DSP圖像采集處理專業(yè)系統(tǒng)設(shè)計實例

DSP圖像采集處理專業(yè)系統(tǒng)設(shè)計實例DSP圖像采集處理系統(tǒng)設(shè)計實例本章將介紹基于TIC6000系列DSP芯片的圖像采集處理系統(tǒng)實例。第一節(jié)介紹圖像處理系統(tǒng)的應(yīng)用。第二節(jié)介紹圖像采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，著重分析如何平衡需求和成本的設(shè)計方法。第三節(jié)介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計，分析DSP和圖像采集芯片的接口、電氣知識等，給出了設(shè)計方案。最后介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計，主要介紹本系統(tǒng)的軟件設(shè)計方案，同時也重點介紹TI的圖像庫。1

圖像采集處理系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)是計算機圖形深入應(yīng)用和高層應(yīng)用的一個極其廣泛的領(lǐng)域，它把來自照相機、攝像機或者傳真掃描裝置、醫(yī)用CT機、x光機等的圖像，經(jīng)過數(shù)學變換后得到數(shù)字圖像信息，再由計算機進行編碼、濾波、增強、復原、壓縮、存儲等處理，最后產(chǎn)生可視圖像，這種技術(shù)稱為圖像處理(ImageProcessing)。圖像處理技術(shù)在通信科學、生產(chǎn)與管理、多媒體技術(shù)、高清晰度電視、醫(yī)用圖像處理、商品電子化、目標跟蹤等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在通信事業(yè)上，傳統(tǒng)的圖像信息傳輸是以模擬圖像信號形式出現(xiàn)的。為了提高信息傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度，近來數(shù)字圖像信號處理與傳輸技術(shù)正在迅猛發(fā)展，并逐步取代傳統(tǒng)的模擬信號處理與傳輸技術(shù)。目前，“信息高速公路”成了發(fā)達國家的熱門課題，其中數(shù)字圖像處理技術(shù)則成為它的極其重要的部分。而且，數(shù)字圖像處理技術(shù)還與當前乃至21世紀的一些關(guān)鍵電子技術(shù)及電子產(chǎn)品密切相關(guān)。目前數(shù)字圖像處理技術(shù)幾個引人矚目的高科技領(lǐng)域包括：

