基于达芬奇技术的无线视频监控系统的硬件设计
徐韶辉，谢刚，赵哲峰**
基金项目：本论文得到山西省重大产业技术开发项目（晋发改高新发【2009】446 号）资助
作者简介：徐韶辉，（1985-），男，硕士研究生，主要研究方向：无线视频监控系统
通信联系人：谢刚，（1972-），男，教授，博士生导师，主要研究方向：智能系统与控制，故障诊断，无
线视频监控，嵌入式系统，智能信息处理. E-mail: shaohui1222@163.com
5 （太原理工大学信息工程学院，太原 030024）
摘要：系统选用基于达芬奇构架的TMS320DM6446 作为主处理器，采用H.264 视频编码标
准和3G 无线传输技术，实现了视频的实时编码与传输。文章首先对达芬奇技术作了简要介
绍，对系统的组成及功能做了详细的分析，然后给出了视频前端处理模块，存储模块，电源
模块，接口模块以及3G 无线模块的具体设计和实现方法，最后对PCB 板层数目及类型做
10 出了合理布局。
关键词：通信技术；达芬奇技术；3G；无线视频监控
 0 引言
随着嵌入式技术、无线通信技术的高速发展和人民物质生活水平的提高，视频监控技术
得到了极大的重视和发展，尤其是无线视频监控以其直观、方便和信息内容丰富的特点而在
30 众多场合得到了广泛的应用，并逐步渗透到了我们生产生活的每一个角落。TI 推出的基于
达芬奇技术的TMS320DM6446 高性能数字媒体处理器，其超高的处理速度，完全能够满足
H.264 视频算法的要求[1]。3G 无线网络在我国的大面积覆盖，使得无线网络的传输速度大幅
提高，为视频数据的传输提供了足够的网络带宽，更为无线数字化监控系统的实现提供了可
能。
35 本文在参考达芬奇开发板和3G 无线传输技术的基础上，提出了一个无线视频监控系统
的完整设计方案。并对此系统的主要模块的架构和功能进行了详细的分析与设计。
 1 达芬奇技术概述
达芬奇技术(DaVinci)是TI 提出的一种基于信号处理的系统解决方案，以其高效的和引
人瞩目的数字音视频性能而著称。它可以为音视频设备制造商提供集成处理器、软件、工具、
40 技术支持。通过采用达芬奇技术可以降低产品设计难度、缩短产品开发周期，从而使产品的
竞争力加大[2]。
达芬奇处理器是集成ARM 核和DSP 核的双核架构处理器技术，能够提供高速的数字
信号处理能力和逻辑控制能力，并且具有丰富的片内与片外资源，主要应用于中高端的多媒
体应用领域。TMS320DM6446 是德州仪器公司针对高端视频多媒体系统的需求而设计的双
45 核处理器，其采用DaVinci 技术架构。TMS320DM6446 的双核架构兼具DSP 和RSIC 技术
优势，它由一个297MHz 主频的ARM926EJ-S 核心处理器和一个主频高达594MHz 的
C64x+DSP 核心处理器组成[3-4]，具有性能高、存储扩展性强、专用视频处理子系统和外设
丰富等优点。
2 无线视频监控系统总体设计
50 本系统采用的是由达芬奇处理器、视频解码器、DDR2 SDRAM、NOR FLASH、3G 芯
片加上外围接口芯片的设计方案。CCD 摄像机将采集的模拟视频信号传入视频解码器内进
行处理，符合ITU-BT.656 标准的数字视频信号被传到DM6446 视频处理子系统的前端进行
预处理，再经过Codec Engine 调用H.264 编码后通过USB2.0 总线端口送入3G 无线网络传
输芯片，通过无线网络传输到远程视频监控中心，从而实现了对监控点现场的实时视频图像
55 监控[5]。DM6446 上的DSP 端主要负责视频编解码工作，ARM 端作为视频解码芯片、3G 无
线网络传输芯片和外围接口芯片的控制器。系统的硬件结构如图1 所示：
图1 系统硬件结构
Fig.1 the hardware of system
60 3 具体硬件设计
3.1 视频前端处理模块
视频前端处理模块选用了TI 公司推出的专门用于视频解码的芯片TVP5146，这是一款
高性能视频解码芯片，可将标准的NTSC、PAL 和SECAM 视频信号转换成BT.656 格式的
标准数字色差信号(YUV4:2:2)，同时支持摄像头图像丢失自我恢复功能，避免了产生两帧图
 65 像的异常拼接。TVP5146 芯片采用PLL 转换芯片提供14.31818MHz 时钟作为输入，1.8V 数
字、模拟电压，IO 端连接3.3V 参考电压，提供1 路视频图像信号输入通道[6],该芯片的
YOUT[0:7]与DM6446 的VPORT0 端口的8 位数据总线相连。视频前端处理模块原理图如
图2 所示：
70 图2 视频前端处理模块原理图
Fig.2 the schematic diagram of video front-end processing module
3.2 存储模块
DDR2 外部存储模块是利用2 片MT47H64M16BT 芯片分别与DM6446 芯片的高低16
位数据总线相连构成本系统的存储系统。该芯片采用1.8V 作为参考电压，提供16 位数据总
75 线接口，存储空间大小为128MB。2 片组成的DDR2 SDRAM 存储器空间为256MB，已经
完全可以满足系统对内存的需求。
由于NOR Flash 的特点是芯片内执行(XIP, execute in place)，应用程序可以直接在
flash 闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM 中。因此在嵌入式系统开发中，它被
