基于Hi3531的高清跟蹤攝像機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

崔彥彬

摘要：隨著信息化快速的發(fā)展，高清跟蹤攝像機(jī)得到普遍應(yīng)用，受政策的影響，教育錄播市場在近些年得到蓬勃發(fā)展，人們對高清攝像機(jī)的需求也有了很大的增長。本文基于華為海思的Hi3531處理器，設(shè)計(jì)了新一代的高清跟蹤攝像機(jī)，并詳細(xì)分析了系統(tǒng)硬件方案。通過實(shí)際的樣機(jī)驗(yàn)證，證明了該方案的優(yōu)越性、可行性。

關(guān)鍵詞：Hi3531 高清 跟蹤 攝像機(jī)

中圖分類號：TN919.81 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0157-01

1 前言

本文提出了一種基于Hi3531為核心的高清跟蹤攝像機(jī)的硬件方案，該方案同時集成了兩個高清攝像頭，能夠完成2臺傳統(tǒng)攝像機(jī)的工作，大大簡化了系統(tǒng)方案。

2 高清跟蹤攝像機(jī)的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

高清跟蹤攝像機(jī)主要由以下幾個部分構(gòu)成：高清圖像采集模塊、圖像處理與智能分析控制模塊、高清圖像輸出模塊、音頻輸入輸出模塊、云臺控制模塊、對外接口以及電源模塊等。高清圖像采集模塊包含2種高清視頻來源，分別拍攝特寫圖像和全景圖像；圖像處理與智能分析控制模塊完成圖像的分析并智能確定拍攝目標(biāo)的位置、發(fā)出準(zhǔn)確的跟蹤命令；云臺控制模塊接受跟蹤命令，實(shí)現(xiàn)具體的跟蹤動作；音頻輸入輸出模塊采集用于聲音的采集與播放；高清圖像輸出模塊用于輸出兩路高清圖像，對應(yīng)于兩路采集模塊的視頻來源；電源模塊為整個系統(tǒng)的各個部分提供能量[1]。

3 高清跟蹤攝像機(jī)的主要硬件設(shè)計(jì)

高清跟蹤攝像機(jī)的硬件設(shè)計(jì)是以Hi3531為核心進(jìn)行的，包括多個硬件模塊，如Hi3531最小系統(tǒng)、高清采集部分、音頻部分、高清輸出部分、接口部分、云臺控制部分、接口部分、電源部分[2]。

3.1 Hi3531最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Hi3531最小系統(tǒng)主要包括DDR3內(nèi)存、FLASH和電源部分。Hi3531擁有2個DDRC控制器，支持DDR3標(biāo)準(zhǔn)接口，最高總線頻率為620Mhz。在本設(shè)計(jì)中，選用了SAMSUNG公司的4片K4B2G1646Q內(nèi)存，總1GB的內(nèi)存容量。Hi3531支持從SPI FLASH進(jìn)行引導(dǎo)，在本設(shè)計(jì)中，采用了SPANSION公司的S25FL128P0XMFI011存儲器。

3.2 高清采集部分的硬件設(shè)計(jì)

高清跟蹤攝像機(jī)的采集模塊包含2個高清視頻來源，一個為標(biāo)準(zhǔn)的高清機(jī)芯模組，一個為使用高清SENSOR和圖像處理芯片自行構(gòu)建的高清模塊。本設(shè)計(jì)中采用的高清機(jī)芯模組是SONY公司的FCB-EH6300，它輸出的是LVDS信號，而Hi3531只支持BT.1120數(shù)據(jù)輸入，故本設(shè)計(jì)中添加了一顆LVDS轉(zhuǎn)換芯片THC63LVD104C。THC63LVD104C是THINE公司開發(fā)一款LVDS接收器，它可以將LVDS信號轉(zhuǎn)換為最高35bit的CMOS/TTL信號輸出。自行構(gòu)建的高清模塊采用了高清CMOS傳感器MN34041、高性能的ISP處理器NVP2421，該模塊將圖像數(shù)據(jù)經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換為BT.1120數(shù)據(jù)，送到Hi3531進(jìn)行后續(xù)分析使用。MN34041是PANASONIC公司一款高清CMOS傳感器，具有200萬像素，像元尺寸2.75um。NVP2421是NEXTCHIP公司開發(fā)的一款高性價比和高性能的ISP處理器，支持3A處理、WDR和圖像增強(qiáng)等功能。

