基于ARM＋DSP雙核的電視信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

侯冬晴

（吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南吉首 416000）

基于ARM＋DSP雙核的電視信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

侯冬晴

（吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南吉首 416000）

為節(jié)約電視信號采集系統(tǒng)成本和減少功耗，設(shè)計(jì)了一款基于ARM＋DSP雙核的電視信號采集系統(tǒng).該系統(tǒng)的中央處理器采用TI公司的TMS320DM8168.DSP完成電視信號的采集和壓縮，ARM將壓縮的數(shù)據(jù)傳送到視頻服務(wù)器.操作系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)，用來完成軟、硬件的管理.軟件開發(fā)需要完成的任務(wù)是操作系統(tǒng)的移植、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件的編程.

雙核心ARM；電視信號采集系統(tǒng)；Linux操作系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)程序

雖然許多電視節(jié)目在網(wǎng)上同步播出或者在網(wǎng)上能夠找到，但是時(shí)間長了，有很多電視節(jié)目無法找到.為了便于用戶能夠保存自己喜愛的電視節(jié)目，并設(shè)定節(jié)目錄制的時(shí)間段，筆者開發(fā)了基于ARM的電視信號采集系統(tǒng).

現(xiàn)行的電視信號采集方案為計(jì)算機(jī)加視頻采集卡的形式，由視頻采集卡完成模擬AV信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由DSP處理器壓縮成CIF數(shù)據(jù)格式，再利用PCI接口傳送給計(jì)算機(jī).計(jì)算機(jī)將接收到的圖像保存到本機(jī)硬盤上或傳送到視頻服務(wù)器上.［1］該方案存在下列不足之處：（1）一個(gè)采集點(diǎn)需要1臺(tái)計(jì)算機(jī)和1塊視頻采集卡，設(shè)備的成本很高；（2）需要計(jì)算機(jī)及其輔助設(shè)備24h開機(jī)，電源損耗很大；（3）電腦24h開機(jī)，引發(fā)火災(zāi)的可能性很大，特別在炎熱的夏天，會(huì)給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來很大的威脅.

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

圖1 電視信號采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

電視信號采集系統(tǒng)由電視信號采集本地機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)視頻服務(wù)器組成，該電視信號采集系統(tǒng)能夠?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)上的其他計(jì)算機(jī)提供視頻服務(wù).電視信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示.

電視信號采集系統(tǒng)中的本地機(jī)電視信號采集設(shè)備，由電視機(jī)頂盒和電視信號采集本地機(jī)組成.電視機(jī)頂盒機(jī)接收的內(nèi)容除了模擬圖像和聲音之外，還能夠接收數(shù)據(jù)內(nèi)容，包括電子節(jié)目指南、因特網(wǎng)網(wǎng)頁、字幕等.機(jī)頂盒的輸出是分離的模擬音頻和視頻信號，簡稱AV信號.

本地機(jī)的硬件由音視頻前端處理模塊和核心處理模塊組成.核心處理模塊由顯示器、鍵盤／鼠標(biāo)、遙控終端、ARM＋DSP雙核處理器、閃存、內(nèi)存、硬盤等組成，其功能是將分離的音視頻輸入信號經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換后，音頻信號以音頻流的格式輸出，視頻信號以BT.656的格式輸出.［2］

視頻服務(wù)器用來存放來自本地機(jī)的音視頻文件，須編寫視頻服務(wù)器服務(wù)軟件，其功能是接收來自本地機(jī)的音視頻文件，完成常規(guī)的文件管理任務(wù)，保存、播放、暫停、編輯音視頻文件，為互聯(lián)網(wǎng)上的其他計(jì)算機(jī)提供音視頻服務(wù).

互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能夠共享視頻服務(wù)器提供的視頻服務(wù)，常規(guī)的軟件都有現(xiàn)成的，能夠?qū)崿F(xiàn)電視節(jié)目的觀看、保存、編輯等功能.

2 本地機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電視信號采集系統(tǒng)本地機(jī)是電視信號采集系統(tǒng)的重要組成部分.本地機(jī)的主要硬件由音視頻前端處理模塊和核心處理模塊組成，具體的組成如圖2所示.

圖2 本地機(jī)的硬件組成

音視頻前端處理模塊接收來自多個(gè)機(jī)頂盒輸出的多路音視頻信號，這些信號為音視頻分離的YUV信號，經(jīng)過亮度和色彩分離后形成音視頻流.視頻輸出的是格式為BT.656的色差信號.音頻可以輸出解碼后的數(shù)字信號，也可以輸出編碼后的音頻模擬信號.

核心處理模塊由顯示器、鍵盤／鼠標(biāo)、遙控終端、ARM＋DSP雙核處理器、閃存、內(nèi)存和硬盤等模塊組成.［3］音視頻前端處理模塊接收多路的音頻和視頻輸入信號，并將這些信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的視頻信號以BT.656的格式輸出，音頻信號以音頻流的格式輸出.

