【正文】 頁 圖 I2C 接口擴展 由 IIC_SEL 信號控制 I2C 通道的選擇， IIC_SEL 信號引腳可連接到 DM642 的 GPIO引腳上，或者連接到系統(tǒng)中的 CPLD 芯片的輸出引腳，當(dāng) IIC_SEL=0 時， B1 口有效，可以使用 SCL 和 SDA 配置 TVP51501 和 TVP51503 芯片；當(dāng) IIC_SEL=1 時， B2 口有效，可使用 SCL 和 SDA 配置 TVP51502 和 TVP51504 芯片 。 I2C 通信的時序如圖 所示。 SDA 和 SCL 兩條信號線均處于高電平時， I2C 總線處于空閑狀態(tài)，總線上的所有器 基于 DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 第 20 頁 共 51 頁 件釋放總線。 （ 2）發(fā)送地址字節(jié)到 I2C（ 7 位地址位 +1 位讀寫控制位） 。 （ 4）主控設(shè)備接收到 ACK 位后開始發(fā)送第 1 個數(shù)據(jù)字節(jié)。 I2C 協(xié)議的讀寫操作可以概括為如下步驟。在高頻信號電路中一般考慮使用小電阻，在低頻信號電路中無需使用，器件之間引腳可 基于 DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 第 19 頁 共 51 頁 直連即可。在圖 中，使用 /CE0 引腳產(chǎn)生 SDRAM 芯片的片選信號，即把兩片 MT48LC4M32B2 芯片擴展在 CE0 空間，外部存儲區(qū)的地址范圍為 0000 00000003 fff8。本節(jié)以 MT48LC4M32B2型 SDRAM 芯片介紹 SDRAM 存儲器的擴展方法。 T E A 2 2T C E 1F L A S H C S 圖 AM29LV033C 芯片片選信號 FLASH 存儲器的數(shù)據(jù)操作主要包括 3 個步驟： (1) 向 FLASH 頁中選擇控制寄存器寫入選擇關(guān)鍵字。 AM29LV033C 芯片的片選信號 CE和復(fù)位信號 與 DM642 復(fù)用 ，數(shù)據(jù)輸出使能信號 OE、寫使能控制信號 WE分別與 DM642 的 /TCAS /RE 引腳、 /TWE 引腳直連。為了解 決這一問題，在 DM642 電路系統(tǒng)中采用 CPLD 器件， 把 FLASH芯片的地址線引腳 A[21： 19]與 CPLD器件的輸入 /輸出引腳連接，通過 A[21:19]把 FLASH存儲區(qū)的 64 個扇區(qū)劃分為若干個頁，每頁包括多個扇區(qū) [12]。 X 高阻 禁止輸出 L H H H X 高阻 復(fù)位 X X X L X 高阻 扇區(qū)保護 L H L 12V177。AM29LV033C 芯片的數(shù)據(jù)存儲壽命大約為 20 年，具有很好的 穩(wěn)定性和可靠性，目前，該芯片具有兩種封裝形勢，這兩種封裝形式的引腳定義不同，在設(shè)計電路時要特別注意。 AM29LV033C 是 AMD 公司提供的一種 FLASH 存儲器芯片，容量為 4M8 位，單電源供電，電源電壓范圍 ~，該芯片可以與 DM642 直接連接。 如圖 所示， CCIR601/CCIR656 標(biāo)準(zhǔn)的 YUV4:2:2 格式的數(shù)據(jù)從 TMS320DM642的 VP2D [2.. 9]管腳輸出，從 MP [0.. 7]管腳輸入，經(jīng)過 ―DataManager‖模塊分離出 Y 信號與 CbCr 信號，送到 ―Encode‖模塊進行視頻信號的編碼，得到亮度和色差的數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)字視頻信號變換成模擬視頻信號，其中有 CVBS 輸出，也可以選擇 Y 和 C 信號的輸出。 (8) 控制同步信號和消隱信號的上升 /下降時間 。 (4) 支持 8 位寬度的視頻信號輸入，格式為 CbYCr(CCIR601)，含有內(nèi)嵌同步信號 SAV和 EAV。 SAA7121 是Philips 公司于 1997 年推出的視頻 解碼 芯片，雖然它推出的時間已經(jīng)很久，但是由于其低廉的價格及強大的功能，至今仍然得到廣泛的使用。硬件電路需要提供 TVP5150 所需要的 MHz 時鐘頻率， DM642 可通過 I2C 總線對TVP5150 的參數(shù)進行設(shè)置。 TVP5150 在上電時會根據(jù) YOUT[7]上的電位高低決定 X 代表 0，還是 1。由于采用 ITUR 碼流格式，圖像的水平同步、垂直同步、場同步等同步信號已內(nèi)嵌在視頻數(shù)據(jù)流中，并且考慮到 DM642 每個 VPORT 口預(yù)留的 3個用以接收同 步信號的 VPOCTL[0..2]控制引腳，只能滿足一路視頻同步信號的要求 所以在設(shè)計過程中省略同步信號線的連接。外部時鐘頻率 或 27MHz，用過 I2C 接口配置內(nèi)部寄存器 。 DSP 外圍電路設(shè)計 視頻輸入接口電路 視頻輸入解碼模塊由 1 個 TVP5150 型視頻解碼器及外圍電路組成，主要功能是將每 路 CCD 攝像頭采集輸入的標(biāo)準(zhǔn) PAL 制電視模擬信號發(fā)送到視頻 編碼 器，完成視頻圖像的箝位及抗混疊濾波等預(yù)處理、模擬數(shù)字化轉(zhuǎn)換及亮度 /色度、水平 /垂直同步等信號的分離，實現(xiàn)模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字并行信號 碼流格式。