基于ARM11和DSP協作視頻流處理技術的3G視頻安全帽設計

1.引言

為提高在高危工作場所現場作業的可控性，本文采用仿生學原理和高集成度設計實現了與人眼同視角的3G視頻安全帽。本設計由視頻安全帽和腰跨式數據處理終端兩部分組成，采用高可靠性航空插頭連接。其中圖像處理采用三星公司的S3C6410ARM11處理器和TMS320DM642 DSP處理器組成。本設計結合DSP處理器在視頻壓縮方面的優勢和運行于ARM之上的Linux操作系統在數據管理與任務調度機制方面的出色表現，由DSP完成圖像處理功能，并通過高速接口把視頻數據傳輸給嵌入式微處理系統，完成視頻數據的傳輸、存儲功能。

2.系統構成

本設計由視頻安全帽和腰跨式視頻終端兩部分組成。視頻安全帽中包含1路視頻輸入、1路音頻輸入和1路音頻輸出，并配備輔助燈光。腰跨式視頻終端主要由ARM11和DSP雙核系統、3G無線模塊和電源管理模塊組成，主要完成數據處理、傳輸、存儲和系統控制功能。

2.1 ARM處理系統設計

ARM處理系統，主要由主控模塊、數據存儲系統、模擬數字信號的采集模塊等部分。

CPU采用三星公司S3C6410A處理器，最高工作頻率可達667MHz.

2.2 DSP視頻處理系統設計

DSP圖像處理系統由三部分組成，視頻解碼、圖像處理。其中視頻解碼采用TVP5150超低功耗解碼器，圖像處理采用TMS320DM642（簡稱DM642）DSP處理器，它可在600MHz時鐘頻率下工作，指令周期為1.67ns，每個指令周期可并行8條32位指令，處理能力可達到4800MIPS的峰值計算速度。

攝像頭模擬信號通過TVP5150解碼后，送到DM642芯片進行H.264視頻壓縮，壓縮后的信號傳送到ARM嵌入式系統通過3G模塊將數據傳送至遠端服務器或進行本地存儲。

2.3 ARM系統與DSP系統間的協作實現

如圖1所示，視頻信號經DSP壓縮編碼后通過主機接口（HPI）將數據傳送至S3C6410A中進行下一步數據傳輸或存儲，其電路圖如圖2所示。

本文選用HPI16模式，主要接口信號線如下：

（1）16位數據線HD［15：0］，這些數據線在沒有用到HPI讀寫功能時處于高阻態。

（2）2條訪問控制選擇信號線HCNTL［1：0］。

它的狀態用來控制當前訪問的是三個HPI寄存器中的哪一個，HCNTL［1：0］=00時，主機對HPIC寄存器進行讀寫操作：HCNTL［1：0］=01時，主機對H P L A寄存器進行獨顯操作；HCNTL［1：0］=10時，主機以抵制自動增加的方式對HPID寄存器進行讀寫操作，每讀取一次HPID，HPIA自動增加一個字抵制（4個字節）；HCNTL［1：0］=11時，主機以固定地址模式對HPID寄存器進行讀寫操作，HPIA寄存器地址不變。

（3）半字識別選擇信號線HHWIL.由于DM642最小存儲單位是字（32bit），當HPI配置為HPI16時，需要連續傳輸兩個半字組成一個字傳給主機，HHWIL信號線用于區分先傳高位半字還是低位半字。

（4）地址選通輸入信號線HAS.此信號用于主機的數據線和地址線復用情況。不用時此信號應該接高。

（5）主機讀寫選擇信號線HR/W.主機必須將HR/W設置為高以進行讀操作，設置為低以進行寫HPI操作。

（6）3條選通信號線HCS，HDS1和HDS2.這三個信號線在片內組合為一個低電平有效的選通信號HSTROBE.

（7）準備好信號線HRDY.當該信號線為低時，表明HPI己準備好傳送數據。

（8）向主機發送中斷信號線HINT.

如圖2所示，將S3C6410的Bankl片選信號nCS7與nHCS連接，使HPI接口作為外部物理地址映射到S3C6410相應內核空間，Bankl地址空間從0×08000000到0x0fffffff而將讀寫信號nOE和nWE分別接到nHDSl和nHDS2.本系統采用的是HPll6模式，將32位數據分低16位和高16位分別存儲，這里采用ADDR5控制半字節標識選擇。將S3C6410的AB2、AB3連接到HCNTL0、HCNTLl，能夠方便的對HPI的三個寄存器HPIC、HPIA、HPID進行尋址。ADDR6連接到DM642的HR/W，通過控制此地址線來實現HPI讀寫的選通，HRDY反相后與WAIT信號線相連，DM642的HINT直接連接到S3C6410的外部中斷IRQ5引腳上，以實現DSP對主機中斷信號的傳輸。

經測試，基于HPI16數據傳輸協議，DM642與S3C6410間的通信速率可以達到50Mbps，帶寬足夠用來傳輸MPEG等壓縮的視頻數據。

3.總結

基于本文設計的ARM11和DSP協作視頻流處理技術的3G視頻安全帽以在石油、電力等行業野外作業中得到應用。文章采用HPll6的傳輸模式，其傳輸速度能夠較好地滿足實際需求，后續將嘗試采用HPl32模式，傳輸速度還會得到進一步提高。在ARM與DSP之間的通信中，通過視頻數據通信協議的引入，與傳統的通過read/write buffer實現通信相比，視頻數據傳輸的可靠性得到了較好的保證。