實驗4_BF561圖像采集實驗

1、實時數(shù)字信號處理基于ADSP-BF561的圖像采集系統(tǒng)姓名： 專業(yè)： 學(xué)號： 日期： 目錄第一章 基于ADSP-561的圖像采集系統(tǒng)工作原理31.1 CMOS Sensor 圖像采集原理31.2 TFT LCD 圖像顯示原理4第二章 基于ADSP-561的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計62.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖62.2 算法流程圖設(shè)計62.2.1 Main主程序流程圖設(shè)計62.2.2 Cmos Sensor初始化流程圖設(shè)計72.2.3 TFT LCD初始化流程圖設(shè)計82.2.4 圖像傳輸行場同步設(shè)計92.2.5 YUV-RGB圖像格式轉(zhuǎn)換算法10第三章 基于ADSP-561的圖像采集系統(tǒng)實現(xiàn)113.1 圖像

2、采集系統(tǒng)傳輸參數(shù)配置113.1.1 Cmos Sensor PPI與DMA初始化參數(shù)配置113.1.2 TFT LCD PPI與DMA初始化參數(shù)配置133.1.3 I2C控制總線配置153.1.4 TIM定時器配置153.2圖像采集系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)163.2.1 Main主程序?qū)崿F(xiàn)163.2.2 Cmos Sensor子程序?qū)崿F(xiàn)173.2.3 TFT LCD子程序?qū)崿F(xiàn)183.2.4 圖像快速處理子程序?qū)崿F(xiàn)193.2.5 圖像慢速處理子程序?qū)崿F(xiàn)193.3實驗結(jié)果與分析213.3.1 YUV格式圖像讀取213.3.2 RGB格式圖像讀取22第一章 基于ADSP-561的圖像采集系統(tǒng)工作原理1.1 CM

3、OS Sensor 圖像采集原理CMOS Sensor模組使用的是OV7648的CMOS Sensor芯片。OV7648是美國Omni Vision公司開發(fā)的CMOS彩色圖像傳感器芯片，該芯片將CMOS光感應(yīng)核與外圍支持電路集成在一起，具有可編程控制與視頻模/數(shù)混合輸出等功能，該芯片運(yùn)用專有的傳感器技術(shù)，能夠消除普通的光電干擾，例如噪聲、燈光閃爍等，輸出清晰、穩(wěn)定的彩色圖像。其性能特點(diǎn)有：(1)單芯片1/4尺寸(2)2.5V操作電壓(3)I2C控制，標(biāo)準(zhǔn)SCCB接口(4)開窗功能，局部圖像輸出(5)視頻信號輸出：RGB/RawRGB/YUV/YCbCr(6)自動曝光控制/自動白平衡/自動增益控

4、制/自動亮度控制(7)圖像質(zhì)量控制，包括顏色飽和度、銳度、伽馬校正等OV7648具有640*480的圖像象素陣列大小，即307200象素，具有12列、6行可選擇性質(zhì)。時序發(fā)生器控制如下功能：象素陣列控制和幀產(chǎn)生(VAG，QVGA輸出)；內(nèi)部時鐘信號產(chǎn)生和分配；幀率時序；自動曝光控制；外部時序(垂直同步信號VSYNC，水平參考信號HREF和象素時鐘PCLK)輸出以便外部電路讀取圖像。OV7648的寄存器和許多功能通過SCCB高速串行接口(SIOC，SIOD)進(jìn)行操作。其硬件原理圖如下圖1.1所示。圖1.1 硬件原理框圖Ov7648使用前需要進(jìn)行一些寄存器配置操作，可分為三種。(1)OV7648關(guān)

5、于CPLD的配置將OV7648啟用，先對寄存器CtrlClrReg2賦值CLK_S0，再對寄存器CtrlSetReg1賦值CTRL_OV7648_OUTPUT。(2)OV7648復(fù)位操作進(jìn)入復(fù)位，對寄存器CtrlSetReg1賦值CTRL_OV7648_RESET。退出復(fù)位，對寄存器CtrlClrReg1賦值CTRL_OV7648_RESET。(3)OV7648的寄存器設(shè)置OV7648控制的I2C總線，使用ADSP-BF561的PF口模擬I2C總線的時序。PF15口模擬I2C總線I2C Data。PF14口模擬I2C總線I2C CLK。OV7648的I2C地址配置，對寄存器OV7648_IDE

