达芬奇架构在智能监控系统中的应用研究

司翠平

摘 要：该文介绍了达芬奇架构的技术特点，研究了基于达芬奇技术搭建嵌入式系统的一般方法以及一些关键技术，提出了达芬奇架构的嵌入式系统在智能监控领域的应用方案，阐述了利用基于达芬奇架构的嵌入式系统实现智能监控的流程和方法。

关键词：嵌入式系统 达芬奇架构 智能监控

中图分类号：TN919.8 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（c）-0013-03

近年来，物联网技术发展迅速，产品的智能化水平不断提高。嵌入式系统技术在提高产品智能化水平方面作用显著。与人们生活息息相关的网络视频、视频监控等智能监控技术广泛应用于军事、安全、医疗卫生、交通运输、航空航天等领域。随着嵌入式处理器技术的高速发展，嵌入式系统在数字视频技术中的应用越来越受到人们的关注。传统的嵌入式视频监控系统主要使用ARM+DSP来搭建硬件处理平台，在前端对视频进行处理分析并实时产生分析结果。这种搭建方式硬件平台设计比较复杂，成本也比较高。现在TI公司利用达芬奇技术将ARM核和DSP核集成于一片SOC，不仅有利于系统的模块化设计，而且有效降低了系统开发成本，缩短了系统开发周期，其研究价值和应用前景广阔。

1 嵌入式系统、智能监控及达芬奇架构简介

嵌入式系统是以应用为中心，以嵌入式微处理器为内核，以微电子技术、计算机技术、信号处理技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。其应用模式有两种：其一是单片机式的应用模式，该模式的嵌入式系统的硬件平台以功能较为简单的微处理器为核心搭建，软件的开发基于微处理器硬件资源完成，缺乏统一标准，移植性较差。适用于成本低，功能简单的应用。其二是处理器加操作系统的应用模式，该模式的嵌入式系统的硬件平台以功能强大的微处理器为核心，并在微处理器的flash中安装操作系统。软件开发基于操作系统完成，由于操作系统的标准统一，功能完善，因此，其移植性较好。该模式适用于功能较为复杂的应用。

智能监控系统是近几年发展起来的一种网络化数字视频监控系统，它将所采集的视频监控信号在采集端进行图像处理，然后对图像处理结果通过网络进行传输，而监控端采集的视频直接存储于监控端的数字化设备中。在这样的监控系统中，监控端做了大部分的视频处理工作，只有数据量较少的处理结果通过网络完成传输。将智能监控系统与即将登场的5G移动通信网络技术相结合必将给人们的生活带来很大的便捷，其应用前景广阔。

达芬奇架构是根据多媒体应用的各种需要，由德州仪器公司将一系列全新技术和服务整合在一起，成功实现数字视频需要的四大要素的最新进步，即处理器、开发工具、软件以及系统专业技术。其采用双核嵌入式处理器架构，内部集成了ARM内核和C64x+DSP内核。ARM内核主要负责系统控制功能，而C64x+DSP内核主要负责高密度数据处理。移植嵌入式操作系统后可更大限度地发挥硬件作用，构成一个良好的基于网络的嵌入式产品开发平台。由于能夠在集成这4种要素的平台中实现数字视频、音频、语音与话音技术等，从而形成一套完整易用的多媒体应用开发解决方案，特别是针对视频应用的开发，该架构全方位满足各种数字视频终端设备对价格、性能以及功能等多方面的需求。其系统架构如图1所示。

智能监控系统不但需要对视频数据进行实时处理，还需要对处理结果的网络传输实现很好的控制，因此基于达芬奇架构的DM6446处理器成为了我们组建智能监控系统的最佳选择。

2 达芬奇架构的嵌入式系统的搭建

基于达芬奇架构的嵌入式系统的组成一般是由嵌入式硬件系统和嵌入式软件系统两部分组成，其系统组成如图2所示。嵌入式硬件系统由达芬奇架构的处理器和相关的外围接口电路构成，它的功能是搭建一个硬件平台支持嵌入式软件系统的运行。嵌入式软件系统包括嵌入式操作系统、硬件设备驱动程序和嵌入式应用软件3部分，它是整个系统的控制和数据运算核心。

达芬奇架构的嵌入式系统的硬件系统设计方案采用模块化的设计方法。该系统硬件设计是以达芬奇架构的处理器为核心，分别设计了视频采集模块、视频输出模块、存储模块、电源模块、通信模块包括以太网和232串口以及其他模块包括时钟模块等。

由于达芬奇架构采用双核嵌入式处理器架构，内部集成了ARM内核和C64x+DSP内核。因此，我们在软件系统搭建的过程中除了建立ARM开发环境外，还需要安装DVEVM软件。DVEVM软件包括多媒体数字信号编解码器引擎组件、DSP/BIOS链接器、音视频演示文件、xDAIS和xDM头文件、Linux邻接存储空间分配器等，其具体操作过程该文不再详述。

3 利用达芬奇架构的嵌入式系统实现智能监控

硬件系统电路由视频采集模块、视频处理模块、存储模块、视频输出模块、通信模块以及电源模块、时钟模块等部分构成。视频采集模块将采集到的原始视频图像经过模数转换输入到视频处理模块中，视频图像由处理模块处理、分析后存储或缓存到存储模块，最后将存储模块中的数据按照系统功能需求，通过视频输出模块输出通信模块，通信模块主要是实现智能视频分析系统与其他设备间的数据传输与通信，同时系统中报警模块按照预设规则实现报警。电源模块主要给硬件系统供电和进行电源监控、复位，时钟模块主要是给系统中各芯片提供基准时钟。系统的硬件组成框图如图3所示。

由图3可见，监控终端的硬件组成可分为监控摄像头、达芬奇架构的CPU、网络接口芯片、电源以及时钟等部分。上述几部分功能相对独立，都已实现高度集成化，大部分可以直接购买获得并且相互之间的接口都已经实现标准化，所以监控终端的硬件电路设计充分体现了模块化设计思想，实际设计过程简单方便，有效缩短产品设计时间。

由于硬件电路设计的高度集成化以及接口的标准化，从而大大减少了硬件设备驱动程序的工作量和复杂性。基于系统的硬件电路设计，硬件驱动程序设计只需完成USB接口驱动设计和以太网网卡驱动设计，即可满足应用软件的算法开发的底层支持。而USB接口驱动和以太网网卡驱动由于接口的标准化，都已经集成到LINUX操作系统中，所以只要将LINUX根据实际应用进行优化并移植到硬件平台上即可。