【正文】 數(shù)據(jù)吞吐率，而且可以與目前幾乎所有類型的存儲(chǔ)器直接接口。 圖像采集系統(tǒng)中 Video Port 0 作為輸入，連接到視頻 編碼 器， Video Port 2 用來驅(qū)動(dòng)視頻 解碼 器。 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(hào)管腳至 9 號(hào)管腳 ，下文同理 )。顯示模式下，只支持一路輸出 (8 BIT RAW模式可支持 2 路同步輸出 )。但在同一Video Port 不能同時(shí)配置為采集和顯示模式。在 BT. 656 和 Y/C 模式下，每個(gè)通 道的視頻 FIFO 會(huì)分成 3 個(gè)獨(dú)立區(qū)域，分別存一放 Y, Cb 和 Cr 數(shù)據(jù)。捕捉模式時(shí)，每個(gè)視頻口可采集 2 路 8/10 位視頻。被映射的內(nèi)存被用作存儲(chǔ)流媒體數(shù)據(jù)或者中斷服務(wù)程序等。 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。高速緩存 (Cache)速度次之，容量較大 。片上存儲(chǔ)器速度快、容量小但成本高，片外存儲(chǔ)器容量大、成本低，但是速度慢，因此，產(chǎn)生了多級存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)。利用 DM642 開發(fā)視頻編碼器／解碼器，其視頻輸入／輸出部分只需要一塊視頻采集芯片／顯示芯片即可，如 Phillips 的 SAA7115／ SAA7121，無需外加邏輯控制電路和 FIFO 緩存，使硬件系統(tǒng)更為簡單和穩(wěn)定。它 基于 DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 51 頁 帶有三個(gè)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。 (12)64bit 的外部存儲(chǔ)單元接口，支持和同步或異步存儲(chǔ)單元的連接 。 (10)66MHz32 bit 的 PCI 接口 。 (8)三個(gè) 32bit 通用定時(shí)器 。 (6) I2C 總線模塊 。 (4)數(shù)據(jù)管理輸入輸出模塊 (MDI 0)。 (2)VCX0 內(nèi)插控制端口 (VIC)。 本圖像采集系統(tǒng)上使用的 TMS320DM642 為 548 腳 BGA 封裝 [8]，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2所示 。 DM642 是目前 DSP 芯片性能最高的產(chǎn)品，除了有更高的時(shí)鐘頻率外，還擴(kuò)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。板卡中 SDRAM 占據(jù) CE0, Flash, DART 和 CPLD 映射到 CE1。一部分存儲(chǔ)器可由軟件重新映射為 L2 高速緩存，而不是固定的 RAM。 內(nèi)存映射如表 1 所示，左邊顯示了普通的 TMS320DM642 處理器的地址空間，右面顯示了板卡的地址空間。 TMS320DM642 這款 DSP 芯片有大量的字節(jié)可以設(shè)定為地址空間。在板卡電源供給正常之前，板卡保持復(fù)位狀態(tài)。板上設(shè)計(jì)有 +5V電源作為獨(dú)立的器件為板卡供電。 電路板上用到 TI 公司的 視頻 編碼 器 TVP5150 和 Phillips 公司 解碼 器 SAA1721 符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，與 DSP 的視頻端口相連接。 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。系統(tǒng)工作過程是：視頻輸入設(shè)備攝像機(jī)輸入的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)視頻 編碼 器 編碼 后傳輸至 TMS320DM642， TMS320DM642 存儲(chǔ)、處理采集到的數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)送至視頻 解碼 器，視頻 解碼 器對其 解碼 后再送至視頻輸出設(shè)備監(jiān)視器。目前廣為使用的格式包括 BMP、 GIF、 JPEG、 TIFF、 PSD、 DICOM、 MPEG 等。數(shù)字圖像在外存中的存儲(chǔ)形式是圖像文件，圖像必須按照某個(gè) 已知 的、公認(rèn)的數(shù)據(jù)順序和結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)，才能使不同的程序?qū)D像文件進(jìn)行打開或存盤操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。色調(diào)表示顏色，飽和度表示顏色的純度，強(qiáng)度表示人眼感受到的彩色光的顏色強(qiáng)弱。 (2)Y 彩色空間， 油墨和顏料的三基色是 CMY（ Cyan/Magenta/Yellow，青 /洋紅 /黃）而不是 RGB， CMY 三基色的特點(diǎn)是油墨和顏料用得越多，顏色就越暗，所以 CMY 稱為三減色，它用于無源物的色彩描述，無源物即其顏色由該物體吸收或者反射的光波決定的物體（ 有源物即其顏色有自己本身發(fā)出的光波決定的物體 ）。 