1 引言
视频合成技术是图像处理方面的一个重要应用,它将一个图像的多个状态或者多幅不同图像进行合成,来实现虚拟面板、图像叠加、模拟场景、图像优化等效果。多路视频合成显示技术是将通过多个途径，如摄像机、pc机，网络等，采集而来的多路视频信号进行处理，并按照实际所需进行显示。
选择适当的核心处理芯片，对于数据 量大、实时性高的视频信号处理来说，是首要考虑的问题。美国德州仪器公司推出的针对视频和图像解决方案的tms320dm642型高性能数字媒体处理器， 是ti公司c6000系列中一款基于davinci技术的dsp，其核心是c6416型高性能数字信号处理器，具有极强的处理能力，高度的灵活性和可编程性，同时外围集成了非常完整的音频、视频、和网络通信等设备及接口，特别使用于机器视觉，医学成像，网络视频监控、数字广播以及基于数字视频/图像处理的 消费类电子产品等高速dsp应用领域。本文利用这一处理器，设计了一套四路、高清晰度的图像显示系统:所采集的视频信号是四路高清晰度视频图像：三路 1024×768@60hz的vga视频信号、一路768×576@25帧(pal制式)的s-video视频信号。视频输出为单屏幕多窗口，分辨率为 1024×768的视频图像。刷新频率60帧/秒。
2 tms320dm642 多路视频处理系统设计
系统的硬件设计主要包括以下模块： 视频输入解码模块，dsp核心处理模块，视频输出接口模块，串口通信模块，cpld控制模块。原理图如图1所示。
图1 系统整体框图
2.1 ait2138简介
ait2138的视频格式转化功能，对于本系统的实现具有关键意义。这里对其在本设计应用中涉及的功 能做简要介绍：
—— 支持分辨率从640×480@85hz到1024×768@70hz的标准vga输入，输出为ntsc，ntsc-eiaj，和 pal b/d/g/h/i/m/n 标准。
—— 3个8位a/d转换器以48mhz的速率数字化模拟vga信号，标准信号输出范围0～0.85v。
—— 输入部分时钟由内部锁相环产生，该时钟发生器以vga行复合同步为参考频率，并锁定到输入行频上用于确定合适的行像素点。
—— 采用外扩sdram存储器(最大1m×16-bit)，以缓存视频采样数据并送视频信号处理器处理，ait处理器时钟为27mhz，由外部晶振电路产生。
—— 为减少图形输入信号线元及ntsc/pal视频隔行特性所引起的图像闪烁，采用aitech专用算法限定脉冲响应滤波器。
——通过对相应管脚编程，可实现图像定位、位移和缩放。
2.2 系统整体描述
系统通过ait2138视频转换芯片和saa7110来采集视频信号，采用两片dm642(分别记dm642a和dm642b)并联，其中算法的实现全部在dm642b中进行。 dm642a的3个视频端口全部用于视频采集,采集3路rgb信号。采集后存到dm642a的外部存储器sdram1，等dm642b中执行算法 时，dm642a按照需要将数据传至dm642b。处理完之后数据经dm642b视频口输出为rgb格式，由adv7125完成数模转化，输出至vga接 口。系统采用altera 公司的epm7128s cpld来完成逻辑产生和系统控制，采用philips 51系列p89c668单片机通过串口与pc机通信，方便地完成显示模式的切换。
2.3 系统的实时性分析
鉴 于dm642视频端口的传输能力，三路1024×768@60hz的rgb信号的数据量过大，无法实时处理。所以将其通过ait2138(该芯片支持 ntsc和pal两种制式输出)转化成768×576@25hz的pal电视信号。电视信号再经过saa7110转化成16位的数字y/c分离信号。所以每帧图像传至dsp视频输入口时的数据有显著下降。
先 预定系统的系统时钟为133mhz(按照dm642硬件说明书上的建议，此时dsp外部存储器应选用6ns级)。dsp数据总线宽度64bit, 每帧图像从dsp的视频通道进入二级缓存l2的时间为：
