基于GM8180的车载DVR硬件架构的设计

2012-07-18李剑峰张江鑫

杭州电子科技大学学报(自然科学版) 2012年5期

李剑峰，张江鑫

(浙江工业大学信息学院，浙江杭州310023)

0 引言

随着中国经济的飞速发展和长途客运的快速增长，道路交通事故呈上升趋势，给国家和人民的生命财产带来巨大损失。因此，数字视频录像机(Digital Video Recorder，DVR)在安防监控领域应用越来越广泛，目前DVR已广泛应用到金融、文博、酒店、交通、商业、医院、工厂、学校、住宅小区物业管理等各个领域。从目前趋势看，多媒体监控系统的应用领域还在不断扩展［1］。车载DVR是DVR在具体应用领域的一种具体应用机型，具有先进的功能和极高的性价比，成为广大安防工程商、车媒广告公司及车辆运输公司新的利润增长点，拥有巨大的市场容量和广阔的市场前景［2］。本文介绍了一套基于主芯片8180的车载DVR设备的硬件架构的设计，先给出了系统框架，然后给出了硬件总体框架，最后给出了主要模块，如视音频采集模块的设计。

1 系统框架

DVR系统一般分为4个部分:视音频采集模块，视音频处理模块(主控模块)，视音频存储模块，通信模块。如图1所示。

图1 系统框架

视音频采集模块主要完成对音视频的采集及初步处理，以及运动检测;视音频处理模块主要完成整个系统的控制以及视音频数据的压缩编码;存储模块主要包括大容量硬盘和SD卡，主要负责对处理后的视音频数据进行存储，备份，以便后期查询;通信模块主要完成外部设备与系统的通信，实现了远程控制终端与主控模块之间的信息交换。

2 硬件总体架构及视音频采集模块的设计

2.1 硬件总体架构

目前市场上比较典型的嵌入式视频监控方案主要有3种:一是DSP处理器+视频采集芯片;二是DSP处理器+嵌入式处理器+视频采集芯片;三是嵌入式处理器+视频采集芯片+视频压缩芯片。前两种方案虽然能得到更加清晰的图像质量，但是开发周期长、开发难度大、开发成本高;第三种方案虽然图像质量相对来说较差，但是开发周期短、难度小、成本低。所以本套设计选用第三种方案。

本套车载DVR系统设计时希望有比较高的性价比，所以在选择CPU的时候，不仅要确保CPU的功能可以达到系统的设计要求，最好能预留一定的扩展空间，还需要充分考虑CPU的成本，因此，选择智源公司生产的ARM9芯片GM8180作为视频处理的主芯片。同时，选择ARM处理器移植操作系统，使之能处理较复杂的任务。

GM8180是一款高集成度并同时带硬编码和硬解码的真正的SOC，支持H.264，MPEG4以及JPEG的编码和解码，CPU为ARM内核，并且核心频率高达333/500MHz.GM8180还集成了DDR控制器、Flash/S静态存储控制器，以及支持2路8位ITU—R BT.656视频采集控制器、USBOTG、MMC/SDC、IDE、I2C、SPI、I2S、AC97 等［3］。

GM8180支持双芯片主/从架构，同时具备双重PCI主/从模式的设计，也大幅减少多通道DVR应用的系统复杂度，单芯片能够实现H.264D175fps的编解码，非常适用于4路、8路H.264DVR，两颗级联设计应用于16路H.264DVR产品中，在市场上非常有竞争力。

硬件框架如图2所示，本系统通过视音频采集芯片TW2835接收4路摄像头的视音频信息，将4路视音频输入合成一路视音频输出后，送给主芯片GM8180的2路视频采集通道中的一路，GM8180通过自带的H.264压缩编码将BT.656格式的视音频数据转化为H.264格式视音频数据，无须外接另外的编码芯片。PCI总线将经过GM8180编码过的视音频数据送进硬盘中，3G模块也会将数据传输给控制中心。同时，整个系统还集成了DDR，FLASH，RTC，JTAG等模块，

图2 硬件总体架构

2.2 视音频采集模块设计

GM8180片上集成的视频采集模块可以提供2路8位采集通道。输出ITU—R BT.656的CMOS视频采集模块，可以直接与GM8180相连接;输出CVBS或者S—Video模拟信号的采集模块，则需要外接视频解码芯片［4］。目前市面上视音频采集芯片主要包括Philips公司的SAA711X系列、台湾EMPIA公司的EM2820、TECHWELL公司的TW2835等，考虑到TW2835视音频采集芯片在满足系统设计要求的前提下，能达到最高的性价比，所以本系统中采用TW2835实现视音频的采集。

TW2835包括4个高质量的NISC/PAL视频解码器、4个音频模拟数字转换器、1个音频复用器、双色显示控制器、双视频解码器以及一个先进的OSD［5］。

如图3、4所示，TW2835接收到从摄像头捕捉的模拟视频信息，经过ITU—RBT.656视频编码器将4路CIF格式视频编码成一路 BT.656 D1的数字视频，由接口 VDOY［0－7］和 MPP1［0－7］送进GM8180的2个视频采集通道，其中V_DI［0－7］采集通道接收的是格式为D1的数字视频，时钟由接口CLKVDOY控制，V2_DI［0－7］采集通道接收的缩放为CIF大小的D1数据加上3路CIF数据构成，时钟由接口CLKMPP控制。

系统还支持视频回放功能，对存储编码的数字信号进行回放时必须先将其转化成模拟信号。当需要对视频进行回放时，TW2835的PBCLK接口送给GM8180的时钟引脚V_CLK0，GM8180从硬盘中读出要回放的数据，通过管脚V_DO［0－7］送给TW2835，经过D/A转换，输出给显示屏进行观看。

GM8180提供多种音频输入接口，包括1个AC97和2个I2S接口。本系统的音频处理也是在TW2835中完成的，图4中，TW2835的视频和音频是分开完成的。TW2835的4个音频采集接口AIN［0－3］接收模拟音频信息，通过A/D转换，滤波器过滤，一边经过D/A转换，送给AOUT接口，和视频信号一起通过显示屏进行实时显示;另一边直接将数字音频数据通过接口ADATR送给GM8180的音频输入接口I2S_RXD，I2S_BCLK用来提供系统的音频时钟。