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基于CDMA网络传输的无线视频监控和视频数据存储系统
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2017-11-01
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选用TMS320DM642作为系统CPU，并采用最新视频编码标准H.264压缩算法，实现基于CDMA网络传输的无线视频监控和视频数据存储系统。
随着运营商在国内大部分地区推出GRPS和CDMA1x公共无线数据网络，通过公共无线数据网络传输视频已成为当今研究和应用的热点，它能彻底解决微波方式的短距离问题。由于公共无线数据网络的带宽比较窄且不稳定，采用编码效率不高的视频压缩算法（如H.263、MPEG-4等），传输效果不理想，无法满足大多数监控场合的要求。
H.264是JVT制定的最新视频压缩标准，比H.263和MPEG-4在同质量时码流可低50%，同时支持无线网络传输，但其运算复杂度也是H.263和MPEG-4的3-5倍，因此一般的CPU系统无法满足要求。TMS320DM642是TI最新推出的高性能数字媒体处理器，指令最高可达4800MIPS，可以满足实时H.264编码算法的要求。
本文设计了基于TMS320DM642的嵌入式系统，采用H.264视频编码算法，成功的开发了基于CDMA传输的无线视频监控系统。
1 无线视频监控系统构成
1.1 无线视频监控系统设计需求
本系统要求采用嵌入式视频发送终端，对采集视频图像进行实时压缩并通过CDMA网络发送，接收端采用PC机对接收视频数据进行解码并显示。对于嵌入式视频发送终端有如下需求：
①一路PAL/NTSC标准模拟视频输入，一路模拟音频输入;
②采用CDMA接入方式将视频数据通过网络发送;
③采用CF卡或硬盘对视频进行本地存储;
④发送图像和保存图像的尺寸和帧率等参数可调;
⑤可通过无线网络进行远程控制，并且要求低功耗。
1.2 系统的总体设计
由于CDMA无线网络带宽窄、带宽波动大，因此系统中采用H.264作为视频压缩算法。同时本地存储与CDMA发送视频在图像尺寸和帧率上不同，需要采用两个编码结构分别进行编码。
图1显示了本系统的总体结构框图，系统主要包括DM642CPU、视频输入、音频输入/输出、硬盘接口、串口和USB通信（USB2.0）等主要功能模块，此外还包括实时时钟（RTC）、显示和I/O接口（LCD&I/O）、SDRAM、FLASH和电源（POWER）模块。下面将详细地对各个功能模块进行一一分析和设计。
图1 视频发送终端系统框图
2 无线视频监控系统硬件设计
2.1 TMS320DM642简介
TMS320DM642是TI推出的针对多媒体处理领域应用的高性能数字媒体处理器。该处理器是专门为视频与影像市场量身定制的，特别适用于VOIP视频、视频点播（VOD）、多信道数字视频摄录像应用以及高品质视频编码与解码解决方案。
DM642处理器内部集成了TMS320C64X的DSP内核，在600MHz运行速度下，指令可达4800MIPS，由于其强大的运算能力，可以实现实时的H.264编解码算法。
DM642内部集成了外部内存接口（EMIF）控制单元，通过20根地址线和64位数据总线可直接与外部的SDRAM、FLASH进行连接。本系统中由于采用100MHz的SDRAM，考虑到信号完整性，SDRAM直接与DM642连接，而FLASH通过总线加以驱动后加以连接。
2.2 视频输入模块
DM642具有三个视频端口，支持多种分辨率和标准，如CCIR601、ITU-BT.656、BT.1120等，每个端口为20bit位宽，可以被灵活的配置为一个20/16bit或两个10/8bit通道。同时，每个端口都可配置为视频输入或视频输出。本系统中采用VP0与SAA7113H相连进行视频输入采集。
SAA7113H为9bit视频解码器，其内部有由视频源选择、反混叠滤波器和ADC组成的两通道模拟预处理电路、增益控制、时钟发生电路（CGC）、多标准数字解码器、亮度饱和度控制电路等组成。
随着运营商在国内大部分地区推出GRPS和CDMA1x公共无线数据网络，通过公共无线数据网络传输视频已成为当今研究和应用的热点，它能彻底解决微波方式的短距离问题。由于公共无线数据网络的带宽比较窄且不稳定，采用编码效率不高的视频压缩算法（如H.263、MPEG-4等），传输效果不理想，无法满足大多数监控场合的要求。
H.264是JVT制定的最新视频压缩标准，比H.263和MPEG-4在同质量时码流可低50%，同时支持无线网络传输，但其运算复杂度也是H.263和MPEG-4的3-5倍，因此一般的CPU系统无法满足要求。TMS320DM642是TI最新推出的高性能数字媒体处理器，指令最高可达4800MIPS，可以满足实时H.264编码算法的要求。
本文设计了基于TMS320DM642的嵌入式系统，采用H.264视频编码算法，成功的开发了基于CDMA传输的无线视频监控系统。
1 无线视频监控系统构成
1.1 无线视频监控系统设计需求
本系统要求采用嵌入式视频发送终端，对采集视频图像进行实时压缩并通过CDMA网络发送，接收端采用PC机对接收视频数据进行解码并显示。对于嵌入式视频发送终端有如下需求：
①一路PAL/NTSC标准模拟视频输入，一路模拟音频输入;
②采用CDMA接入方式将视频数据通过网络发送;
③采用CF卡或硬盘对视频进行本地存储;
④发送图像和保存图像的尺寸和帧率等参数可调;
⑤可通过无线网络进行远程控制，并且要求低功耗。
1.2 系统的总体设计
由于CDMA无线网络带宽窄、带宽波动大，因此系统中采用H.264作为视频压缩算法。同时本地存储与CDMA发送视频在图像尺寸和帧率上不同，需要采用两个编码结构分别进行编码。
图1显示了本系统的总体结构框图，系统主要包括DM642CPU、视频输入、音频输入/输出、硬盘接口、串口和USB通信（USB2.0）等主要功能模块，此外还包括实时时钟（RTC）、显示和I/O接口（LCD&I/O）、SDRAM、FLASH和电源（POWER）模块。下面将详细地对各个功能模块进行一一分析和设计。
图1 视频发送终端系统框图
2 无线视频监控系统硬件设计
2.1 TMS320DM642简介
TMS320DM642是TI推出的针对多媒体处理领域应用的高性能数字媒体处理器。该处理器是专门为视频与影像市场量身定制的，特别适用于VOIP视频、视频点播（VOD）、多信道数字视频摄录像应用以及高品质视频编码与解码解决方案。
DM642处理器内部集成了TMS320C64X的DSP内核，在600MHz运行速度下，指令可达4800MIPS，由于其强大的运算能力，可以实现实时的H.264编解码算法。
DM642内部集成了外部内存接口（EMIF）控制单元，通过20根地址线和64位数据总线可直接与外部的SDRAM、FLASH进行连接。本系统中由于采用100MHz的SDRAM，考虑到信号完整性，SDRAM直接与DM642连接，而FLASH通过总线加以驱动后加以连接。
2.2 视频输入模块
DM642具有三个视频端口，支持多种分辨率和标准，如CCIR601、ITU-BT.656、BT.1120等，每个端口为20bit位宽，可以被灵活的配置为一个20/16bit或两个10/8bit通道。同时，每个端口都可配置为视频输入或视频输出。本系统中采用VP0与SAA7113H相连进行视频输入采集。
SAA7113H为9bit视频解码器，其内部有由视频源选择、反混叠滤波器和ADC组成的两通道模拟预处理电路、增益控制、时钟发生电路（CGC）、多标准数字解码器、亮度饱和度控制电路等组成。
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