視頻監控系統越來越多地走進人們的生活， 系統節能也是電子系統必須考慮的一個重要參數。對一個少有人出入的場合， 采用不間斷的實時監控不僅沒有必要，也會浪費很多的電能。針對這種情況， 本文設計了一個無人值守的智能監控終端。在沒有人進入監控區域時，監控終端處于低能耗的休眠狀態； 當紅外傳感器檢測到有人進入監控區域時， 終端被喚醒并開始攝像， 同時將處理后的視頻信號經過網絡傳輸到監控中心， 為中心值班人員提供判斷依據。對于出入人員較少的場合， 利用該監控終端可以有效減少系統能耗， 減少傳輸、保存的數據量， 而且不會錯過監控對象。

1 終端工作原理及總體框圖

終端的總體框圖如圖1 所示， 在沒有人員進入監控區時， 系統處于休眠、節能狀態， 當紅外傳感器檢測到有人員進入監控區域時， 產生外部中斷， 中央處理器TMS320DM642 在接收到外部中斷時立即啟動各模塊進行圖像的采集、處理、傳輸等。

圖1 終端原理框圖

2 終端系統設計

2.1 中央處理器的選擇

由于終端要處理的數據量大， 實時性強， 所以采用多媒體處理芯片TMS320DM642( 以下簡稱為DM642) 。該芯片是TI 公司C6000 系列DSP 中較新的32 位定點DSP ， 工作頻率由內部倍頻器設置， 可以達500 MHz 、600 MHz 或720 MHz ， 每秒可執行指令數4 000 、4 800 、5 760 MIPS 。DM642 采用TI 公司第2 代增強型超長指令集， 它的EMIFA 接口數據總線寬度為64 位， 最高存取頻率133 MHz ， 可直接與大容量、低成本的SDRAM 芯片無縫連接。DM642 帶有3 個雙通道(A，B 兩通道)數字視頻口， 可同時處理多路數字視頻流。DM642 擁有I2C 接口， 可以與外部I2C 設備通信， 用來配置外部I2C 設備的寄存器，DM642 的網口(EMAC 接口) 、PCI 口和HPI 口共享引腳。因其處理性能強， 外圍接口多而靈活， 在機器視覺、醫學成像、網絡視頻監控、數字廣播等領域得到了廣泛的應用。

2.2 紅外傳感信號處理模塊的設計

為了節約電能， 本終端采用紅外傳感器來檢測監控區域有無人員進入， 只在有人員進入監控區域時， 終端才進入圖像采集、處理、傳輸狀態。本設計采用BISS0001芯片為熱釋電紅外傳感信號處理核心元件， 其應用電路如圖2 所示。

圖2 紅外信號處理電路

圖2 中，7805 為三端穩壓集成電路， 為信號處理電路提供電源。BISS0001 芯片的第9 引腳為觸發控制信號Vc的輸入腳， 工作中應當保證輸入電壓Vc>VR ( 通常：

VR=0.2VCC)， 可以通過調節電阻R3來達到目的。當有行人進入監控區域時， 熱釋電紅外傳感器PIR 將檢測到的人體發出的紅外線轉化為電信號， 并將其送到BISS0001內部， 信號經BISS0001 處理后由2 腳輸出， 輸出Vo為低電平到高電平的跳變。如果BISS0001 工作在有效狀態不可重復觸發的情況下(即圖2 中S1 接低電平)， 高電平的持續時間為Ts (Ts=49 152 R1C1)， 在Ts時間段結束時，輸出Vo即刻由高電平進入低電平并被封鎖Ti (Ti =24R2C2 ) 時長； 對于有效狀態可重復觸發的情況來講( 即圖2 中S1 接高電平)， 如果在前一Ts時間段內， 輸入的變化使得輸出有效狀態再次觸發， 則Vo高電平信號將從此刻算起再持續一個Tx時長， 之后才轉換為低電平并進入封鎖時間Ti。在封鎖時間內， 即使由于負載的切換而引入的干擾也不會改變輸出Vo的狀態。本設計中讓S1 接高電平， 紅外傳感信號處理電路的輸出信號Vo作為DM642 的外部中斷信號， 將Vo與DM642 的GP[5:4]

