基于DM8165的网络视频编码器设计
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作者: 朱潇潇
摘 要： 随着现代社会对于安防领域需求的日益激增，以及该领域内相关技术的不断发展，视频监控产业正处在高速的发展期。目前中国市场仍以模拟摄像机为主，这就使得以网络视频编码器为代表的网络视频监控系统使用率一直居高不下。以往的多路网络视频编码器，往往采用多片DSP外加CPU（ARM、PowerPC）来实现，系统架构复杂并且成本高。采用单片DM8165实现4路D1格式的全实时H.264和MJPEG双码流视频编码，降低系统设计的复杂度和整板BOM成本，并缩短产品开发周期。
关键词： DM8165；H.264；MJPEG；视频编码器
中图分类号：TN03 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310074－01
由于现代社会对于安防领域需求的日益激增，以及该领域内相关技术的不断发展，视频监控产业正处在高速的发展期。在中国，平安城市、全球眼等重要公共工程项目的建立，也吹起了网络视频监控系统应用热潮。因此，以网络视频编码器为代表的网络视频监控系统越来越普及至各个领域。
网络视频编码器通过从一台或多台模拟摄像机输入的视频信号，经模数转换后压缩成数字视频流，并经以太网传输从而实现远程实时监控的目的。根据系统要求，本设计采用双流模式即采用H.264和MJPEG编码。
本硬件设计方案不仅支持以上网络视频编码器的基本功能，而且支持本地视频录制，并支持4路音频监听回放和双向对讲功能。
系统框图如下：
1 视频处理模块
该模块主要功能：
四路复合视频信号经滤波电路和A/D转换成标准ITU-R BT.656数字信号，并采用时分复用方式将视频流传输至编码芯片，视频图像编码压缩成H.264和MJPEG，最后经以太网传输实现远程实时监控及存储。同时还支持视频流本地存储，视频遮挡，OSD叠加，智能视频丢失检测，视频流量整形等辅助功能。
器件选型：
1）TW2867：Intersil公司的一款高性能四通道PAL/NTSC/SECAM制视频解码器和音频编解码器。每个视频通道包含一个10bit ADC和独特的抗混叠模拟滤波器，以及符合所有NTSC/PAL/SECAM标准的高性能自适应4H数字梳状滤波器，能够输出ITU-R BT.656 4：2：2 YCbCr数字信号。此外，TW2867提供五个音频ADC、一个DAC、多信道音频混合模拟输出，并且支持标准的I2S接口以供录制输出和回放输入,并具有独特的音频级联功能。
2）TMS320DM8165：TI新一代高性能Davinci数字媒体处理器，ARM Cortex A8主频高达720MHz，C674x频率高达667MHz，多达2个可编程高分辨率视频图像协处理器HDVICP引擎实现多通道编码、解码、图像增强、解交织、视频分析等功能，支持H.264 BP/MP/HP,MPEG-4,MPEG-2,JPEG/MJPEG，集成双32位DDR2/3控制器（最高支持DDR3-1600），具有2个集成PHY的SATA 3.0Gbps控制器和USB控制器，同时芯片集成2个10/100/1000Mbps以太网MAC，支持I2C/SPI/UART/MMC/PCI/PCIe等接口。
2 音频处理模块
该模块完成以下主要功能：
1）本地监听：通过I2C总线配置TW2867寄存器，并由I2S总线输出给音频DAC，便可同时监听4路音频输入。
2）本地回放：远程网络存储设备中的录音文件经由以太网传输至本系统后，由DM8165解码，通过I2S总线输出给音频DAC。
3）远程监听：DM8165通过I2S总线采集编码后的音频数据，通过以太网传输，远程PC可实现监听或存储功能。
4）双向语音对讲：系统通过以太网与远程PC实现双向语音对讲，可使监控室内的人员与现场调试人员直接联系，方便快捷。
3 以太网传输模块
在一些大型商场，机场，地铁等公共场所，往往需要成百上千个摄像机组成一个监控系统，这就给网络传输带宽提出了极大挑战。而本设计采用VITESSE半导体公司的高集成度单口千兆以太网物理层收发器（VSC8641）。此芯片内置高级能耗管理、电缆诊断和自纠错功能，并且满足10/100/1000M以太网自适应。
系统设计中，DM8165通过MII接口对VSC8641的寄存器进行配置和状态读取，并通过GMII（Gigabit Media Independent Interface）接口完成数据流的交互。
4 软件设计
该系统软件设计是基于TI提供的SDK包做二次开发，并采用性能优异的第三方开源软件库（如busybox,bash,Dropbear,dbus,live555等）。主要由以下几个功能模块组成：
1）Sysadmin功能模块：该模块是一个综合后台管理平台，包含看门狗单元，用户管理单元，时间管理单元，日志管理单元，系统配置单元，PTZ云台控制单元，报警输入输出控制单元等。
2）Mediaserver功能模块：该模块主要负责流媒体编码和存储，包含音频处理单元（音频捕获、调音、编解码等），存储控制单元，流媒体单元（客户端的RTSP请求和RTP组包传输，流量整形等），视频处理单元（视频数据捕获、预处理、编码等）。
3）CLI功能模块：CLI（command-line interface，命令行界面）是指可在用户提示符下键入可执行指令的界面，包含Dropbear SSH和adshell。
为了便于软件设计的健壮性，我们采用一种高级的进程间通信机制Dbus来管控各个功能模块。软件框架如上图所示。
5 本方案结论
本方案能够同时支持4路D1格式双码流编码及远程监控，4路音频监听回放和双向语音对讲功能。系统集成度较高，降低了整板的BOM成本。同时，由于软件设计的灵活性，能够满足不断变化的市场需求，所以具有很高的实用价值。
参考文献：
[1]胡剑凌、徐盛，《数字信号处理系统的应用和设计》，上海交通大学出版社.
[2]毕厚杰、王健，《新一代视频压缩编码标准H.264/AVC》，人民邮电出版社.
[3]Video Demystified 4th Edition , Keith Jack, 2004.
[4]TMS320DM816x DaVinci Digital Media Processors (Rev. B), Texas Instruments, 2012.
[5]TMS320DM816x DaVinci Digital Media Processors Technical Reference Manual, Texas Instruments, 2011.
作者简介：
朱潇潇（1983-），男，汉族，浙江人，工程硕士，上海交通大学电子信息与电气工程学院，工程领域：电子与通信工程，研究方向：信号与信息处理。
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