基于DSP视频监控系统硬件设计解决方案

　　一、引言

　　目前视频监控广泛应用于安防监控、工业监控和交通监控等领域。视频监控系统大致经历3个阶段：首先是基于模拟信号的电视监控系统，其功能单一、易受干扰且不易扩展；随后出现基于PC机的图像监控系统，其终端功能较强，但价格昂贵，稳定性差；近年来，随着嵌入式技术成熟，嵌入式视频采集处理系统具有可靠性高、速度快、成本低、体积小、功耗低、环境适应性强等优点。基于嵌入式系统的上述诸多优点，这里提供一种基于DSP的视频监控系统解决方案。

　　二、系统硬件设计

　　1、系统整体硬件结构目前视频监控广泛应用于安防监控、工业监控和交通监控等领域。视频监控系统大致经历3个阶段：首先是基于模拟信号的电视监控系统，其功能单一、易受干扰且不易扩展；随后出现基于PC机的图像监控系统，其终端功能较强，但价格昂贵，稳定性差；近年来，随着嵌入式技术成熟，嵌入式视频采集处理系统具有可靠性高、速度快、成本低、体积小、功耗低、环境适应性强等优点。基于嵌入式系统的上述诸多优点，这里提供一种基于DSP的视频监控系统解决方案。整个系统硬件设计由电源、视频信号处理、FPGA和外围接口等模块组成。其中。图像处理模块接收CCD图像传感器传送的模拟视频信号。并把模拟视频信号模数转换成数字信号。由DSP处理所转换的数字信号，再转换为标准的YUV4∶2∶2格式的数字视频信号，并将获得的数字视频信号送至FPGA模块，对YUV数字信号进行处理。从而产生标准的SVGA格式，帧频为60Hz的行、场同步信号。图1为该系统硬件设计框图。

　　2、电源模块

　　电源模块将外部输入的12V直流电源转换成系统各模块所需工作电压。CCD图像传感器所需电压为15V和-7V，DSP所需电压为3.3V和5V。FPGA所需电压为1.2V、2.5V和3.3V。本设计采用MOTOROLA公司的DCDC电源转换器MC34063A将12V直流电压转换成5V直流电压，选用TeXasIastrument8公司的电源转换器TPS75003将5V直压电源转换成1.2V、2.5V和3.3v直流电压。而CCD图像传感器的工作电压则由NE555和78L15产生。

　　3、图像处理模块

　　（1）图像采集

　　本设计图像采集电路将CCD传感器输出的模拟视频信号转换成离散的模拟视频信号。再对模拟信号进行相关双采样、自动增益控制处理后，传输至DSP转换

　　为数字信号。具体工作流程：系统上电复位后，DSP（CXD3142）产生控制信号驱动CCD图像传感器。把光信号转换成PAL制式的模拟视频信号。并把该信号输入到CXA2096N的引脚DIN和PIN引脚。此时，在引脚SHD和SHP的控制下对输入信号进行相双采样。当SHD信号的下降沿到当SHP信号的下降沿到来时，再采样PIN引脚的预加电平信号，将这两路信号送到CXA2096N内部的自动增益控制电路，经差运算后输出。再对输出信号进行黑电平箝位、预消隐等处理，然后由CXA2096N的DRVOUT引脚输出。DSP产生CXA2096N的工作时序。

　　2）视频信号处理（SXD3142R）

　　本设计采用SONY公司专用信号处理器件CXD3142作为信号处理器。CXD3142R是专用于对Ye，Cy，Mg和G补色单片CCD输出信号进行处理的低功耗、高效率的信号处理器：具有自动曝光和自动向平衡功能。可同时输出复合视频信号和YUV8位数字信号输出。内部集成9位A/D转换器同步信号产生电路、外部同步电路和时钟控制电路。此外，CXD3142R还具有串口通信功能。用户可在PC机中预先设定好DSP中的寄存器值，通过串口下载到DSP，并对图像信号进行自动曝光和自动白平衡等处理。图2为视频信号处理模块电路连接图。

　　XV4是CCD图像传感器的时序驱动信号，EEPROM用来存储DSP初始化的寄存器值。DO～D7是YUV数字信号。其具体工作流程：将CCD图像传感器采集的模拟信号经CXA2096N进行相关预处理后。相应数字信号经VIN引脚传给DSP（CXD3142），DSP接收数字信号后，利用其内部AE/AWB检测电路、同步信号产生电路、外同步电路以及相关算法对其进行相关处理。处理完成后在行（H引脚）、场（V引脚）信号及时钟信号（PCLK）的控制下将8位数字信号经过D0～D7引脚传给FPGA模块进行相关处理。通过引脚SCK、SI、SO、XCS串口通信。通过CSROM、CASI、CSASO、CASCK引脚与外部EEPROM通信，实现DSP相关的初始化。此外。IO引脚输出经DSP处理过的复合视频信号，通过相关接口直接在CRT显示器上显示图像处理结果。