連接， 同時也作為TVP5150 芯片的節電模式輸入控制信號， 如圖2 所示。

2.3 圖像采集模塊的設計

對于圖像采集模塊， 本設計采用TI 公司的TVP5150作為解碼芯片。TVP5150 是一款超低功耗的解碼芯片，正常操作時的功耗只有113 mW， 節電模式下功耗為1 mW， 并支持PAL/NTSC/SECAM 等格式， 它能將攝像頭所采集到的模擬圖像信號轉換為YUV4:2:2 格式的ITU-R BT.656 數字信號， 它可以接收2 路復合視頻信號(CVBS) 或1 路S -Video 信號， 通過I2C 總線設置內部寄存器， 可以選擇輸出8 位4:2:2 的ITU-R BT.656 數字信號( 同步信號內嵌)， 以及8 位4:2:2 的ITU-R BT.601 信號(同步信號分離， 單獨引腳輸出)。TVP5150 與DM642 的硬件連接如圖3 所示。

圖3 TVP5150 與DM642 硬件連接圖

TVP5150 芯片的AIP1A 和AIP1B 為模擬信號的輸入端， 該引腳需接0.1～1 μF 的濾波電容，HSYNC 為行同步信號的輸出引腳。由于本設計采用了同步信號內嵌的ITU-R BT.656 格式， 所以該引腳未與DM642 相關引腳相連接。PND 引腳為省電模式的控制信號輸入端， 低電平有效， 與紅外傳感信號處理電路的輸出信號Vo連接，當監控區域無行人走動時，Vo為低電平， 這將使TVP5150 芯片進入省電模式。YOUT[6:0] 為BT.656/YUV數據輸出引腳，YOUT [7]/I2CSEL 是BT.656/YUV 數據的第7 位， 也是I2C 接口設備地址設置位，TVP5150 設備地址由I2CSEL 引腳所接的上拉電阻或下拉電阻確定，I2CSEL 引腳的狀態與設備地址映射關系如表1 所示，DM642 和TVP5150 應答過程中需要從片TVP5150 的地址。SCL、SDA 分別為I2C 接口的串行時鐘和數據引腳，DM642 對TVP5150 內部寄存器的訪問通過I2C 總線實現。

DM642 芯片的VP0D [19:0] 為視頻口VP0 的數據總線引腳， 其中VP0D [8:2] 與多通道串行口McBSP0 引腳復用， 為了將VP0D [8:2] 配置為VP0 的低位數據引腳，需要把PERCFG 寄存器中的VP0EN 位置1。VP0CLK0 為外部像素時鐘輸入引腳， 與視頻解碼芯片TVP5150 的像素時鐘輸出引腳PCLK/SCLK 連接。

2.4 網絡模塊的設計

為了將監控終端所采集到的視頻圖像傳回值班中心， 終端應當支持網絡傳輸功能。DM642 上EMAC 口支持網絡通信，EMAC 接口與PCI、HPI 接口共用相同的引腳， 在系統上電時， 通過上/下拉電阻配置系統使用的模式。本設計中令PCI_EN=0 ，MAC_EN=1 ，HD5=0 將復用接口配置為16 位的EMAC 接口和16 位的HPI 接口。

表1 TVP5150 設備地址

DM642 的EMAC 接口符合IEEE802.3 協議， 支持傳媒無關接口， 具有8 個獨立的發送與接收通道， 支持同步10/100 Mbit 的數據操作和廣播、多幀傳輸格式。EMAC 接口需要外擴相關的網絡電路才能完成網絡與DM642 之間的數據包交換。本終端設計中， 采用INTEL 公司的LXT971ALC 芯片完成網絡功能， 最后通過一個網絡電平轉化芯片PM44-11BG 和外部相連， 其硬件連接如圖4所示。

