21世纪是数码时代，数字类消费产品的需求量正在进行着惊人的增长。在这些产品中，视频类产品的比重相当的大，在人们的日常生活中越来越普及。在这些产品中，无论是数码摄像机，还是具有摄像功能的手机，其最核心的部分便是音视频处理器，选择什么样的处理器，决定着此类产品的成本，性能，市场前景。

　　在本设计中，笔者选取了ti公司的tms320dm270(dm270)作为核心的处理芯片。

　　可行性分析

　　为了使消费者获得质量更高的数字视频和影像内容，面向像素数为300万至500万像素的数码相机、数码摄像机及便携式多媒体产品。德州仪器(ti)推出了基于dsp的数字媒体处理器dm270，它是基于多处理器架构之上，集成dsp c5409和32位risc处理器arm7tdmi的双核结构，其中arm7tdmi来处理非成像功能，用作整个系统的主控制器，dsp处理音视频编码，同时还集成了专门用于执行dct、反向dct以及众多其它处理运算中的运动估计与补偿的图像处理引擎(imx)，以及可变长编解码器(vlcd)。

　　而且ti还提供了一系列音视频芯片，可与dm270进行无缝连接。tvp5040，tvp5145可以用作视频a/d转换器，aic23可用作音频a/d。

　　dm270还有专门的mmc/sd控制器，进行外部mmc/sd卡的扩展功能，为大容量数据的存储提供了方便，以及osd(on screen display)模块，可以直接外接显示设备(lcd、tv)。

　　基于dm270的数码摄像机基本系统框架如图1所示。

　　                      图1 本方案系统框架图

　　方案设计

　　从图1可以看出，整个系统前端主要是由视频输入模块，音频输入模块，以及处理器dm270组成。后端则可以接入存储设备及显示设备(lcd，tv)。

　　视频模块

　　视频输入模块结构如图3所示，由前端的ccd模块进行数据的采集，进入cpu后通过预处理，再进行视频数据的压缩保存。

　　                         图3视频回放数据流

　　                     图4 mcbsp与aic23的接口

　　视频采集和输入

　　在dm270中有一个ccd可编程控制接口，可以方便的把标准的ccd(cmos)数据接入到系统内部，而且为ccd图像传感器提供了必要的时序逻辑，对逐行和隔行扫描ccd或cmos图像传感器给予很好的支持，能支持高达4096＊4096像素。在笔者开发的系统中采用ov7620的cmos摄像头，输出yuv数据直接进入系统。芯片内部还有硬件的3a模块来自动调节镜头的聚焦。另外，dm270中有预览引擎(preview engine)，可对ccd数据的图像进行增强，自动白平衡和各种尺寸的缩放。这样大大减少了cpu对数据的初级处理压力。

　　视频压缩

　　dm270支持vga分辨率下的mpeg4 30fps实时编解码，而且支持多种视频压缩标准，如jpeg，motion-jpeg，h.263等。可以为数码摄像机提供多种拍摄模式。

　　如前所述，dm270内部还具有图像协处理器imx，可以高速进行dct、运动估计 (补偿)、插值运算。vlcd模块完成码流编码。在笔者开发的平台里可以做到vga的mpeg4每秒24帧、h.263每秒30帧的实时压缩编码及解码后通过lcd显示。

　　此外，除了视频图像外，还可以实现数码拍照的功能，进行jpeg图片的拍摄。在笔者开发的平台中可以实现2048*1536的jpeg图片。

　　视频输出显示

　　数码摄像机必须具备回现功能，而dm270带有osd控制器，其后端有venc(video encode)和d/a转换模块，产生ntsc或pal格式的视频信号输出给外部显示设备。dm270将压缩的mpge4数据或jpeg图片，解码后的yuv数据通过osd实现回现功能。其数据流如图3所示。

　　osd模块具有4个图像层(两个yuv的video层和两个位图层)，可以方便的实现图层的层叠混合。可以利用osd的位图层0显示各种操作菜单，作为图形界面让用户调节系统参数。

　　音频模块

　　从图1可以看出，音频数据直接输入到dm270中的dsp进行处理。

　　音频采集与输入

　　dm270内部的dsp是5409，有两个多通道缓冲串行口(mcbsp)模块，用于音频的采集接口。在笔者开发的平台中，音频采样和转换采用的是aic23芯片。tlv320aic23是ti推出的一款高性能的立体声音频codec，内置二级输出放大器，支持mic和line in两种输入方式(2选1)，并且可以对输入输出进行可编程的增益调节。aic2模数及数模转换都高度集成在芯片内部，而且采用先进的sigma-delta过采样技术，可在8~96khz频率范围内提供16bit，20bit，24bit和32bit的采样。输入输出信噪比可以分别达到90db和100db。为数码摄像机的声音录放音质，提供了保证。而且aic23与dsp内部的mcbsp可以进行无缝连接。其接口如图2。

　　                      图2视频输入模块结构图

　　音频压缩，解码

　　在dm270中dsp的运算能力强大，可以实现多种语音压缩编码、解码。下面的表格是几种语音编码方式的比较。

　　由表格可以看出，在保证高音质的情况下，g.711和g.726的算法复杂度相对简单，这样可以减少dsp的数据处理压力，使dsp有更多的资源进行视频数据的处理。而且g.711数据可以被quicktime格式的影音文件支持，这样可以增加数码摄像机文件支持格式。g.726为可变码率编码，数码摄像机用户可以根据存储空间来选择。

　　在笔者开发的平台上，分别实现了g.711与g.726算法及quicktime文件的录放功能。

　　系统软件设计

　　在笔者开发的系统中，因为dm270的arm核为arm7tdmi，没有内存管理单元(mmu)，所以采用uclinux作为嵌入式操作系统同标准的linux相比，uclinux最大的特点在于不具有mmu，因此很适合那些没有mmu的处理器。由于uclinux的内核是由linux根据所要运行的cpu裁减、修改而来。它保持了原有linux系统的主要优点，如稳定性好，出色的文件系统支持，完善的应用程序开发，升级方便。

　　该方案的软件平台架构如图5。

　　                        图5 软件架构图

　　在用户应用程序中主要完成三种功能：录像功能，拍照功能，以及录像及照片的回放功能。

　　并且可以实现三种功能的实时的相互切换。如图6所示。

　　                      图6 系统用户程序功能切换

　　在该方案软件系统中还移植了u-boot进行系统引导与加载，提高了整个系统的运行效率。

　　为产品系统的升级服务提供了良好的支持。

　　结语

　　本系统已经在中国农业大学信息与电气工程学院得到实现，可以进行mpeg4、motion-jpeg录像，jpeg拍照，以及quicktime格式的录制；并实现了上述录像，拍照在lcd及电视机上的回放功能。实践证明，这种高性能，基于dsp及arm双核技术的解决方案，使得产品开发应用变得更加容易，而且使用的系统软件可以随时升级，可以按照用户的要求进行定制，甚至做到diy，为产品的尽快进入市场奠定了基础。

*博客内容为网友个人发布，仅代表博主个人观点，如有侵权请联系工作人员删除。