1．高清晰度電視(HDTV)高清晰度電視是當今國際高科技競爭的制高點之一，占領(lǐng)這個制高點者，必將擁有巨大的經(jīng)濟效益。目前主要有兩種發(fā)展模式：一是日本、西歐等國家在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進行改良；二是美國推出的全數(shù)字HDTV，1992年美國推出了4種全數(shù)字HDTV，它們的關(guān)鍵技術(shù)是在視頻圖像信號處理上采用最先進的信源圖像壓縮編碼技術(shù)。然而，其價格上分昂貴，難以真正商品化。這種狀況的豐要原因是壓縮編碼方法的效率不高。2．商業(yè)電子化20世紀90年代，由于美國商品零售業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了新興的零售連鎖集團，它憑借現(xiàn)代化的計算機管理信息系統(tǒng)所帶來的零庫存、低成本和低售價，迅速占領(lǐng)了市場，成為美國商品零售業(yè)的首批巨人?！斑@種商業(yè)電子化”大市場吸引著越來越多的創(chuàng)業(yè)者、高科技公司，以致一些世界性大公司紛紛涉足于這一領(lǐng)域。商業(yè)零售業(yè)作為市場流通的樞紐與各行各業(yè)密切相關(guān)，它使得商業(yè)電子化成為一項復雜的系統(tǒng)工程，它不僅僅使商場收款機電子化，而且它還使商場網(wǎng)絡(luò)化、貨幣支付電子化甚至訂貨電子化等。在商業(yè)電子化過程中，商品信息的處理、存儲與傳輸是十分重要的環(huán)節(jié)。3．可視電話目前，國內(nèi)外已有成型的產(chǎn)品，然而，它仍需占用較多通信線路，而且自身造價昂貴，其主要原因是圖像壓縮技術(shù)的壓縮倍數(shù)尚不能滿足要求，因此要使可視電話真正商品化，必須在圖像壓縮技術(shù)方面有新的突破才能實現(xiàn)。4．多媒體技術(shù)多媒體是指文(text)、圖(image)、聲(audio)、像(video)與計算機程序融合在一起形成的信息存儲和傳播媒體。它是近期發(fā)展起來的新技術(shù)，我們過去熟悉的聲、圖、像等媒體幾乎是以模擬信號進行存儲和傳輸?shù)模嗝襟w卻是以數(shù)字信號的形式進行存儲和傳播的。目前多媒體的開發(fā)和應(yīng)用趨勢，大致可分為三類：一是具有編輯和播放和雙重功能的開發(fā)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)適合于專業(yè)人員制作多媒體軟件產(chǎn)品；二是主要以具備交互播放功能為主的教育／培訓系統(tǒng)；三是主要用于家庭娛樂和學習的家用多媒體系統(tǒng)?？梢姡嗝襟w的潛力和應(yīng)用前景是非常廣闊的。在多媒體技術(shù)中，數(shù)字圖像處理技術(shù)起著關(guān)鍵性的作用。5．醫(yī)用圖像處理技術(shù)以“圖像重選”技術(shù)為中心的醫(yī)用圖像處理技術(shù)日趨發(fā)展。目前，以醫(yī)用超聲成像、x光造影像、X光斷影成像、CT掃描、核磁共振斷層成像技術(shù)等為基礎(chǔ)的醫(yī)用圖像處理技術(shù)，將為醫(yī)學界實現(xiàn)“將人體變?yōu)橥该黧w”的設(shè)想成為現(xiàn)實，其中，數(shù)字圖像壓縮處理技術(shù)是關(guān)鍵部分。圖像采集處理系統(tǒng)主要包括圖像采集和圖像處理兩大部分。一般圖像處理都是采用通用的或?qū)Ｓ玫腄SP芯片，TI和ADI公司是提供通用的DSP芯片的兩個主要公司，每一個公司都推出了浮點和定點通用DSP芯片，不僅如此，還針對不同應(yīng)用場合，推出了眾多系列的DSP芯片。比如TI公司推出了適合音頻和視頻處理的C5000和C6000系列的DSP芯片，另外，還根據(jù)各種終端設(shè)備的特點，推出了TMS320DSC21、TMS320DSC25、TMS320DM310和TMS320DM64等DSP芯片。TI解決方案可以幫助許多消費類商品，例如攝錄／像機、電子書、MPEG-4播放機／錄制機、相片打印機、便攜式網(wǎng)上視頻家電、影片光盤柜、聯(lián)網(wǎng)機和無線相機。以TI的DSP芯片為基礎(chǔ)的數(shù)碼相機系統(tǒng)方框圖如圖8-1所示。

2圖像采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖像采集系統(tǒng)應(yīng)用在很多場合，尤其在生物識別領(lǐng)域應(yīng)用得十分廣泛，木節(jié)主要就是以TlDSP芯片構(gòu)建的生物識別系統(tǒng)為例，詳細介紹該類圖像采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和特點。

系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和工作流程一個基本的生物識別系統(tǒng)如圖8-2所示，它必須包含幾個基本部件：