狀態(tài)和控制寄存器映射到存儲區(qū)， EDMA 傳送優(yōu)先級控制，支持中斷報告，支持外部設(shè)備 EDMA 傳輸，支持 EDMA 串接 (Chaining) 。 ―Linking‖是在一個事ECLKINSEL0 ECLKINSEL1 模式 0 0 ECLKIN* 0 1 CPUCLK/4 1 0 CPUCLK/6 1 1 ECLKIN 基于 DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 第 12 頁 共 51 頁 件被觸發(fā)時，允許一個序列進行傳輸 。另外， CE [0.. 3]也是更高位地址信號的譯碼輸出。 TMS320DM642 可配置 EMIF 的時鐘源，可以是內(nèi)部時鐘 也可以是 外部時鐘，有ECLKINSEL0 和 ECLKINSEL1 兩個管腳 (和管腳 EA19, EA20 復(fù)用 )復(fù)位時的狀態(tài)決定。該DSP 的 EMIF 是 64bit，具有很強的接口能力，不僅具有很高的數(shù)據(jù)吞吐率，而且可以與目前幾乎所有類型的存儲器直接接口。 8 位模式輸入或輸出是高位對齊 (應(yīng)連接 VPD [2..9],其中 [2..9]表示2 號管腳至 9 號管腳 ，下文同理 )。但在同一Video Port 不能同時配置為采集和顯示模式。捕捉模式時，每個視頻口可采集 2 路 8/10 位視頻。 在 DM642 中， Cache 分為兩級 L1 和 L2, CPU 和一級程序高速緩存及一級數(shù)據(jù)高速緩存直連，兩塊 Cache 分別為 16KBytes 工作在 CPU 的 全速訪問狀態(tài) ： 二級緩存有256KBytes,二級緩存的分段和大小分配也有很多變化。片上存儲器速度快、容量小但成本高，片外存儲器容量大、成本低，但是速度慢，因此，產(chǎn)生了多級存儲器體系結(jié)構(gòu)。它 基于 DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 第 10 頁 共 51 頁 帶有三個可配置的視頻端口，提供與視頻輸入、視頻輸出以及碼流輸入的無縫接口。 (10)66MHz32 bit 的 PCI 接口 。 (6) I2C 總線模塊 。 (2)VCX0 內(nèi)插控制端口 (VIC)。 DM642 是目前 DSP 芯片性能最高的產(chǎn)品，除了有更高的時鐘頻率外，還擴展了許多新的指令，增加了額外的數(shù) 據(jù)通道，寄存器的數(shù)量也增加了一倍。一部分存儲器可由軟件重新映射為 L2 高速緩存，而不是固定的 RAM。 TMS320DM642 這款 DSP 芯片有大量的字節(jié)可以設(shè)定為地址空間。板上設(shè)計有 +5V電源作為獨立的器件為板卡供電。 圖像采集系統(tǒng)電路功能概述 圖像采集系統(tǒng)電路板上的 DSP 芯片通過 64bit的 EMIF 接口或 8/16bit的 2 路視頻接口連接板上的外圍設(shè)備。目前廣為使用的格式包括 BMP、 GIF、 JPEG、 TIFF、 PSD、 DICOM、 MPEG 等。色調(diào)表示顏色，飽和度表示顏色的純度，強度表示人眼感受到的彩色光的顏色強弱。 彩色空間 (1)GB 彩色空間，幾乎所有的彩色成像設(shè)備和彩色顯示設(shè)備都采用 RGB 三基色，由 RGB 三基色為坐標(biāo)形成的空間稱為 RGB 彩色空間。 (2)二值圖像：二值圖像是灰度圖像經(jīng)過二值化處理后的結(jié)果，二值圖像只有兩個灰度級，理論上 只 需要一個二進制位來表示。圖像的空間分辨率是在圖像采樣過程選擇和產(chǎn)生的，圖像的亮度分辨率是在圖像量化過程中選擇和產(chǎn)生的。即對采樣圖像上的亮度幅值 f 進行離散化，稱為圖像量化 。對于灰度圖像來說，數(shù)字圖像 f(x,y)的函數(shù)值表示圖像上點坐標(biāo) (x,y)的亮度值，稱為灰度值。顯然，由于 f(x,y)的函數(shù)值是能量的記錄，是非負數(shù)有界實數(shù)，滿足 0≤ f(x,y)≤ A。 CMOS 與 CCD 一樣都是可用來感受光線變化的半導(dǎo)體，COMS 主要利用硅和鍺這兩種元素來做成半導(dǎo)體，通過 CMOS 上帶負電和帶正電的晶體管來實現(xiàn)感受光線變化的功能，這兩個互補晶體管 所 產(chǎn)生的電流可以被處理芯片技術(shù)和解讀成圖像數(shù)據(jù)。數(shù)碼相機中多用的 CCD 是一個 CCD 二維陣列，外形和大小與計算機的數(shù)字電路芯片相像 ， CCD 陣列就安排在芯片表面。 圖像傳感器及成像系統(tǒng)分為主動和被動兩種。 基于 DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 第 4 頁 共 51 頁 2 圖像處理的基礎(chǔ)知識 數(shù)字圖像 廣義的講，凡是記錄在紙介質(zhì)上的，拍攝在 底片和照片上的，顯示在電視、投影儀和計算機屏幕上的所有具有視覺效果的畫面都可以稱為圖像，根據(jù)圖像記錄方式的不同，圖像可以分為兩大類：模擬圖像和數(shù)字圖像。