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。顏色的表示方法是多樣化的，最常見的 是三基色模型，例如 RGB（ Red/Green/Blue，紅綠藍(lán)）三基色模型，利用紅綠藍(lán)可以混合 成任何 顏色。 (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(gè)灰度級，理論上 只 需要一個(gè)二進(jìn)制位來表示。 基于 DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 51 頁 圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 圖像模式 (1)灰度圖像：灰度圖像是數(shù)字圖像最基本的形式，灰度圖像可以 由 黑白照片數(shù)字化得到，或?qū)Σ噬珗D像進(jìn)行 去色 處理得到。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。 模擬圖像的數(shù)字化經(jīng)歷采樣和量化兩個(gè)過程，把數(shù)字化分成兩個(gè)過程更多的是具有理論意義，而事實(shí)上采樣和量化是 同時(shí) 完成的。即對采樣圖像上的亮度幅值 f 進(jìn)行離散化，稱為圖像量化 。 也就是說，對圖像 f(x,y)的空間位置坐標(biāo) (x,y)離散化以獲取離散點(diǎn)的函數(shù)值的過程稱為圖像的采樣，各離散點(diǎn)稱為采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)對應(yīng)數(shù)字化所得對應(yīng)數(shù)值圖像像素的行和列。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(diǎn)坐標(biāo) (x,y)的亮度值，稱為灰度值。 以照片形式或 初級記錄 介質(zhì)保存的圖像是連續(xù)的，計(jì)算機(jī)無法接收和處理連續(xù)分布和亮度分布的圖像，因此要對一幅模擬圖像 f(x,y)進(jìn)行數(shù)字化，圖像的數(shù)字化就是將連續(xù) 的圖像離散化。顯然，由于 f(x,y)的函數(shù)值是能量的記錄，是非負(fù)數(shù)有界實(shí)數(shù)，滿足 0≤ f(x,y)≤ A。從原理上講， CMOS 的信號(hào)是以點(diǎn)為單位的電荷信號(hào)，而 CCD 是以行為單位的電流信號(hào)，前者更為敏感，速 度也較快，更為省電。 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(fù)電和帶正電的晶體管來實(shí)現(xiàn)感受光線變化的功能，這兩個(gè)互補(bǔ)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)。 CCD 陣列在數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)上都得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)碼相機(jī)中多用的 CCD 是一個(gè) CCD 二維陣列，外形和大小與計(jì)算機(jī)的數(shù)字電路芯片相像 ， CCD 陣列就安排在芯片表面。被動(dòng)傳感器則利用自然光照明或者景物主動(dòng)發(fā)出的輻射（例如紅外輻射），接收到景物的漫反射射線能量或者主動(dòng)輻射射線能量，并對其進(jìn)行數(shù)字化成像。 圖像傳感器及成像系統(tǒng)分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種。 所謂數(shù)字圖像處理（ Digital Image Processing），就是只用計(jì)算機(jī)與其他相關(guān)的數(shù)字技術(shù)，對圖像施加某種 過某些運(yùn)算和處理，從而達(dá)到某種預(yù)期的處理目的。 基于 DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 51 頁 2 圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí) 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(jì)算機(jī)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。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，是為了使各個(gè)硬件部分能夠緊密的聯(lián)系在一起，正常無誤的運(yùn)轉(zhuǎn)。用屏幕輸出處理結(jié)果是最直觀、簡單的方法。 圖像輸出通道 圖像輸出通道，即視頻顯示設(shè)備，其作用 時(shí)將經(jīng)過 DSP 處理過的圖像信息進(jìn)行編碼（ D/A 轉(zhuǎn)換），將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)進(jìn)行顯示。 圖像處理部件 圖像處理部件，即數(shù)字信號(hào)處理器，圖像的處理工作在其中完成。根據(jù)圖像采集的速度，視頻圖像 采集卡可分為：中速采集卡、實(shí)時(shí)單幀采集卡、實(shí)時(shí)采集卡三種。 