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一種基于車載視頻處理模塊的設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2014-08-29 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】本文介紹基于DSP+FPGA的視頻處理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)完成視頻縮放及視頻切換的功能,DSP負(fù)責(zé)視頻的特殊處理,提供多路視頻任意切換顯示,減少了視頻顯示通道的延遲,較好地滿足了車載視頻綜合顯示的需求。
當(dāng)前車載電子系統(tǒng)的綜合化程度隨著計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的發(fā)展不斷提高,對(duì)視頻處理的綜合化要求也不斷提高,如何對(duì)多種外視頻源進(jìn)行處理與對(duì)輸出通路進(jìn)行控制,是車載視頻處理中面臨的越來(lái)越突出的問(wèn)題。本文討論的重點(diǎn)是以DSP+FPGA為核心的視頻處理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),可以完成多路視頻的切換選擇輸出控制和視頻縮放顯示的功能,同時(shí)具備通信控制等功能。
1 視頻處理模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
視頻處理模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要包括以下功能電路:
(1)DSP電路;
?。?)存儲(chǔ)器電路,包括DDRII及FLASH;
?。?)FPGA功能電路;
?。?)1路高清HDMI接收電路;
?。?)l路標(biāo)清HDMI發(fā)送電路;
(6)4路PAL-D接收電路;
(7)11路PAL-D發(fā)送電路;
(8)CAN通信接口電路,采用單片機(jī)內(nèi)部集成的CAN通訊控制器實(shí)現(xiàn);
(9)電源轉(zhuǎn)換電路;
?。?0)時(shí)鐘電路;
(11)復(fù)位及監(jiān)控電路。
圖1視頻處理模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
視頻處理模塊以DSP+FPGA為核心,通過(guò)CAN總線對(duì)其進(jìn)行功能控制,支持四路PAL視頻輸入及1路高清HDMI視頻輸入,在FPGA內(nèi)進(jìn)行視頻縮放處理與切換控制,某些復(fù)雜、特殊的視頻處理功能由DSP來(lái)實(shí)現(xiàn),最終輸出2路標(biāo)清視頻,其中1路標(biāo)清數(shù)字HDMI視頻,1路標(biāo)清模擬PAL視頻。
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2 DSP電路設(shè)計(jì)
DSP選用TI公司的DM648處理器,DM648是TI公司為視頻處理應(yīng)用開(kāi)發(fā)的一款高性能低功耗處理器,它集成了5個(gè)視頻端口和圖像協(xié)處理器,主要具有以下特性:
(1)處理內(nèi)部主頻1.1GHz,處理速度達(dá)到8800MIPS,每個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行8個(gè)32位C64Xx+指令;
?。?)具有32kb的LIPProgramRAM和32kb的L1DDataRAM:
(3)具有支持512kbyte的L2UnifiedMappedRAM;
?。?)支持小端模式;
?。?)具有5個(gè)可配置的視頻口;
?。?)集成外部EMIFS存儲(chǔ)器管理接口,可管理512Mbytes的DDR2SDRAM和128Mbytes的FLASH;
本設(shè)計(jì)中,DSP通過(guò)專用的DDRII接口外接512MB的DDRII存儲(chǔ)器,通過(guò)EMIF接口外接32MB的FLASH。DSP的專用視頻口,配置成 2個(gè)輸入視頻端口和1個(gè)視頻輸出端口,輸入視頻端口接收FPGA送來(lái)的視頻數(shù)據(jù),輸入視頻端口既可以接收16bit的高清YCrCb數(shù)據(jù),也可以接收符合 BT656標(biāo)準(zhǔn)的8bit標(biāo)清YCrCb數(shù)據(jù);輸出視頻端口輸出符合BT656標(biāo)準(zhǔn)的8bit標(biāo)清YCrCb數(shù)據(jù),DSP將輸出的視頻數(shù)據(jù)送給FPGA。