6、NT_W賦值0x42，對寄存器OV7648_IDENT_R賦值0x43。OV7648同步信號由24MHz晶振提供，LINE_VALID、PIXCLK由ADSP-BF561的PPI外設(shè)的PPI_FS1和PPI_FS2提供同步信號。PPI寄存器配置，對寄存器PPI_FRAME賦值480，對寄存器PPI_COUNT賦值640*2-1，對寄存器PPI_DELAY賦值0x01，對寄存器PPI_CONTROL賦值0x001d | DMA32 | PACK_EN。1.2 TFT LCD 圖像顯示原理TFT LCD模組使用的是TS35ND2501。TS35ND2501是數(shù)字真彩液晶屏。其解析度為320*RGB

7、*240，輸入接口為RGB24。LCD硬件原理圖如圖1.2所示。圖1.2 LCD硬件原理圖TFT LCD的配置有三類。(1)TFT LCD關(guān)于CPLD的配置TFT LCD啟用進(jìn)行的配置依次為，對寄存器CtrlClrReg1賦值0xff，對寄存器CtrlSetReg1賦值0x02，對寄存器CtrlSetReg2賦值0x03。(2)TFT LCD的數(shù)據(jù)總線配置TFT LCD同步信號由ADSP-BF561的PPI外設(shè)的PPI_FS1、PPI_FS2和PPI_FS3提供同步信號。PPI的寄存器配置為，對寄存器PPI_FRAME賦值0xcb，對寄存器PPI_COUNT賦值959，對寄存器PPI_CONT

8、ROL賦值0x809E。(3)TFT LCD的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)配置TFT LCD數(shù)據(jù)緩沖區(qū)由TFT LCD的時間同步數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)組成。時間同步數(shù)據(jù)為320*3*22Byte，位于TFT LCD數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首部。圖像的尺寸為320*240，顏色類型RGB24，在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中線性連續(xù)排布。圖像數(shù)據(jù)大小為320*RGB24*240。PPI外設(shè)DMA的寄存器配置：對寄存器DMA0_CONFIG賦值0x1034，對寄存器DMA0_X_COUNT賦值480，對寄存器DMA0_X_MODIFY賦值2，對寄存器DMA0_Y_COUNT賦值262，對寄存器DMA0_Y_MODIFY賦值2。第二章 基于ADSP-56

9、1的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖可分為三個部分，第一部分為OV7648 CMOS攝像頭，第二部分為ADSP核心板，第三部分為TFT LCD顯示器。硬件結(jié)構(gòu)框圖如下圖2.1所示。圖2.1 圖像采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)以BF561為核心板，通過IIC總線控制OV7648，并使用PPI0輸入模式接收OV7648數(shù)據(jù)，使用PPI1輸出模式發(fā)送數(shù)據(jù)到LCD。2.2 算法流程圖設(shè)計2.2.1 Main主程序流程圖設(shè)計圖像采集系統(tǒng)設(shè)計中最重要的功能為OV7648圖像實時采集以及LCD實時顯示。因此在設(shè)計中，使用無限循環(huán)函數(shù)處理接收的連續(xù)幀。主函數(shù)流程圖如下圖2.2所示。圖2.2

10、 主函數(shù)算法流程圖其中在循環(huán)處理進(jìn)程中，可以設(shè)定算法選擇標(biāo)志，設(shè)置0為選擇快速圖像處理算法，設(shè)置1為選擇慢速圖像處理算法。2.2.2 Cmos Sensor初始化流程圖設(shè)計OV7648的初始化包含五個部分：(1)關(guān)閉并復(fù)位OV7648(2)配置CPLD(3)通過IIC發(fā)送OV7648寄存器配置信息(4)PPI、DMA、TIM定時器等DSP片上外設(shè)設(shè)置(5)設(shè)置中斷向量表Cmos Sensor初始化流程圖如下圖2.3所示。圖2.3 OV7648初始化算法流程圖2.2.3 TFT LCD初始化流程圖設(shè)計LCD的初始化包含四個部分：(1)關(guān)閉LCD；(2)配置CPLD；(3) PPI、DMA、TIM

11、定時器等DSP片上外設(shè)設(shè)置；(4)分配發(fā)送至LCD圖片數(shù)據(jù)的緩存空間；LCD初始化流程圖如下圖2.4所示。圖2.4 LCD初始化算法流程圖2.2.4 圖像傳輸行場同步設(shè)計圖像傳輸可分為行與場兩個部分，場由行組成，一幅完整圖像由一場的采樣數(shù)據(jù)組成。因此，設(shè)計兩個定時器實現(xiàn)行場同步。同步時鐘設(shè)計如下圖2.5所示。圖2.5 行場同步時鐘設(shè)計圖行同步一個周期為TH，包含四個部分：THP、THB、THD、THF。其中THD為顯示區(qū)間，即真實有效的圖像數(shù)據(jù)區(qū)間。RGB的THD為320*3=960。THP為5個采樣周期(dot)。THB=114 dot。THF=60 dot。場同步一個周期為TV，包含262