視頻采集卡可以將攝取 到 的模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)，使 DSP 得 到所需要的數(shù)字圖像信號(hào)。如果景物亮度過亮或過暗，雖然人眼能夠分辨出景物的特征，但是，圖像數(shù)據(jù)的分布會(huì)出現(xiàn)極限飽和的情況，影像圖像處理結(jié)果的正確性。電子管攝像機(jī)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(jì) 第 3 頁 共 51 頁 型，由于電子管式攝像機(jī)的主要元件是電子管，所以體積相對于固體器件攝像機(jī)要大得多。圖像采集部件有 :攝像機(jī)，視頻圖像采集卡（視頻解碼器）。編寫了硬件測試程序，視頻驅(qū)動(dòng)程序等設(shè)計(jì)工作。 課題研究主要解決的問題 論文重點(diǎn)研究了圖像采集系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。如果使用專門的視頻算法器件，在保證實(shí)時(shí)性的同時(shí)卻使系統(tǒng)的靈活性大大降低。開發(fā)出更快速，更穩(wěn)定， 成本更低的圖像采集與處理系統(tǒng)成為了一個(gè)非常引人關(guān)注的問題。 課題的研究價(jià)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(jìn)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。 目前，由于 PCI 總線的諸多優(yōu)點(diǎn)，在沒有特殊限制的場合，采用計(jì)算機(jī) +PCI 接口圖像采集卡仍將是圖像處理系統(tǒng)的主流配置。 90 年代末就有比較成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。由于美國 TI 公司在 DSP 市場上的主導(dǎo)地位，使得 TI公司的圖像處理平臺(tái)在世界上處于 基于 DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 51 頁 領(lǐng)先地位。另一種圖像卡是采用大規(guī)模集成電路或?qū)Ｓ眯酒〈?jì)算機(jī)的脫機(jī)圖像處理系統(tǒng)。在 國內(nèi)，北京中自技術(shù)集團(tuán)、微視公司等都推出系列 PC 工圖像卡產(chǎn)品。這階段特點(diǎn)是 :主流機(jī)采用 PC，計(jì)算機(jī)總線采用 ISA 總線。由于圖像卡體積小、價(jià)格低、使用方便，所以很受用戶歡迎。加拿大 MATRON 公司也推出一系列圖像卡。通過把圖像卡插到計(jì)算機(jī)內(nèi)，即可和計(jì)算機(jī)構(gòu)成圖像處理系統(tǒng)。同樣是采用機(jī)箱式結(jié)構(gòu)，主流計(jì)算機(jī)采用小型機(jī)。由于這些系統(tǒng)采用機(jī)箱式結(jié) 構(gòu)，所以系統(tǒng)的體積比較大，雖然功能較強(qiáng)，但價(jià)格昂貴。 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(shí)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(jī)器視覺計(jì)算機(jī)。 關(guān)鍵詞 ： TMS320DM642； 圖像采集系統(tǒng) ； 視頻輸入 ； 視頻輸出 基于 DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) THE DESIGN OF IMAGE ACQUISITION SYSTEM BASED ON DSP ABSTRACT Along with the development of DSP technology, realizing realtime video pression on DSP by software has bee a highlight of digital video pression standard application and this kind of application has greater flexibility and upgrading potential than special pression chips. The continuous development of modern industrial technology has put forward higher requirements for the acquisition, processing and transmission of image information . This article describes the image acquisition system based on TMS620DM642: An image processing system based on TMS320DM642 is emphasis of the article is the method of video input and video output system uses the special video port of TMS320DM642 to transfer data through EDMAs,so it can capture and display video data very can design video driver by IOM model which