用屏幕輸出處理結(jié)果是最直觀、簡單的方法。 圖像處理部件 圖像處理部件，即數(shù)字信號處理器，圖像的處理工作在其中完成。 視頻采集卡可以將攝取 到 的模擬圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，使 DSP 得 到所需要的數(shù)字圖像信號。電子管攝像機根據(jù)光圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像的原理的不同分為光電子發(fā)射效應(yīng)式和光導(dǎo)效應(yīng)式兩種類 基于 DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 第 3 頁 共 51 頁 型，由于電子管式攝像機的主要元件是電子管，所以體積相對于固體器件攝像機要大得多。編寫了硬件測試程序，視頻驅(qū)動程序等設(shè)計工作。如果使用專門的視頻算法器件，在保證實時性的同時卻使系統(tǒng)的靈活性大大降低。 課題的研究價值 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的進步 ,圖像采集與處理技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展 ,已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)、軍事、電信等領(lǐng)域。 90 年代末就有比較成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。另一種圖像卡是采用大規(guī)模集成電路或?qū)Ｓ眯酒〈嬎銠C的脫機圖像處理系統(tǒng)。這階段特點是 :主流機采用 PC，計算機總線采用 ISA 總線。加拿大 MATRON 公司也推出一系列圖像卡。同樣是采用機箱式結(jié)構(gòu)，主流計算機采用小型機。 第一階段大體上是 從 20 世紀(jì) 60 年代末到 80 年代中期，當(dāng)時的代表 事 英國 JOYCE LOEBL公司推出的 MAGISCAN圖像分析系統(tǒng)以及美國 VICOM公司推出 VICOMVEM圖像處理工作站、 VICOMVEM 機器視覺計算機。 本文介紹了基于 TMS320DM642 的圖像采集系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的輸入輸出及數(shù)據(jù)處理部分的設(shè)計。不斷發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)對圖像信息的采集，處理或傳輸提出了更高的要求。圖像處理系統(tǒng)分為通用圖像處理系統(tǒng)和專用圖像處理系統(tǒng)，其發(fā)展過程大致可分為三個階段。我國圖像處理系統(tǒng)的研制起步較晚，主要有清華大學(xué)的 TS79 小型通用圖像處理系統(tǒng)、 TJ82 圖像計算機和 TS84 多功能微機圖像處理系統(tǒng)。典型產(chǎn)品有 :美國 Image Technology 公司的 PCVISION 系列圖像卡，美國 DT 公司推出的DT2851 圖像卡、 DT2858 圖 像卡和 DT871 真彩圖像卡。這階段的圖像卡大都開始采用大規(guī)模集成電路甚或是專用集成電路。該類產(chǎn)品的特點是 :采用 PC 工總線，在 Windows 平臺上編制圖像處理軟件。國內(nèi)的 DSP 技術(shù)起步較晚，但發(fā)展很快。但隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，基于 DSP和大規(guī)模集成電路的脫機圖像處理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用將達到更高的水平。 在視頻處理領(lǐng)域，由于處理的數(shù)據(jù)量大，算法復(fù)雜度高，使得處理的實時性成為難題。設(shè)計了基于 TMS320DM642 DSP 芯片的高速圖像采集系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，主要完成的部分有 :視頻輸入通道、圖像處理部分、視頻輸出通道、外部存儲器 SDRAM、 Flash 電路、電源轉(zhuǎn)換電路、時鐘復(fù)位電路等外圍電路。圖像處理系統(tǒng)采用的攝像機分為電子管式攝像機和固體器件攝像機兩種。由于用 CCD 實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換及掃描，因此固體器件攝像機體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。中速采集卡采集速度約為 1 幀 /s，只能用于獲得相對靜止的圖像；實時單幀采集卡速度約為 40 幀 /s， 25ms 可采集 1 幀圖像；實時采集卡速度也為 40 幀 /s，能連續(xù)采集多幀圖像，可用于獲得活動目標(biāo)的運動過程。圖像輸出通道包括：視頻編碼器、顯示器。所以，主程序與子程序的編寫顯得尤為重要。 圖像傳感器與數(shù)字成像 數(shù)