3 FPGA電路設(shè)計(jì)
FPGA用于接收、轉(zhuǎn)發(fā)及處理各種視頻信號(hào),實(shí)現(xiàn)視頻縮放、視頻切換等功能。
FPGA共有如下幾種功能接口:
?。?)外視頻PAL.D數(shù)字視頻接收接口,4路,符合BT656格式的YCrCb信號(hào),每路視頻接口為8位數(shù)據(jù)信號(hào),1位時(shí)鐘線,時(shí)鐘頻率27MHz;
(2)外視頻高清視頻YCrCb接收接口:1路,16位數(shù)據(jù)信號(hào),l位時(shí)鐘線,時(shí)鐘頻率74.25MHz,4位控制線;
?。?)接收DSP送來(lái)的標(biāo)清數(shù)據(jù):1路,符合BT656格式的YCrCb信號(hào),8位數(shù)據(jù)信號(hào),1位時(shí)鐘線,時(shí)鐘頻率27MHz;
(4)標(biāo)清數(shù)字視頻發(fā)送接口:1路,符合BT656格式的YCrCb信號(hào),8位數(shù)據(jù)信號(hào),1位時(shí)鐘線,時(shí)鐘頻率27MHz;
?。?)PAL.D數(shù)字視頻發(fā)送接口:1路,符合BT656格式的YCrCb信號(hào),8位數(shù)據(jù)信號(hào),1位時(shí)鐘線,時(shí)鐘頻率27MHz,2位控制信號(hào);
?。?)送給DSP的高清數(shù)字視頻接口:1路,16位數(shù)據(jù)信號(hào),l位時(shí)鐘線,時(shí)鐘頻率74.25MHz,4位控制線;
?。?)送給DSP的標(biāo)清數(shù)字視頻接口:1路,符合BT656格式的YCrCb信號(hào),8位數(shù)據(jù)信號(hào),l位時(shí)鐘線,時(shí)鐘頻率27MHz;
?。?)視頻緩存接口:3片SRAM存儲(chǔ)器。
視頻處理模塊中,F(xiàn)PGA是其功能控制與處理算法實(shí)現(xiàn)的核心器件。隨著FPGA工藝和技術(shù)的不斷發(fā)展,其邏輯容量、存儲(chǔ)器資源、DSP乘加器、軟硬IP核資源都在不斷地?cái)U(kuò)展和豐富比,使以FPGA為核心完成復(fù)雜功能的硬件設(shè)計(jì)成為可能。FPGA芯片選用Xilinx公司的Spartan6系列低功耗FPGA-XC6SLXl00,XC6SLXl0芯片豐富的邏輯資源與存儲(chǔ)器資源允許進(jìn)行復(fù)雜的視頻處理邏輯開(kāi)發(fā)口。
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4 FPGA內(nèi)部視頻處理邏輯設(shè)計(jì)
FPGA邏輯結(jié)構(gòu)功能框圖如圖2所示。
高清HDMI的視頻信號(hào)時(shí)序?yàn)榉细咔逡?guī)范的16bit顏色深度的YCrCb信號(hào),經(jīng)縮放處理模塊縮小后送入SRAM緩存,高清視頻分辨率經(jīng)縮小后由 1920×1080i變?yōu)?40×4801,該視頻數(shù)據(jù)經(jīng)時(shí)序重構(gòu)模塊填充成720×576i,并符合BT656標(biāo)準(zhǔn)。高清原始視頻和縮放后的視頻經(jīng)2路切換控制模塊之后選擇性地送入DSP的視頻端口。
4路PAL視頻解碼后圖像信號(hào)時(shí)序?yàn)榉螧T656格式的8bit寬度YCrCb信號(hào),分辨率為720×576i。4路PAL視頻經(jīng)過(guò)縮放處理后合成l路視頻,分別在屏幕的左上、左下、右上及右下四個(gè)位置顯示4路PAL視頻,每一路 PAL視頻的分辨率縮小為360×288。處理之后的PAL視頻與原始4路PAL視頻經(jīng)過(guò)5路切換處理之后輸入1路PAL視頻送給DSP。
DSP處理后的視頻送給FPGA,在FPGA內(nèi)部做1分2處理后輸出2路標(biāo)清視頻。、
圖2FPGA邏輯功能框圖
5結(jié)束語(yǔ)
本文介紹基于DSP+FPGA的視頻處理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)完成視頻縮放及視頻切換的功能,DSP負(fù)責(zé)視頻的特殊處理,提供多路視頻任意切換顯示,減少了視頻顯示通道的延遲,較好地滿足了車載視頻綜合顯示的需求。
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