频应用的广泛性、灵活性以及标准的多样性的缺隐，利用ADI公司采用的全新的MSA架构技术，充分满足了实时多媒体数字信号处理的要求。本文研究的嵌入式网络视频服务器的设计方案，与传统的多媒体监控系统相比，具有何种小、成本低、稳定性高和实时性好等特点，有很强的实际应用价值。
1 嵌入式网络视频服务器的原理
嵌入式视频服务器是一种提供网络视频传输和共享的嵌入式设备。它采用嵌入式一体化结构，以面向实时处理的软件平台，集成了多通道视频、网络传输等多种功能，将视频和音频信号进行采集、压缩、复合后转换为网络IP包，采用合适的网络协议实现了视频和音频压缩数据流的实时网络传输，使得用户无论身在何处都能通过网络获得指定现场的实时图像和声音信息。此外，通过视频服务器内置的一个嵌入式网络服务器，还能实现对视频服务器的远程配置和其他附属设备的远程控制与状态获取。
由于把视频压缩和网络功能集中到一个体积很小的设备内，可以直接连入局域网，达到即插即看，省掉多种复杂的电缆，安装方便（仅需要设置一个IP地址）。用户也无需安装任何硬件设备，仅用浏览器即可观看，也可以在上端主机编制控制程序，通过人机界面进行浏览。
2 系统的硬件设计
基于ADSP-BF532的嵌入式网络视频服务器的主要硬件功能模块为：视频输入模块、核心的ADSP-BF532CPU、视频输出模块、外部存储块、仿真调试接口（JTAG）模块以及电源模块。
图1为该系统组成结构图，具体设计如下：系统前端视频采集由ADV7183实现，视频数据采集格式为YUV422Planar，采集的数据经过ADSP-BF532的PPI接口直接存储在SDRAM里，ADV7183在自己的时钟控制下通过PPI接口自动向SDRAM单元送数据，当采集完一场数据时DMA产生中断，在DMA的中断服务程序里根据实际设定情况完成视频处理；音频采集由AD1836以及外围相应的电路来实现，音频采集格式为单声道，8000Samples/s，每个采样用16Bits量化，采集的数据经过ADSP-BF532的PPI接口直接存储在SDRAM里，当设定存放音频采集数据的缓存器满时DMA产生中断，在DMA的中断服务程序里根据实际设定情况处理音频数据；ADSP-BF532一方面把采集来的视频音频数据经SPI接口送入MPC860进行处理，通过MPC860的MII接口与物理网络相连接，然后送到PC机上供实时监看和监听；一方面实时处理采集的音视频数据，压缩编码元成后的数据送到PC机，并存入硬盘。系统配置JTAG接口，运用于调试阶段。本文主要研究嵌入式视频服务器中的视频数据的处理，对于音频数据不予介绍。
3 系统的软件设计与优化
系统在Blackfin系列的软件开发环境Visual DSP++ 3.1下实现，主要分为视频外设编程、视频编码编程、视频传输编程以及系统优化部分。
3．1 系统外设软件设计
视频输入设备ADV7183：ADSP-BF532通过I2C总线配置ADV7183采集图像的亮度、对比度、色度和饱和度等。ADV7183的内部控制寄存器访问通过I2C总线接口完成。
视频输入PPI接口：半双工形式，最大16位数据传输，输入时采用二维DMA方法，每采集一帧图像进行一次处理。二维DMA程序如下：
本程序采用标准的ITU-656接收模式，接收视频数据字节流：
X_COUNT=360;Y_COUNT=288;
X_MODIFY=4;Y_MODIY=4;
按以上设置执行二维DMA后，从首地址开始的内存数据排列：
0，4，8，…… 356
360，360+4，360+8，…… 360+356
2×360，2×360+4，2×360+8 …… 2×360+356
…… …… …… …… ……
284×360，284×360+4，284×360+8，……284×360+356
视频输出UART接口：利用ADSP-BF532提供的UART口，加快调试过程。
1 嵌入式网络视频服务器的原理
嵌入式视频服务器是一种提供网络视频传输和共享的嵌入式设备。它采用嵌入式一体化结构，以面向实时处理的软件平台，集成了多通道视频、网络传输等多种功能，将视频和音频信号进行采集、压缩、复合后转换为网络IP包，采用合适的网络协议实现了视频和音频压缩数据流的实时网络传输，使得用户无论身在何处都能通过网络获得指定现场的实时图像和声音信息。此外，通过视频服务器内置的一个嵌入式网络服务器，还能实现对视频服务器的远程配置和其他附属设备的远程控制与状态获取。
由于把视频压缩和网络功能集中到一个体积很小的设备内，可以直接连入局域网，达到即插即看，省掉多种复杂的电缆，安装方便（仅需要设置一个IP地址）。用户也无需安装任何硬件设备，仅用浏览器即可观看，也可以在上端主机编制控制程序，通过人机界面进行浏览。
2 系统的硬件设计
基于ADSP-BF532的嵌入式网络视频服务器的主要硬件功能模块为：视频输入模块、核心的ADSP-BF532CPU、视频输出模块、外部存储块、仿真调试接口（JTAG）模块以及电源模块。
图1为该系统组成结构图，具体设计如下：系统前端视频采集由ADV7183实现，视频数据采集格式为YUV422Planar，采集的数据经过ADSP-BF532的PPI接口直接存储在SDRAM里，ADV7183在自己的时钟控制下通过PPI接口自动向SDRAM单元送数据，当采集完一场数据时DMA产生中断，在DMA的中断服务程序里根据实际设定情况完成视频处理；音频采集由AD1836以及外围相应的电路来实现，音频采集格式为单声道，8000Samples/s，每个采样用16Bits量化，采集的数据经过ADSP-BF532的PPI接口直接存储在SDRAM里，当设定存放音频采集数据的缓存器满时DMA产生中断，在DMA的中断服务程序里根据实际设定情况处理音频数据；ADSP-BF532一方面把采集来的视频音频数据经SPI接口送入MPC860进行处理，通过MPC860的MII接口与物理网络相连接，然后送到PC机上供实时监看和监听；一方面实时处理采集的音视频数据，压缩编码元成后的数据送到PC机，并存入硬盘。系统配置JTAG接口，运用于调试阶段。本文主要研究嵌入式视频服务器中的视频数据的处理，对于音频数据不予介绍。
3 系统的软件设计与优化
系统在Blackfin系列的软件开发环境Visual DSP++ 3.1下实现，主要分为视频外设编程、视频编码编程、视频传输编程以及系统优化部分。
3．1 系统外设软件设计
视频输入设备ADV7183：ADSP-BF532通过I2C总线配置ADV7183采集图像的亮度、对比度、色度和饱和度等。ADV7183的内部控制寄存器访问通过I2C总线接口完成。
视频输入PPI接口：半双工形式，最大16位数据传输，输入时采用二维DMA方法，每采集一帧图像进行一次处理。二维DMA程序如下：
本程序采用标准的ITU-656接收模式，接收视频数据字节流：
X_COUNT=360;Y_COUNT=288;
X_MODIFY=4;Y_MODIY=4;
按以上设置执行二维DMA后，从首地址开始的内存数据排列：
0，4，8，…… 356
360，360+4，360+8，…… 360+356
2×360，2×360+4，2×360+8 …… 2×360+356
…… …… …… …… ……
284×360，284×360+4，284×360+8，……284×360+356
视频输出UART接口：利用ADSP-BF532提供的UART口，加快调试过程。
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