1．信號采集部分它主要是將生物特征信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳給系統(tǒng)。它可能是圖像信號，如虹膜圖像、掌紋圖像、指紋圖像，也可能是采樣信號，如采樣人的語音。但在大多數(shù)生物識別系統(tǒng)中信號采集部分轉(zhuǎn)化出來都是圖像信號。本章介紹的也是基于圖像信號采集的識別系統(tǒng)。2．處理部分處理部分通常是一個高性能的CPU。它是整個生物識別系統(tǒng)的核心。它／不僅儀要完成對數(shù)據(jù)的運算、處理和存儲，還要實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，特別是I／O部分的控制，以達到系統(tǒng)整體的要求。3．RAM部分生物識別系統(tǒng)中一般都有RAM部分，主要基于兩個出發(fā)點：首先，生物識別系統(tǒng)中速度是一個重要指標。程序在RAM里面運行比在存儲器里運行速度要快得多。其次，生物識別系統(tǒng)中采集的圖像往往比較大，而且算法所要求的RAM空間也比較大。而CPU內(nèi)部的RAM往往不能達到這個要求。4．存儲部分存儲部分主要存儲兩個部分的內(nèi)容：一是系統(tǒng)的程序；二是生物特征模板。存儲空間的大小也主要取決于這兩個部分的要求。特別是生物特征模板的大小，如果系統(tǒng)要求存儲的人員越多，存儲空間要求也就越大。5．I／O輸入輸出接口部分I／O部分主要是完成系統(tǒng)功能要求。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)/O的要求也不一樣。在考勤領(lǐng)域，就要求I／O具有液晶顯示的功能。6．通信接口部分在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域，就要求生物識別系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能；在門禁應(yīng)用領(lǐng)域，就要求系統(tǒng)具有串行通信(RS485、RS232)的功能。7．電源部分脫機系統(tǒng)由于它應(yīng)用場合的限制，大多對電源有嚴格的限制，主要是要求節(jié)電。而生物識別系統(tǒng)基本上都是使用高性能的CPU，而它們對電源系統(tǒng)也有嚴格的要求，主要是要求電源穩(wěn)定、干擾小。生物識別系統(tǒng)的工作流程基本上可以分成兩個部分：(1)生物特征的采集和存儲。用戶通過I／O通知系統(tǒng)開始生物特征的采集和存儲，處理器則通過采集器采集生物特征信號，再通過算法處理看是否能夠轉(zhuǎn)換成特征模板存儲在存儲空間內(nèi)。在很多情況下，為了保證特征模板的質(zhì)量，處理器會采集好幾次生物特征信號來生成特征模板。工作完成后，處理器會通過I／O通知用戶。(2)身份識別。但用戶需要身份識別的時候，則通過I／O通知處理器。處理器首先通過采集器采集用戶的特征信號，然后用識別算法轉(zhuǎn)化成特征值，再與存儲器里面的特征模板比對。如果相似度大于一定的值，則認為是身份識別正確，否則，身份識別錯誤。通常圖像采集處理系統(tǒng)有以下幾個重要的技術(shù)指標：

1．圖像采集時間通常圖像采集有A／D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸兩個部分，圖像采集時間包括A／D轉(zhuǎn)換時間和數(shù)據(jù)傳輸時間。為了提高圖像采集時間，采用高速A／D轉(zhuǎn)換芯片和高速串行接口。TI和ADI公司都提供了高速的AD轉(zhuǎn)換芯片，此類芯片大多提供并口和SPI之類的數(shù)據(jù)傳輸接口。2．圖像處理時間圖像處理時間是指系統(tǒng)從采集完一個完整圖像到運算處理完圖像所經(jīng)過的一段時間。在流媒體的圖像采集處理系統(tǒng)中對每幀圖像的處理速度直接影響到系統(tǒng)性能，所以在此類產(chǎn)品中通常采用高性能的微處理器。在圖像采集系統(tǒng)中，表現(xiàn)是多樣的，以生物識別系統(tǒng)為例，對一幅完整的圖像處理時間(通常是圖像特征值處理和比對時間之和)有十分嚴格的要求。

3．存儲容量有些圖像采集處理系統(tǒng)需要存儲一定的圖像數(shù)據(jù)，如數(shù)碼相機和數(shù)碼攝像機等。在圖像采集系統(tǒng)中，表現(xiàn)是多樣的，以生物識別系統(tǒng)為例，能夠存儲大量生物體樣本特征值是個重要的指標。4．RAM空間

圖像采集處理器的特點是數(shù)據(jù)量大，占用的數(shù)據(jù)空間達到幾兆。在所有圖像采集處理系統(tǒng)中，大容量的數(shù)據(jù)RAM空間是一個重要的指標，直接影響到圖像處理時間和處理效果。

5．系統(tǒng)功耗

系統(tǒng)功耗可分為兩個部分：一是工作電流，是指系統(tǒng)在采集、處理信號的時候所消耗的電流。另一個是靜態(tài)電流，是指系統(tǒng)在沒有工作狀態(tài)下的電流。因為在大多數(shù)應(yīng)用場合，系統(tǒng)大部分時間都處于沒有工作的狀態(tài)，靜態(tài)電流更具有實際意義。6．成本毋庸質(zhì)疑，成本對于任何一會系統(tǒng)都是一個重要的技術(shù)指標。3硬件電路設(shè)計本節(jié)是主要介紹圖像采集處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計。在圖像采集處理系統(tǒng)中，如何完整、真實地采集到現(xiàn)實對象的圖像數(shù)據(jù)是非常重要的。圖像采集的性能好壞直接影響到后續(xù)的圖像處理和圖像識別等功能模塊。因此，設(shè)計一個快速、實時的圖像采集硬件系統(tǒng)是非常重要的。下面以某公司的B芯片為例，介紹圖像采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案和注意事項。

