視頻監(jiān)控系統(tǒng)中多畫面處理器的設(shè)計(jì)

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1、視頻監(jiān)控系統(tǒng)中多畫面處理器的設(shè)計(jì)

2、第1　摘要：以黑白四畫面處理為例，介紹了視頻監(jiān)控系統(tǒng)中基于FPGA器件和單片機(jī)的多畫面處理器的設(shè)計(jì)方法，簡述了FPGA器件XCS05XL的特點(diǎn)和工作原理，討論了單片機(jī)μPD78F0034與I2C總線存儲(chǔ)器X24C16的接口方法以及用μPD6453疊加字符的基本方法，同時(shí)概述了使用幀存儲(chǔ)器AL422應(yīng)注意的幾個(gè)問題。關(guān)鍵詞：多畫面處理器單片機(jī)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列XCS05XL芯片I2C總線存儲(chǔ)器近年來，隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，作為視頻監(jiān)近系統(tǒng)組成之一的多畫面處理器的應(yīng)用也愈來愈普遍。如使用一臺(tái)九畫面處理器，則可在一臺(tái)監(jiān)

3、視器上同時(shí)監(jiān)控9個(gè)目標(biāo)，只需使用一臺(tái)錄像機(jī)便可對(duì)9路視頻信號(hào)同時(shí)實(shí)時(shí)錄像。目前多畫面處理器有黑白/彩色四、九、十六畫面處理器等6種類型。一般說來，多畫面處理器除了有畫面分割功能外，還須有視頻信號(hào)切換及報(bào)警功能。視頻信號(hào)功換功能是指多畫面處理器有一路視頻輸出是輸入視頻信號(hào)或畫面分割信號(hào)的順序切換，且切換時(shí)間可調(diào)；報(bào)警功能是指多畫面處理器能輸入、輸出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警時(shí)相應(yīng)的畫面上疊加有報(bào)警信息，并將報(bào)警信息存儲(chǔ)起來以便日后查閱。設(shè)計(jì)多畫面處理器可使用專用DSP芯片，這樣雖然滿足了速度要求，但開發(fā)周期較長，產(chǎn)品的調(diào)試、修改及升級(jí)比較困難，成本較高。由于FPGA（即現(xiàn)場(chǎng)

4、可編程門陣列）器件具有集成度高、體積小、功耗低、設(shè)計(jì)靈活且價(jià)格較低，有快速高效的開發(fā)平臺(tái)，可加快開發(fā)周期等優(yōu)勢(shì)，因此目前多畫面處理器的設(shè)計(jì)基本上采用FPGA作為其中的視頻信號(hào)處理器件。由于FPGA的功能由其內(nèi)部的編程數(shù)據(jù)確定，編程數(shù)據(jù)的裝載方法之一是上電后由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，因此多畫面處理器含有單片機(jī)。一方面利用單片機(jī)在上電后將FPGA所需的編程數(shù)據(jù)寫入FPGA中，另一方面視頻信號(hào)的切換、字符疊加及報(bào)警信息的處理也由單片機(jī)來完成。下面具體介紹基于FPGA器件和單片機(jī)的黑白四畫面處理器的設(shè)計(jì)方法。1黑白四畫面處理器的組成及主要功能1.1黑白四畫面處理器的組成黑白四畫面

5、處理器的方框圖如圖1所示。由圖1可知，該多畫面處理器以FPGA器件和單片機(jī)為核心，外加A/D、D/A、幀存儲(chǔ)器、串行存儲(chǔ)器、串行時(shí)鐘和字符疊加等輔助芯片組成。1.2黑白四畫面處理器的主要功能該四畫面處理器主要功能如下：·視頻格式為CCIR模式，即視頻信號(hào)的場(chǎng)頻為50Hz；·雙工操作（在錄像的同時(shí)可進(jìn)行回放），菜單設(shè)定；·全屏顯示時(shí)象素為1024×512,256個(gè)灰度等級(jí)；·4路CVBS輸入及1路錄像輸入；·1路全畫面與四分割切換輸出，1路錄像輸出（固定四分割）；·切換時(shí)間可調(diào)，范圍為1～255s?！ぎ嬅嫔峡莎B加時(shí)間日期，且位置可調(diào)整；·有報(bào)警輸入輸出功能，報(bào)警

6、復(fù)位時(shí)間的可調(diào)范圍為1～300s；·有視頻信號(hào)丟失報(bào)警功能，報(bào)警時(shí)對(duì)應(yīng)的畫面上有文字顯示。2各部分電路的結(jié)構(gòu)及工作原理2.1輸入緩沖及A/D轉(zhuǎn)換該部分電路的主要功能是將輸入的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)供FPGA器件處理，其方框圖如圖2所示。4路視頻信號(hào)經(jīng)過受FPGA控制的模擬多路選擇器后，輸出2路視頻信號(hào)，經(jīng)過緩沖放大后送到受FPGA控制的模擬開關(guān)；然后再輸出給A/D，2路視頻信號(hào)需要2片A/D芯片。A/D芯片選TLC5510，該芯片是一種分辨率為8位、20MSPS（20兆采樣點(diǎn)/秒）的CMOS模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。在FPGA的控制下，TLC5510將輸入的模擬視

7、頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻誤，然后送往幀存儲(chǔ)器。2.2幀存儲(chǔ)器幀存儲(chǔ)器選AVERLOGIC公司的AL422，共需要2片。AL422是存儲(chǔ)量為384KB×8Bits的FIFO（FirstInFirstOut）DRAM，它支持VGA、CCIR、NTSC、PAL和HDTV分辨率，具有獨(dú)立的讀/寫操作及輸出使能控制；存儲(chǔ)時(shí)間為15ns的高速異步串行存取，可在5V或3.3V電源電壓下工作，標(biāo)準(zhǔn)的28腳SOP封裝。2.3FPGA器件FPGA是本設(shè)計(jì)的核心，與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列相比具有不同的結(jié)構(gòu)。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個(gè)查找表連接到一個(gè)D觸發(fā)

8、器的輸入端，D觸發(fā)器再來驅(qū)動(dòng)其它邏輯或驅(qū)I/O。這些模塊利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。FPGA通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)其FPGA通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)其邏輯，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中值決定了FPGA實(shí)現(xiàn)的功能；FPGA的這種結(jié)構(gòu)允許無限次的重新編程。由此可見，用FPGA設(shè)計(jì)的產(chǎn)品調(diào)試修改及升級(jí)均很容易，且具有很大的靈活性。目前FPGA的種類很多，在本設(shè)計(jì)中選用Spartan系列的XCS05XL。該芯片是Xilinx公司推出的低價(jià)格、高性能的FPGA，其主要特點(diǎn)如下：·系統(tǒng)門的數(shù)目達(dá)到了5000，Logiccell數(shù)目達(dá)到了2

9、38，系統(tǒng)資源豐富；·具備片上可編程分