3.3 音頻輸入輸出部分的硬件設(shè)計(jì)

高清跟蹤攝像機(jī)的音頻包括1個LINE輸入和2個LINE輸出，用于拍攝現(xiàn)場的聲音采集和播放。該模塊采用了TI公司的TLV320AI

C3101芯片，與Hi3531通過I2S總線進(jìn)行連接。TLV320AIC3101是TI開發(fā)的一款低功耗的立體聲音頻編解碼器，它擁有高達(dá)102dB的信噪比，能夠逼真的還原現(xiàn)場的聲音。

3.4 高清輸出部分的硬件設(shè)計(jì)

高清跟蹤攝像機(jī)有2個高清輸出接口，均為SDI接口。SDI是美國電源與電氣工程協(xié)會SMPTE定義的視頻標(biāo)準(zhǔn)接口，它提供了一種無損的視頻編碼方式[3]。Hi3531提供了一個BT.1120輸出接口和一個HDMI輸出接口。BT.1120輸出信號可以通過GV7600轉(zhuǎn)換為SDI信號；HDMI輸出的視頻信號需要先轉(zhuǎn)換為BT.1120信號，然后再通過GV7600轉(zhuǎn)換為SDI信號。GV7600是GENNUM公司開發(fā)的一款SDI 發(fā)送芯片，支持多種SDI信號發(fā)送，包括SD-SDI、HD-SDI和3G-SDI。

3.5 云臺控制部分的硬件設(shè)計(jì)

高清跟蹤攝像機(jī)的云臺部分是系統(tǒng)非常重要的部分，在本設(shè)計(jì)中，該功能主要由MCU STM32F103控制電機(jī)驅(qū)動芯片TMC5031來實(shí)現(xiàn)。STM32F103是ST公司基于Cortex-M3開發(fā)一款高性能的MCU控制器，主頻最高72Mhz，最高有512K的FLASH容量，外設(shè)接口豐富，有完整的開發(fā)資源。在本設(shè)計(jì)中，MCU控制器接收來自Hi3531的運(yùn)動控制命令，通過電機(jī)驅(qū)動芯片TMC5031控制電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的跟蹤功能。

3.6 接口部分的硬件設(shè)計(jì)

高清跟蹤攝像機(jī)的對外接口主要有電源接口、網(wǎng)絡(luò)接口、SDI接口、RS232接口、RS485接口以及音頻接口。RS232、RS485由STM32F103進(jìn)行控制，經(jīng)過接口驅(qū)動后與外部系統(tǒng)進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò)接口由Hi3531直接進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制和網(wǎng)絡(luò)視頻流的傳輸。

3.7 電源部分的硬件設(shè)計(jì)

高清跟蹤攝像機(jī)的電源采用12V電源輸入，內(nèi)部生成1.0V、 1.5V、1.8V、3.3V等電源，這些電源均由12V經(jīng)過DC-DC轉(zhuǎn)換電路生成。為了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，DC-DC電路均經(jīng)過了仿真設(shè)計(jì)，確保電源電壓的紋波小于5%。

4 結(jié)語

根據(jù)教育錄播系統(tǒng)演化的發(fā)展趨勢，本文以Hi3531為核心，提出了一種高清跟蹤攝像機(jī)的硬件設(shè)計(jì)方案。通過實(shí)際的樣品測試，新的高清攝像機(jī)在拍攝跟蹤、成本控制、系統(tǒng)集成上均表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

[1]周晶晶.國家精品課程建設(shè)的現(xiàn)狀、問題與對策—以教育類國家精品課程為例[D].浙江師范大學(xué)，2009.

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[3]董素玲，王真.HDMI到HD—SDI接口轉(zhuǎn)換在高清視頻系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（2）.