圖像采集時序分析使用B芯片時需要注意兩個方面的問題，一是包括芯片初始化部分，設(shè)定芯片的工作方式和運行參數(shù)；二是包括芯片的數(shù)據(jù)傳輸部分，系統(tǒng)要求CPU能夠?qū)崟r得到B芯片采集到的圖像數(shù)據(jù)。B芯片的時序主要包括初始化部分的總線時序和數(shù)據(jù)傳輸時序。

1．初始化時序分析B芯片初始化部分的總線時序如圖8-3所示?？梢钥闯銎鋵憰r序基本上與SRAM的寫時序相同，在/WE的下降沿時，DBUS總線上數(shù)據(jù)準備好，在／WE的上升沿鎖存DBUS總線數(shù)據(jù)。

2．數(shù)據(jù)發(fā)送時序在數(shù)據(jù)傳輸接口中，B芯片提供兩種接口方式：SPI方式和并行方式。下面將具體分析兩種方式的優(yōu)缺點，最終將導致硬件電路系統(tǒng)設(shè)計。

(1)SPI接口方式。SPI是SeriesProtocolInterface的縮寫，這是一個利用四根信號線的串行接口協(xié)議，包括主／從兩種模式。4個接口信號是：·MISO=串行數(shù)據(jù)輸入(主設(shè)備輸入，從設(shè)備輸出)?！OSI=串行數(shù)據(jù)輸卅(主設(shè)備輸出，從設(shè)備輸入)。·SCK=移位時鐘?！S=從設(shè)備使能。SPI接口的最大特點是由主設(shè)備時鐘信號的出現(xiàn)與否來界定主／從設(shè)備間的通信。一檢測到主設(shè)備時鐘信號，數(shù)據(jù)開始傳輸，時鐘信號無效后，傳輸結(jié)束。在這期間，要求從設(shè)備必須被使能(SS信號保持有效)。SPI方式的優(yōu)點是只占用4根數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)傳輸速度快等優(yōu)點。C6000系列McBSP作為SPI接口使用時的時序如圖8-4所示。

B芯片的SPI接口為MASTER模式，提供4種CLOCK，最大可以達到6MHz。B芯片的SPI時序如圖8-5所示。仔細分析其時序圖可以發(fā)現(xiàn)：FSR是字節(jié)同步幀信號，向不是從設(shè)備的使能信號。標準的SPI時序是從設(shè)備的使能信號SS的下降沿數(shù)據(jù)開始從MISO引腳輸出，上升沿出現(xiàn)在前一個數(shù)據(jù)全部發(fā)送完之后，模塊在FSR高電平時，把數(shù)據(jù)鎖存到發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器里，F(xiàn)SR下降沿時，模塊開始串行發(fā)送數(shù)據(jù)。如果用標準的SPI接口讀取B芯片生物樣本數(shù)據(jù)，會出現(xiàn)片選信號出錯的情況，導致SPI模塊出現(xiàn)異常，最終無法讀取到樣本數(shù)據(jù)。因此在硬件電路設(shè)計中，放棄了采用SPI接口讀取B芯片生物樣本數(shù)據(jù)。

多通道緩沖串口(McBSP)的優(yōu)點是可以設(shè)置時鐘信號、幀同步信號和數(shù)據(jù)單元大小，可以實現(xiàn)與多種方式的接口時序無縫連接。把B芯片的串行時序看成普通的3線式通信，F(xiàn)SR是字節(jié)同步幀信號，DSPC6000的McBSP設(shè)置如下：

·(R／X)PHASE=0，單相幀。

·(R／X)FRLENl=O，每幀一個數(shù)據(jù)單元。

·(R／X)WDLENl=000b，數(shù)據(jù)單元字長8位。

·(R／X)FRLEN2和(R／X)WDLEN2字段無效，可以為任意值。

·CLK(R／X)P=0，時鐘下降沿接收數(shù)據(jù)，上升沿處發(fā)送數(shù)據(jù)。

·FS(R／X)P=0，幀同步信號高有效。

·

(R／X)DATDLY=01b，1位數(shù)據(jù)延遲。

·以幀信號的最高頻率運行。

此種方式下，McBSP的收發(fā)數(shù)據(jù)時序如圖8-6所示。從圖8-6可以看出，采用此方式可以和B芯片的3線式串行通信匹配。由于DSP的McBSP是采用從方式，考慮到時序比較快，建議采用DMA方式讀取DRR中的數(shù)據(jù)。