本地機(jī)中處理器采用的是ARM＋DSP雙核結(jié)構(gòu).DSP數(shù)字信號處理器只負(fù)責(zé)處理音視頻流，形成音視頻文件，其他的任務(wù)都由ARM核完成.本地機(jī)核心處理模塊可以通過兩線串口對音視頻前端處理模塊進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對音頻信號的采樣頻率，對視頻信號的色調(diào)、飽和度、對比度、亮度和銳利度的控制.同時(shí)，核心處理模塊通過串行口和遙控終端通信，本地機(jī)運(yùn)行遙控終端軟件，其功能是向遙控終端發(fā)各種命令，通過遙控終端控制機(jī)頂盒，完成電視節(jié)目的選臺(tái)、音量的調(diào)節(jié)、節(jié)目的搜索、制式選擇等所有電視機(jī)頂盒的功能.

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本地機(jī)的軟件采用的是嵌入式的Linux操作系統(tǒng)，其任務(wù)是完成對軟件和硬件的管理工作.軟件層次可分為3層（Linux內(nèi)核層、驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層），主要任務(wù)是開發(fā)部分驅(qū)動(dòng)程序、編寫服務(wù)軟件、編寫信號采集軟件、編寫遙控軟件等.軟件層次如圖3所示.

圖3 本地機(jī)的軟件層次

Linux是基于Unix概念而發(fā)展出來的操作系統(tǒng)，Linux具有與Unix系統(tǒng)相似的程式介面和操作方式，繼承了Unix穩(wěn)定并且效率高的特點(diǎn).由于Linux是基于GPL授權(quán)下的產(chǎn)物，因此任何人皆可以自由取得Linux.Linux因支援者眾多，有相當(dāng)多的熱心團(tuán)體、個(gè)人參與其中的開發(fā)，故可以隨時(shí)獲得最新的安全資訊，并給予隨時(shí)地更新，亦即具有相對安全的特點(diǎn).基于這些優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng).

完成嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植，需要4個(gè)步驟：（1）Bootloader的移植；（2）Linux內(nèi)核的移植；（3）根文件系統(tǒng)的移植；（4）圖形界面的移植.這4個(gè)步驟成功完成后，Linux操作系統(tǒng)能夠在本地機(jī)上成功運(yùn)行.

因?yàn)楸镜貦C(jī)的核心功能是將電視信號轉(zhuǎn)化成音視頻文件，所以系統(tǒng)需編寫本地機(jī)音視頻文件的管理軟件，該軟件實(shí)現(xiàn)音視頻文件保存的功能，其文件操作由操作系統(tǒng)完成.這樣就可以通過互聯(lián)網(wǎng)將音視頻文件發(fā)送到視頻服務(wù)器，為互聯(lián)網(wǎng)上的其他計(jì)算機(jī)提供視頻服務(wù).

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)了一款基于雙核心的ARM＋DSP電視信號采集系統(tǒng)，電視信號采集系統(tǒng)采用最新的嵌入式處理器，將ARM技術(shù)和DSP技術(shù)緊密的結(jié)合在一起.用此處理器開發(fā)的電視信號采集系統(tǒng)，不僅能夠節(jié)省硬件成本，而且能夠減少功耗.信號采集系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)，不僅穩(wěn)定可靠，而且是自由軟件.

［1］ 溫淑鴻，蘇 宇，柴劍平，等.基于嵌人式系統(tǒng)的廣播電視數(shù)據(jù)采集回傳技術(shù)［J］.電視技術(shù)，2011，35（6）：53－56.

［2］ 孫繼業(yè)，楊海釗，江漢文.電視播出信號監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電視技術(shù)，2009（7）：118－122.

［3］ 姚 旸.利用FPGA實(shí)現(xiàn)視頻信號的采集［J］.廣播電視技術(shù)，2009（2）：14－15.

Design of TV Signal Collecting System Based on Double Core ARM＋DSP

HOU Dong－qing
（College of Information Science and Engineering，Jishou University，Jsihou 416000，Hunan China）

The paper discusses the TV signal collecting system based on double core ARM＋DSP.The CPU of this collecting system makes use of TMS320DM8168by T1Corporation.The DSP core of collecting system achieves the TV signal collecting and compression，and the ARM core finishes the task of transferring the data to video server.This collecting system makes use of Linux operating system，which functions to manage the hardware and the software.The tasks of developing software is the transplant of operating system，the compiling of driving program and the programming of application software.This collecting system can operate at lower cost and power consumption than those by traditional PC visual collecting card construction.

double core of ARM＋DSP；TV signal collecting system；Linux operating system；driving program

TN919.8

A

10.3969／j.issn.1007－2985.2013.06.009

1007－2985（2013）06－0030－03

2013－08－25

侯冬晴（1974－），男，湖南張家界人，吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院副教授，碩士，主要從事嵌入式系統(tǒng)研究.