0.84375mb/64×133m=0.8ms (1)
因为dm642a没有数据的取舍权，所以三路数据要全部存入sdram，实际所需时间 应为：
0.8×3=2.4ms (2)
这 一步必须计算成3帧图像的时间，因为只3路各到一帧图像时，才能对其数据选择，满足后边选定窗口大小的需求。
至此以后，数据传输都是按照既定窗口大小的数据量进行传输。也就是说对应要显示的合成后的一帧图像，dm642a向dm642b传输的数据不大于一帧：四窗 口均匀显示时，dm642a到dm642b传输的数据大小为3/4帧，dm642a的某一路全屏显示时传输为1帧，当dm642b的s-video全屏显示时，不用传输。
这样就实现了一定程度的流水，从而 得出，从系统开始采集原始数据，到一帧合成好的图像显示到屏幕上所需时间为7.2ms，也就是说该系统处理能力较强，每秒能处理的电视图像数目可以满足实时显示的需要。
2.4 两片dsp之间的连接方式
emif(外部存储器接口)方式连接：
这种方式是采用一个dpram作为两片dsp的公用外部存储器。在dm642要执行算法时，dm642a将组织好的数据以访问外部存储器的方式存到dpram，然后dm642同样以访问外 部存储器的方式将所需数据取走。此时两片之间是并联关系，因为dm642b不能对dm642a进行传输数据时机的控制，所以需要通过专门的控制逻辑来协调 两片dsp之间的配合。这种方式 数据传输宽度为64bit，需要与其它连接到emif数据总线上的外部存储器或i/o设备分时复用。
2.5 dm642视频通道的说明
dm642是一款基于ti davinci技术的专门用于视频多媒体处理的芯片。它集成了3个视频口，分别为vp0、vp1、vp2。每个视频口都可以作为一个视频捕捉口、视频显示 口或是传输数据流输入接口。
每个视频口有a和b两个通道，两个通道共用一个5120b的捕获/显示缓存。对于整个视频口，或者设置成视频捕捉口，要么设置成视频显示口。也就是说a、b 两个通道必须一致，同为输入或输出。不管是bt656，y/c,原始图像存储格式，或者是传输数据流格式，视频口都有独立的数据通道来控制视频输入或输出 数据的解析和格式化。
对于视频捕捉操作，视频口既可以以双通道的方式对两路8/10bit的bt656视频 或原始视频格式捕捉;也可以以单通道的方式对8/10bit的 bt656、8/10bit原始格式图像，16/20bity/c，或者16/20bit原始格式图像或者是8bit的传输流进行捕捉。
对于视频显示操作，单通道时的视频口用法和上边提到的捕捉时相同。作为双通道时，可以显示连接到相同时序的双通道8/10bit原始视频。单通道时通道b闲 置不用。
2.6 时钟频率说明
图2 时钟产生
系统时钟(存储器、dsp i/o口时钟)采用133mhz，由外部晶振通过锁相环倍频提供。dm642核时钟采用600mhz，由与系统时钟同源的外部晶振通过内部倍频得到。如图 3所示。
此外视频编解码芯片根据自身制式特 性单独处理。输入视频的同步信号，由输入rgb视频的同步信号通过处理得到。
3 算法流程和执行
图3 算法流程图
鉴于本部分不是该文重点，限于篇幅在此只做简单说明。以上算法设计的出发点都是由dm642b执行所有的算法，dm642a只做数据通道之用，当确定执行哪种方式的显示时，也就确定了对dm642a所采集的哪些数据加以使用，这个过程需要dm642b发出请求，再由专门的控制逻辑来控制dm642a传输。也能实现系统的处理要求。
4 结束语
数据速度问题是实时高速大数据量视 频采集处理系统中要解决的关键问题，本文通过采用针对视频多媒体应用优化了的高速dsp和ait2138, 以及其它专用视频编解码芯片，完成了一个四路双制式高清视频采集处理和多窗口显示系统，经过最后调试和测试，达到了预期效果，并为下一步的多路视频多图像融合显示系统，提供了很好的技术参考。
