該系統(tǒng)可以完成圖像的采集、處理和顯示，從而實現(xiàn)目標識別與跟蹤的智能信號處理。該系統(tǒng)是對攝像機數(shù)字，模擬兩路視頻數(shù)據(jù)進行采集，處理后通過PCI總線在PC機上顯示出來。

　　視頻信號采集模塊

　　攝像機提供兩路視頻信號：一路模擬視頻，一路數(shù)字視頻。

　　模擬視頻信號經(jīng)過鉗位校正、放大后，將信號送入到A/D轉換器，再經(jīng)FPGA鎖存后將視頻信號發(fā)送給DSP1；經(jīng)視頻同步分離電路，由LM1881分離出模擬視頻的行、場同步信號，用于控制視頻數(shù)據(jù)采集到DSP1，以便進行圖像處理。鉗位校正、視頻同步電路如圖1所示。模擬視頻經(jīng)運放輸入，將中心電平調(diào)到3.3V，加到 A/D輸入端。A/D轉換后的數(shù)據(jù)進入FPGA鎖存。運放均采用ADI公司的AD8047AR，A/D轉換器采用ADI公司的AD9050。AD9050 為10位A／D轉換器，取其高8位進入FPGA。采樣時鐘12MHz，與數(shù)字視頻信號相同。由FPGA對48MHz時鐘四分頻產(chǎn)生。

　　圖1 模擬視頻輸入轉換電路

　　攝像機的數(shù)字視頻信號為14對差分信號，經(jīng)FPGA將差分信號轉換為單端信號，并鎖存數(shù)據(jù)。每個象素14位，每幀320×240。

　　FPGA采用ALTERA公司的CYCLONE系列EP1C3T144C-6，配置芯片采用EPC2LC20。EP1C3T144C-6具有將差分信號轉單端信號的專用I/O口。鎖存在FPGA的數(shù)字，模擬兩路視頻信號根據(jù)工作模式選擇輸出到DSP1數(shù)據(jù)總線上，由DSP1讀入處理，數(shù)據(jù)速率與模擬視頻的采樣速率，數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)速率相同。工作模式選擇，開關控制通過PIC9054引入到FPGA。

　　DSP處理器模塊

　　DSP處理器陣列模塊主要由4片高速高性能的DSP處理芯片ADSP-TS201S組成多DSP處理器系統(tǒng)，ADSP-TS201S性能如下：

　　基本性能指標如下：

　　● 600MHz運行速度時，內(nèi)核指令周期1.67ns

　　● 24M bits片上DRAM，分為6個4M bits塊（128K words X 32 bits）

　　● 片內(nèi)雙運算模塊，每個都包含一個ALU、一個乘法器、一個移位器和一個寄存器組

　　● 雙整數(shù)ALU提供數(shù)據(jù)尋址和指針操作功能

　　● 片內(nèi)提供14通道DMA、外部口、4個鏈路口、SDRAM控制器、可編程標志引腳、2個定時器

　　● 片上仲裁系統(tǒng)可實現(xiàn)8個TigerSHARC DSP的無縫連接

　　● 內(nèi)部3條互相獨立的128位總線

　　● 外部數(shù)據(jù)總線64位，地址總線32位

　　● 每秒48億次40位寬的MAC運算或每秒12億次80位寬的MAC運算；1024點復數(shù)FFT（基2）時間15.7us

　　● 外部端口 1G字節(jié)每秒；鏈路口（每個）1G字節(jié)每秒

　　DSP處理器陣列模塊中DSP1是用來整理所收集到的視頻信號，并進行相應的預處理后，將數(shù)據(jù)分發(fā)送到后面的DSP，進行進一步的處理。

　　DSP1并行口應接FPGA輸出的視頻數(shù)據(jù)，還要接FLASH，完成DSP加載。DSP1的IRQ0，IRQ1分別作視頻輸入的幀中斷和行中斷，接到FPGA。其連接電路如下圖3所示。

　　圖2DSP1與FPGA，F(xiàn)LASH 連接圖

　　矩陣切換器電路

　　下面介紹的是容量為32路音視頻的監(jiān)控，為簡化設計，及調(diào)試、安裝、升級等的方便，32路音視頻不在一塊PCB板上處理，而是分成4塊子板，每塊子板處N8路音視頻，實現(xiàn)8路音視頻通道的8選1輸出功能，即4塊子板組成一個矩陣切換器，在同一時間實現(xiàn)32選4輸出功能。每塊子板的電路圖如圖3所示。

圖3 矩陣切換器電路

　　在圖中，J1…J8為繼電器線圈，用雙刀雙擲繼電器J4078實現(xiàn)音視頻的同時切換。J11、J12為跳線插座，該跳線為子板設置地址，當設置的子板地址與主控制器的子板選擇地址（A0、A1、A2）相同時，該子板塊的4099處于工作狀態(tài)，這時，再通過主控制器的通道選擇指令（cmd0、 cmd1、cmd2）使J1…J8中任一繼電器完成切換動作，實現(xiàn)某一路音視頻的同時選通。

　　語音信號采集與處理電路

　　因為要采集教室各個位置（一般在20～50m2范圍內(nèi)）的語音信號，使用普通的話筒放大電路顯然達不到要求。本系統(tǒng)采用對數(shù)放大電路進行語音放大，比較清晰地采集到了50m2范圍內(nèi)各個位置的語音信號。設計的對數(shù)放大電路如圖所示。IC2為運算放大器，系統(tǒng)選用LM358實現(xiàn)二級運算放大。

　　
圖4 語音信號采集與處理電路

　　利用傳感技術和電子技術系統(tǒng)設計思路簡單、成本低廉、方便實用。對提高學生自主學習的自覺性，監(jiān)控自主學習設備和軟件平臺運行情況，防止人為破壞造成的不必要損失，提高設備運行的穩(wěn)定性和可靠性等起到了非常重要的作用。

　　編輯點評：本文簡單介紹了模擬視頻監(jiān)控采集電路的設計，模擬視頻信號經(jīng)過鉗位校正、放大后，將信號送入到A/D轉換器，再經(jīng)FPGA鎖存后將視頻信號發(fā)送給DSP1。能夠完成圖像的高速處理，實現(xiàn)圖像的實時顯示，目標跟蹤。在實際應用中該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，達到預想效果。
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