基于Hi3531的高清跟踪摄像机的硬件设计

崔彦彬

摘要：随着信息化快速的发展，高清跟踪摄像机得到普遍应用，受政策的影响，教育录播市场在近些年得到蓬勃发展，人们对高清摄像机的需求也有了很大的增长。本文基于华为海思的Hi3531处理器，设计了新一代的高清跟踪摄像机，并详细分析了系统硬件方案。通过实际的样机验证，证明了该方案的优越性、可行性。

关键词：Hi3531 高清 跟踪 摄像机

中图分类号：TN919.81 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0157-01

1 前言

本文提出了一种基于Hi3531为核心的高清跟踪摄像机的硬件方案，该方案同时集成了两个高清摄像头，能够完成2台传统摄像机的工作，大大简化了系统方案。

2 高清跟踪摄像机的系统方案设计

高清跟踪摄像机主要由以下几个部分构成：高清图像采集模块、图像处理与智能分析控制模块、高清图像输出模块、音频输入输出模块、云台控制模块、对外接口以及电源模块等。高清图像采集模块包含2种高清视频来源，分别拍摄特写图像和全景图像；图像处理与智能分析控制模块完成图像的分析并智能确定拍摄目标的位置、发出准确的跟踪命令；云台控制模块接受跟踪命令，实现具体的跟踪动作；音频输入输出模块采集用于声音的采集与播放；高清图像输出模块用于输出两路高清图像，对应于两路采集模块的视频来源；电源模块为整个系统的各个部分提供能量[1]。

3 高清跟踪摄像机的主要硬件设计

高清跟踪摄像机的硬件设计是以Hi3531为核心进行的，包括多个硬件模块，如Hi3531最小系统、高清采集部分、音频部分、高清输出部分、接口部分、云台控制部分、接口部分、电源部分[2]。

3.1 Hi3531最小系统设计

Hi3531最小系统主要包括DDR3内存、FLASH和电源部分。Hi3531拥有2个DDRC控制器，支持DDR3标准接口，最高总线频率为620Mhz。在本设计中，选用了SAMSUNG公司的4片K4B2G1646Q内存，总1GB的内存容量。Hi3531支持从SPI FLASH进行引导，在本设计中，采用了SPANSION公司的S25FL128P0XMFI011存储器。

3.2 高清采集部分的硬件设计

高清跟踪摄像机的采集模块包含2个高清视频来源，一个为标准的高清机芯模组，一个为使用高清SENSOR和图像处理芯片自行构建的高清模块。本设计中采用的高清机芯模组是SONY公司的FCB-EH6300，它输出的是LVDS信号，而Hi3531只支持BT.1120数据输入，故本设计中添加了一颗LVDS转换芯片THC63LVD104C。THC63LVD104C是THINE公司开发一款LVDS接收器，它可以将LVDS信号转换为最高35bit的CMOS/TTL信号输出。自行构建的高清模块采用了高清CMOS传感器MN34041、高性能的ISP处理器NVP2421，该模块将图像数据经处理后转换为BT.1120数据，送到Hi3531进行后续分析使用。MN34041是PANASONIC公司一款高清CMOS传感器，具有200万像素，像元尺寸2.75um。NVP2421是NEXTCHIP公司开发的一款高性价比和高性能的ISP处理器，支持3A处理、WDR和图像增强等功能。

3.3 音频输入输出部分的硬件设计

高清跟踪摄像机的音频包括1个LINE输入和2个LINE输出，用于拍摄现场的声音采集和播放。该模块采用了TI公司的TLV320AI

C3101芯片，与Hi3531通过I2S总线进行连接。TLV320AIC3101是TI开发的一款低功耗的立体声音频编解码器，它拥有高达102dB的信噪比，能够逼真的还原现场的声音。

3.4 高清输出部分的硬件设计

高清跟踪摄像机有2个高清输出接口，均为SDI接口。SDI是美国电源与电气工程协会SMPTE定义的视频标准接口，它提供了一种无损的视频编码方式[3]。Hi3531提供了一个BT.1120输出接口和一个HDMI输出接口。BT.1120输出信号可以通过GV7600转换为SDI信号；HDMI输出的视频信号需要先转换为BT.1120信号，然后再通过GV7600转换为SDI信号。GV7600是GENNUM公司开发的一款SDI 发送芯片，支持多种SDI信号发送，包括SD-SDI、HD-SDI和3G-SDI。

3.5 云台控制部分的硬件设计

高清跟踪摄像机的云台部分是系统非常重要的部分，在本设计中，该功能主要由MCU STM32F103控制电机驱动芯片TMC5031来实现。STM32F103是ST公司基于Cortex-M3开发一款高性能的MCU控制器，主频最高72Mhz，最高有512K的FLASH容量，外设接口丰富，有完整的开发资源。在本设计中，MCU控制器接收来自Hi3531的运动控制命令，通过电机驱动芯片TMC5031控制电机的平稳运行，实现系统的跟踪功能。

3.6 接口部分的硬件设计

高清跟踪摄像机的对外接口主要有电源接口、网络接口、SDI接口、RS232接口、RS485接口以及音频接口。RS232、RS485由STM32F103进行控制，经过接口驱动后与外部系统进行通信。网络接口由Hi3531直接进行控制，实现网络控制和网络视频流的传输。

3.7 电源部分的硬件设计

高清跟踪摄像机的电源采用12V电源输入，内部生成1.0V、 1.5V、1.8V、3.3V等电源，这些电源均由12V经过DC-DC转换电路生成。为了系统的稳定运行，DC-DC电路均经过了仿真设计，确保电源电压的纹波小于5%。

4 结语

根据教育录播系统演化的发展趋势，本文以Hi3531为核心，提出了一种高清跟踪摄像机的硬件设计方案。通过实际的样品测试，新的高清摄像机在拍摄跟踪、成本控制、系统集成上均表现出了明显的优势。

参考文献

[1]周晶晶.国家精品课程建设的现状、问题与对策—以教育类国家精品课程为例[D].浙江师范大学，2009.

[2]张志刚.高校课堂网络实时录播系统设计与实现[D].河北科技大学，2014.

[3]董素玲，王真.HDMI到HD—SDI接口转换在高清视频系统中的应用[J].徐州建筑职业技术学院学报，2011（2）.