12、個TH。同理，TVD為顯示區(qū)間，值為240。TVP為3*1224個采樣周期。TVB=15 TH。TVF=4 TH。1 TH=90+114+960+60=1224.定時器行場同步配置流程如下圖2.6所示圖2.6 定時器行場同步設(shè)計流程圖2.2.5 YUV-RGB圖像格式轉(zhuǎn)換算法轉(zhuǎn)換算法由矩陣變換實現(xiàn)，矩陣參數(shù)為設(shè)定值。轉(zhuǎn)換矩陣如下圖2.7所示。圖2.7 YUV-RGB圖像裝換算法流程圖R = Y + 1.4075 *（V-128）G = Y 0.3455 *（U 128） 0.7169 *（V 128）B = Y + 1.779 *（U 128）第三章 基于ADSP-561的圖像采集系統(tǒng)實現(xiàn)3.

13、1 圖像采集系統(tǒng)傳輸參數(shù)配置3.1.1 Cmos Sensor PPI與DMA初始化參數(shù)配置OV7648使用DSP的PPI 0 并行外設(shè)接口傳輸圖像數(shù)據(jù)。PPI 0 相關(guān)寄存器的初始化配置函數(shù)如下圖3.1所示。圖3.1 PPI0寄存器初始化配置程序圖程序配置的參數(shù)有4個：(1)PPI控制寄存器PPI0_CONTROL(2)PPI延時計數(shù)寄存器PPI0_DELAY(3)PPI傳輸計數(shù)寄存器PPI0_COUNT(4)PPI每幀線路數(shù)寄存器PPI0_FRAME對PPI0_CONTROL寄存器首先執(zhí)行的操作是清零，而后設(shè)置其初始值。0x001d|DMA32|PACK_EN對應(yīng)的16bit二進(jìn)制位為00

14、00 0001 1001 1101。寄存器初始化配置分析如下：第0位：PORT_EN置1，使能PPI；第1位：PORT_DIR置0，PPI處于接收模式，輸入；第2-3位：XFR_TYPE3:2置11，輸入模式下，非ITU-R 656模式；第4-5位：PORT_CFG5:4置01，在非ITU-R 656輸入模式下，2或3個內(nèi)部幀同步；第7位：PACK_EN置1，包裝模式使能；第8位：DAM32置1，32bitDMA寬度使能；第11-13位：DLEN2:0置000，數(shù)據(jù)長度為8bit第14位：POLC置0，PPI在PPIx_CLK上升沿采樣數(shù)據(jù)第15位：POLS置0，PPIx_FS1和PPIx_F

15、S2上升沿有效PPI0延時計數(shù)寄存器設(shè)置為0x01，即延時周期數(shù)為1。PPI0傳輸計數(shù)寄存器設(shè)置為1280，即每行采樣點(diǎn)數(shù)為1280。PPI0每幀線路數(shù)寄存器設(shè)置為480，即每幀圖像共有480行。DMA相關(guān)寄存器的初始化配置如下圖3.2所示。圖3.2 DMA寄存器初始化配置程序圖程序配置的參數(shù)有8個：(1)DMA配置寄存器DMA1_0_CONFIG(2)DMA外設(shè)映射寄存器DMA1_0_PERIPHERAL_MAP(3)DMA中斷狀態(tài)寄存器DMA1_0_IRQ_STATUS(4)DMA起始地址寄存器DMA1_0_START_ADDR(5)DMA內(nèi)部循環(huán)計數(shù)寄存器DMA1_0_X_COUNT(6

16、)DMA內(nèi)部循環(huán)地址增量寄存器DMA1_0_X_MODIFY(7)DMA外部循環(huán)計數(shù)寄存器DMA1_0_Y_COUNT(8)DMA外部循環(huán)地址增量寄存器DMA1_0_Y_MODIFYDMA1_0_x的含義為1號DMA控制器的0號通道。DMA16位配置寄存器分析：第7位：DI_EN，置1為數(shù)據(jù)中斷使能；第5位：RESTART，置1為DMA緩沖清除，直接丟棄；第4位：DMA2D，置1為二維DMA模式，X、Y都包含；第2-3位：WDSIZE，置10，即WDSIZE_32，為32bit傳輸，同時代表指針寄存器大小為4，即地址增量為4字節(jié)。第1位：WNR，置1，指定存儲器寫。外設(shè)映射寄存器DMA1_0_