(2)并行方式。此外，B芯片提供了并行數(shù)據(jù)傳輸方式。并行方式的缺點是占用8根數(shù)據(jù)線，不利于系統(tǒng)硬件的穩(wěn)定性：優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸速度快，便于軟體實現(xiàn)。并行數(shù)據(jù)傳輸方式時序如圖8-7所示。DSC字節(jié)同步時鐘信號，DR數(shù)據(jù)總線(8位)。從圖中可以看出，在DSC上升沿時B芯片數(shù)據(jù)總線準備好數(shù)據(jù)，在DSC下降沿時CPU可以讀取數(shù)據(jù)。并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序非常簡單，軟件易于實現(xiàn)。綜合考慮了圖像采集系統(tǒng)的實時性要求和B芯片的時序特點，系統(tǒng)設(shè)計時采用了并行讀取方式。

圖像采集處理系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括電源和復位電路、總線接口電路設(shè)計、擴展I／O口和通信接口等部分。下面詳細介紹這幾個部分硬件電路的設(shè)計，同時分析B芯片電氣特性和設(shè)計B芯片接LJ電路。

1．電源電路和復位電路圖像采集系統(tǒng)的電源系統(tǒng)設(shè)計比較復雜，電源供應(yīng)方式通常有兩種方式：220V電源供電和電池供電。在這里主要是介紹以電池作為電源供應(yīng)方式的電源管理方案，目前穩(wěn)壓電源方式主要有線性穩(wěn)壓電源、DC-DC開關(guān)電源和電容式充電泵開關(guān)電源，它們的特點如表8-1所示。圖像采集處理系統(tǒng)尤其是手持便攜設(shè)備對低功耗有很嚴格的要求，因此在系統(tǒng)中采用高效穩(wěn)定的電源管理方案非常重要。該圖像處理系統(tǒng)中，CPU芯片是雙電源芯片，，I／。另外，。，CPU的內(nèi)核電流約800mA。12V電源的電流約是20mA。。整個系統(tǒng)的電源管理方案如表8-2所示。

。TPS54310芯片具有以下幾個優(yōu)點：·同步降壓型PWM穩(wěn)壓芯片?！さ洼敵鲭妷骸⒏咻敵鲭娏?。·開關(guān)頻率可調(diào)，固定350kHz、500kHz，可調(diào)范圍為280～700kHz?！ぁ?、3A輸出電流，精度為1％?！?A電流輸出時，MOSFET開關(guān)管導通電阻為60mΩ。·內(nèi)置峰值電流保護和熱保護?！た焖俚南鄳?yīng)速度，轉(zhuǎn)換效率達到95％。·外部配置元器件少，易地設(shè)計。，正常輸入電壓是5V，，輸出電流最大3A。

，正常輸入電壓是5V，，輸出電

流最大3A。

12V電源的電流只有20mA，。由于耗電流小，采用一般的電源轉(zhuǎn)換芯片就足夠了。木系統(tǒng)中采用LM2703，具體電路圖設(shè)計如圖8-lO所示。在嵌入式系統(tǒng)中，復位電路設(shè)計也是至關(guān)重要的。直接利用TPS54310芯片的PWRGD輸出引腳，通過一定的邏輯轉(zhuǎn)換得到CPU的復位信號。PWRGD引腳的特性是：當VSENSE引腳達到輸出電壓的90％時，PWRGD輸出高，否則輸出為低。PWRGD引腳是OC門輸出，需要接上10kΩ電阻。