圖4 EMAC 與底層網絡芯片的連接

3 終端工作流程

終端工作流程如圖5 所示。上電復位時，DM642 執行復位中斷， 完成對自身及周圍芯片的初始化。DM642的外部中斷EXTIN4~EXTIN7 與GPIO 口的GP[7:4]復用，當這些引腳配置為外部中斷輸入引腳時， 可通過設置中斷寄存器IER[7:4] 相應位來使能中斷， 觸發方式( 上升沿觸發或下降沿觸發等) 由中斷方式寄存器EXTPOL[3:0] 設置。本設計中對相關寄存器做如下配置： 令寄存器EXTPOL [1:0] =01 ， 將外部中斷EXTIN5 (GP [5]) 設置為上升沿觸發，EXTIN4 (GP [4]) 設置為下降沿觸發。因此與EXTIN5 對應的中斷函數執行喚醒芯片， 啟動圖像采集、處理、傳輸等功能； 而與EXTIN4 對應的中斷函數執行停止圖像采集、處理、傳輸等功能， 并將控制狀態寄存器設置為CSR [15:10] =010001 ， 使CPU 的工作模式轉變為功率下降模式PD1 。

圖5 終端工作流程

在中斷使能寄存器IER 中，IE[15:4] 位用于使能CPU 中斷INT[15:4] 。當IEx=1 時， 使能INTx 中斷響應， 此時程序的中斷服務函數才起作用； 當IEx=0 時， 禁止INTx 中斷響應。使用匯編語言設置IER 寄存器的中斷位使能外部中斷的程序代碼如下：

MVK 30H，B1； //B1 寄存器賦初值， 對應INT4 、INT5

MVC IER，B0； // 把IER 的當前值賦予寄存器B0

OR B1，B0，B0； //兩個寄存器中的值按位取“ 或”

MVC B0，IER； // 把B0 寄存器的值賦予IER 寄存器，IE4、IE5 被置位， 使能INT4 ，INT5如果禁止中斷INT5 ， 可采用如下代碼：

MVK FFDFH，B1； //B1 寄存器賦初值， 對應INT5

MVC IER，B0；// 把IER 寄存器的當前值賦予寄存器B0

AND B1 ，B0，B0； //B0 和B1 寄存器中的值按位取“ 與” ，把結果保存在寄存器B0 中

MVC B0，IER // 把B0 寄存器的值賦予IER 寄存器中，IE5 被清除

當紅外傳感器檢測到監控區域有人員進入時， 紅外傳感信號處理電路輸出端Vo由低電平變為高電平， 并保持一段時間的高電平。DM642 的EXTIN5(GP[5]) 端在檢測到上升沿觸發信號后， 執行與之對應的中斷函數，喚醒芯片， 啟動圖像采集、處理、傳輸等功能。由于紅外傳感信號處理電路設置為可重復觸發模式， 則只要監控區有人員走動， 輸出端就一直保持高電平， 終端就一直保持采集、處理、傳輸視頻圖像。當監控區域無行人走動時，Vo由高電平變為低電平， 并進入低電平的封鎖時間段，EXTIN4(GP[4]) 端在檢測到下降沿觸發信號后， 執行對應的中斷函數， 停止圖像采集、處理、傳輸等功能，并使CPU 的工作模式再次轉變為功率下降模式PD1 。

本文面向實時圖像處理， 采用模塊化設計思想， 以多媒體專用DSP 處理器TMS32ODM642 為核心， 在紅外傳感器、圖像采集芯片、網絡數據處理芯片等的緊密配合下， 終端既能完成圖像的采集、處理、傳輸功能， 又能實時地根據監控區域的人員變化情況調整工作模式，減少了無用數據的處理， 提高了效率， 節約了成本， 滿足了社會對電子產品的綠色、低碳的要求。