17、PERIPHERAL_MAP設(shè)置為0x0000。在1號DMA控制器0號通道的條件下，默認(rèn)的外設(shè)映射為PPI0。中斷狀態(tài)寄存器DMA1_0_IRQ_STATUS設(shè)置為3。二進(jìn)制位為0000 0000 0000 0011。作用為禁止DMA通道起始地址寄存器DMA1_0_START_ADDR，當(dāng)前對象的數(shù)據(jù)緩沖器的起始地址，為用戶輸入。內(nèi)部循環(huán)計數(shù)寄存器DMA1_0_X_COUNT設(shè)置為(640*2)/4，代表640個像素點(diǎn)，每個點(diǎn)有兩組8bit數(shù)據(jù)(YUV格式)。內(nèi)部循環(huán)地址增量寄存器DMA1_0_X_MODIFY設(shè)置為4，指針寄存器增量為4字節(jié)。外部循環(huán)計數(shù)寄存器DMA1_0_Y_COUNT設(shè)置

18、為480，代表480行。內(nèi)部循環(huán)地址增量寄存器DMA1_0_Y_MODIFY設(shè)置為4，指針寄存器增量為4字節(jié)，代表一行的最后一個字與下一行第一個字之間的偏移量。啟動與停止的分析在3.2.2中說明。3.1.2 TFT LCD PPI與DMA初始化參數(shù)配置LCD使用DSP的PPI 1 并行外設(shè)接口傳輸圖像數(shù)據(jù)。PPI 1 相關(guān)寄存器的初始化配置函數(shù)如下圖3.3所示。圖3.3 PPI1寄存器初始化配置程序圖程序配置的參數(shù)有3個：(1)PPI控制寄存器PPI1_CONTROL(2)PPI延時計數(shù)寄存器PPI1_DELAY(3)PPI傳輸計數(shù)寄存器PPI1_COUNT對PPI1_CONTROL寄存器首先

19、執(zhí)行的操作是清零，而后設(shè)置其初始值。0x8000|PACK_EN|DMA32|0x0010|XFR_TYPE|PORT_DIR對應(yīng)的16bit二進(jìn)制位為1000 0001 1010 1110。寄存器配置分析如下：第1位：PORT_DIR置1，PPI處于發(fā)送模式；第4-5位：PORT_CFG置10，2或3個外部幀同步。第15位：POLS置1，PPIx_FS1和PPIx_FS2下降沿有效DMA32與PACK_EN為數(shù)據(jù)打包選項，將4個字節(jié)的數(shù)據(jù)合成一個32bit數(shù)據(jù)。PPI1延時計數(shù)寄存器設(shè)置為0xcb，即延時周期數(shù)為203。PPI1傳輸計數(shù)寄存器設(shè)置為960，即每行采樣點(diǎn)數(shù)為960。DMA相關(guān)寄

20、存器的初始化配置如下圖3.4所示。圖3.4 DMA寄存器初始化配置程序圖程序配置的參數(shù)有8個：(1)DMA配置寄存器DMA1_1_CONFIG(2)DMA外設(shè)映射寄存器DMA1_1_PERIPHERAL_MAP(3)DMA中斷狀態(tài)寄存器DMA1_1_IRQ_STATUS(4)DMA起始地址寄存器DMA1_1_START_ADDR(5)DMA內(nèi)部循環(huán)計數(shù)寄存器DMA1_1_X_COUNT(6)DMA內(nèi)部循環(huán)地址增量寄存器DMA1_1_X_MODIFY(7)DMA外部循環(huán)計數(shù)寄存器DMA1_1_Y_COUNT(8)DMA外部循環(huán)地址增量寄存器DMA1_1_Y_MODIFYDMA1_1_x的含義為1