广泛的用于内核、文件系统的存储。本设计中FLASH 芯片采用容量为256MB 的
80 AM29LV256M 芯片，用于系统的引导，存储嵌入式Linux 操作系统内核和内核引导程序
U-Boot BootLoader，实现硬件初始化。NOR Flash 存储模块原理图如图3 所示：
 图3 NOR Flash 存储模块原理图
Fig.3 the schematic diagram of NOR Flash memory module
85 3.3 电源模块
电源设计是一个硬件系统设计成功与否的关键，本系统需要的电源分为+5V、+3.3V、
+1.8V 以及+1.2V，系统的主电源为+5V，其余电压均由+5V 电源经过变压滤波后供给。
其中+1.2V 是供给DM6446 内核的电压，内核在全速运行时的电流消耗为875mA。+1.8V
主要是为DM6446 的I/O 以及DDR2 内存供电，其最大电流消耗为300mA。+3.3V 是给大
90 部分的外设供电。本设计选择TI 公司生产的专供FPGA 和DSP 供电的TPS54310 芯片为系
统供电，其DC-DC 电压转换效率在95％以上，可以持续输出3A 的稳定电流，它的输入范
围是3V-6V[7]，其范围符合系统5V 主电压的输入。电源模块原理图如图4 所示：
 图4 电源模块原理图
Fig.4 the schematic 95 diagram of power module
为保证系统上电后不产生不受控制的信号，同时也能够保证系统各模块的上电同步复
位，在设计中加入电源检测电路。选用TI 公司推出的TPS3808 作为电源检测芯片，它的固
定复位信号最长达1s 延时，能够确保系统上电后内核、I/O 口电压始终处于复位状态。
100 3.4 接口模块
在系统开发过程中，需要频繁的进行调试，也需要配置系统运行参数和系统终端现场的
本地控制。因此，本文选用了DM6446 的USART1 作为系统RS232 调试串口，用于实现调
试信息的输出及控制命令载入，从而可以灵活的对系统终端进行管理和控制[8]。
USB 接口主要负责DM6446 芯片和3G 无线传输模块之间的数据交互功能。DM6446 芯
105 片内部集成了USB 控制器，完全兼容USB2．0 全速规范，提供DEVICE 和HOST 两种工
作模式，支持数据的DMA 读写方式。系统使用USB 接口与3G 无线传输模块实现无线网络
的数据传输功能，DM6446 芯片USB 接口设置成主模式，3G 无线传输模块USB 接口为
DEVICE 工作模式。
 110 图5 USB 接口电路原理图
Fig.5 the schematic diagram of USB interface circuit
3.5 3G 无线传输模块
系统将DM6446 内部的经过处理的数据通过USB 接口传入到无线网络传输模块，然后
通过无线网络发送出去，从而实现了3G 无线网络传输功能。3G 无线传输模块选用了中兴
115 公司的MC8630 芯片，该芯片是基于CDMA2000 的3G 无线网络标准，并在内部集成了
USB2.0 控制器，可以直接将VBUS 引脚、D+引脚以及D-引脚直接与USB 连接器相连。
MC8630 的V-UIM 引脚、UIM-RST 引脚、UIM-CLK 引脚、UIM-DATA 引脚分别与UIM 卡
槽对应的引脚相连接。该模块采用VBUS 引脚进行供电，将VBUS 引脚与V-MAIN 主电源
引脚短接，使MC8630 的V-CHG 引脚与V-MAIN 引脚连接，实现了模块上电后自动开机。
120
图6 3G 传输模块原理图
Fig.6 the schematic diagram of 3G transmission module
4 PCB 设计
确定多层PCB 板的层叠结构需要考虑较多的因素。从布线方面来说，层数越多越利于
125 布线，但是制板成本和难度也会随之增加。同时分析电路板的布线密度，以及特殊布线要求
的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数；然后根据电源的种类、
隔离和抗干扰的要求来确定内部电源与地层的数目[9]。这样，整个电路板的板层数目就基本
确定了。具体的层面安排如7 所示：
 130 图7 八层电路板层面安排图
Fig.7 Eight-layer circuit board level arrangements for map
采用这种叠层安排的优点是可以获得最佳的退偶功能（地的电源/地阻抗）和强的通量
对消（最小的作用）。填充材料为组装结构的增加了额外的厚度，增加的分隔距离就使地6
135 层的信号3 层的磁通量流向地平面而不是电源平面，这就增加了新的RF 回流通道。分析上
图可知，第三层和第六层几乎具有相同的阻抗。因此，这两层都具有最佳的信号完整性和
RF 通量对消特性，是比较理想的结构。
5 结论
依据以上硬件设计完成了基于达芬奇技术的无线视频监控系统，系统以双核构架的
140 DM6446 为核心，辅以对应的外部电路，利用我国覆盖广泛的3G 网络，能够对视频进行实
时的编解码和3G 网络传输。系统成本低，图像处理效果好，体积小，是一种比较理想的无
线视频监控系统解决方案。
[参考文献] (References)
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