21、號DMA控制器的1號通道。DMA16位配置寄存器分析：第5位：RESTART，置1為DMA緩沖清除，直接丟棄；第4位：DMA2D，置1為二維DMA模式，X、Y都包含；第2-3位：WDSIZE，置10，即WDSIZE_32，為32bit傳輸，同時代表指針寄存器大小為4，即地址增量為4字節(jié)。外設(shè)映射寄存器DMA1_1_PERIPHERAL_MAP設(shè)置為0x1000。在1號DMA控制器1號通道的條件下，默認(rèn)的外設(shè)映射為PPI1。中斷狀態(tài)寄存器DMA1_1_IRQ_STATUS設(shè)置為3。二進(jìn)制位為0000 0000 0000 0011。作用為禁止DMA通道起始地址寄存器DMA1_1_START_ADD

22、R，當(dāng)前對象的數(shù)據(jù)緩沖器的起始地址，為用戶輸入。內(nèi)部循環(huán)計數(shù)寄存器DMA1_1_X_COUNT設(shè)置為(320*3)/4，代表320個像素點(diǎn)，每個點(diǎn)有三組8bit數(shù)據(jù)(RGB格式)。內(nèi)部循環(huán)地址增量寄存器DMA1_1_X_MODIFY設(shè)置為4，指針寄存器增量為4字節(jié)。外部循環(huán)計數(shù)寄存器DMA1_1_Y_COUNT設(shè)置為262，代表262行。內(nèi)部循環(huán)地址增量寄存器DMA1_1_Y_MODIFY設(shè)置為4，指針寄存器增量為4字節(jié)，代表一行的最后一個字與下一行第一個字之間的偏移量。啟動與停止的分析在3.2.3中說明。3.1.3 I2C控制總線配置I2C總線的主要作用為配置OV7648的控制寄存器。寄存器

23、參數(shù)與所在地址如下圖3.5所示。圖3.5 OV7648控制寄存器參數(shù)程序圖獲取I2C總線控制權(quán)后，數(shù)據(jù)傳輸過程如下圖3.6所示。圖3.6 控制寄存器參數(shù)傳輸程序圖3.1.4 TIM定時器配置TIM定時器配置如下圖3.7所示。圖3.7 定時器初始化配置程序圖定時器10實現(xiàn)行同步，時鐘周期為1224個點(diǎn)采樣周期，脈沖寬度為5個點(diǎn)采樣周期。設(shè)置為脈沖寬度可調(diào)模式。定時器11實現(xiàn)場同步，時鐘周期為1224*262(320688)個點(diǎn)采樣周期，脈沖寬度為1224*3(3672)個點(diǎn)采樣周期。設(shè)置為脈沖寬度可調(diào)模式。3.2圖像采集系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)3.2.1 Main主程序?qū)崿F(xiàn)主函數(shù)根據(jù)算法流程圖編寫，如下圖3

24、.8所示。圖3.8 程序主函數(shù)圖3.2.2 Cmos Sensor子程序?qū)崿F(xiàn)OV7648相關(guān)的子程序?qū)崿F(xiàn)可分為兩個部分：(1)OV7648初始化(2)OV7648啟動與停止初始化程序依據(jù)算法流程圖編寫，如下圖3.9所示。圖3.9 OV7648初始化程序圖OV7648啟動程序如下圖3.10所示。圖3.10 OV7648啟動部分程序圖啟動過程需要進(jìn)行的主要操作有四個：(1)再次初始化OV7648所使用的PPI 0外設(shè)(2)設(shè)置DMA控制寄存器的值，開啟DMA(3)設(shè)置PPI 0控制寄存器的值，開啟PPI 0(4)使能定時器8與定時器9OV7648關(guān)閉程序如下圖3.11所示。圖3.11 OV7648

25、關(guān)閉部分程序圖關(guān)閉過程需要做的操作有三個：(1)DMA控制寄存器置零，關(guān)閉DMA(2)PPI 0控制寄存器置零，關(guān)閉PPI 0(3)失能定時器8與定時器93.2.3 TFT LCD子程序?qū)崿F(xiàn)TFT LCD相關(guān)的子程序?qū)崿F(xiàn)可分為兩個部分：(1)LCD初始化(2)LCD啟動與停止初始化程序依據(jù)算法流程圖編寫，如下圖3.12所示。圖3.12 LCD初始化程序圖LCD啟動程序如下圖3.13所示。圖3.13 LCD啟動部分程序圖啟動過程需要進(jìn)行的主要操作有三個：(1)設(shè)置DMA控制寄存器的值，開啟DMA(2)設(shè)置PPI 1控制寄存器的值，開啟PPI 1(3)使能定時器10與定時器11LCD關(guān)閉程序如下圖3.14所示。圖3.14 LCD關(guān)閉部分程序圖關(guān)閉過程需要做的操作有三個：(1)D