2．總線接口設(shè)計在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，CPU大多數(shù)都具有與SRAM／FLASH和SDRAM無縫連接的功能。相對來說，總線接口設(shè)計比較簡單。TMS320C6201也是一款提供多種協(xié)議接口無縫連接的CPU。TMS320C6201芯片集成了外部總線接口(EMIF)外設(shè)，EMIF控制對外部存儲設(shè)備(如ROM／FLASH、SDRAM、SBSRAM)和外部I／O設(shè)備訪問。EMIF有4個BANKS，每一個BANK都可以設(shè)置對ROM、SDRAM和SBSRAM等類型外設(shè)存儲設(shè)備的訪問。根據(jù)TMS320C6201BOOTLOAD的特點，通常CEl空間設(shè)置為對RAM、ROM、FLASH等外設(shè)，CE2、CE3空間設(shè)置為對SDRAM外設(shè)。TMS320C6201內(nèi)部運行時鐘是200MHz，對外部空間訪問的同步時鐘是100MHz。由于大多數(shù)的外設(shè)都是屬于低速設(shè)備，比如FLASH、SRAM等，因此設(shè)計硬件時需要考慮高速CPU和低速外設(shè)之間的時序配合問題。在TMS320C6201的EMIF相關(guān)寄存器里可以設(shè)置CPU內(nèi)部對外部訪問的延時時間，另外，通常低速外發(fā)有RY／BY引腳，該引腳可以與CPU的ARDY引腳直接相連，其硬件接線框圖如圖8-11所示；不利用外部硬件延時的硬件接線框圖如圖8-12所示。TMS320C6201的EMIF與32位SDRAM的硬件接線框圖如圖8-13所示。

本系統(tǒng)中外擴展了256K×16位的FLASH29LY400，用地存儲程序代碼和采集到的圖像數(shù)據(jù)。另外還擴展了2M×32位的SDRAM，主要是用于程序?qū)嶋H運行時占用的程序和數(shù)據(jù)空間。系統(tǒng)的上電運行過程是通過ROMBOOTLOADER方式把程序代碼load到SDRAM空間去，主程序和圖像采集處理程序都在SDRAM空間運行。3．擴展I/O設(shè)計針對于本系統(tǒng)中FLASH和外部擴展的B芯片都是映射到CEl空間，而且系統(tǒng)需要具有對外部I／O信號的處理，如按鍵、撥碼旋鈕、蜂鳴器和指示燈的信號等，所以在系統(tǒng)中增加了一片CPLDEPM7256。TMS320C6201芯片沒有可以直接使用的GPIO口，因此只能通過CPLD來擴展，如圖8-14所示。

如前所述，系統(tǒng)采用并行方式訪問圖像采集B芯片，以TMS320C6201對外部RAM讀訪問時序為例，介紹TMS320C6201與圖像采集B芯片的硬件設(shè)計。TMS320C6201對外部SRAM的讀訪問時序如圖8-15所示。

如前所述，B芯片在脈沖DSC信號觸發(fā)下，圖像數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)線DR[7..0]輸出。采用GPIO引腳模擬DSC時鐘，通過對外部SRAM讀訪問方式讀取圖像數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)中，把B芯片映射到CEl空間，對CEl空間進行讀操作就可以讀取圖像數(shù)據(jù)了。TMS320C620l與B芯片的接口框圖如圖8-16所示。用CE1作為74LVC245A的片選信號，對CEl空間進行讀寫訪問就可以實現(xiàn)對B芯片的訪問了。

此電路設(shè)計也存在不安全的因數(shù)，進行TMS320C6201的外部SRAM訪問時序的分析就可以知道。仔細分析片選信號CEl和AOE信號，可以看出，片選信號CEl比寫AOE要寬。也就是說，對外部CEl空間讀取數(shù)據(jù)時，74LVC245A片選有效，DIR信號從高跳到低，致使數(shù)據(jù)線上有一個從輸出到輸入的轉(zhuǎn)變。在實際調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)對數(shù)據(jù)線上的信號有比較大的影響，如圖8-17所示。在測試中，發(fā)現(xiàn)此BUG沒有影響系統(tǒng)運行，因此采用以上總線擴展I／O方式。4．存儲器映射整個圖像采集處理系統(tǒng)的存儲空間分4個BANK。第1個BANK是CEO，外擴SBSRAM存儲器；第2個BANK是CEl，F(xiàn)LASH存儲器、B芯片和GPIO等外設(shè)分享此空間；第3個BANK是CE2，只是外擴SDRAM存儲器。存儲器映射為memorymap1。具體地址如表8-3所示。

4軟件設(shè)計本節(jié)主要介紹該圖像采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分，著重介紹對FLASH的讀寫操作程序、圖像采集程序和TI的ImageLibrary庫的利用。

FLASH訪問讀寫程序該部分主要是介紹TMS320C6201對AM29LV040FLASH芯片進行讀寫訪問的程序設(shè)計。在該系統(tǒng)中，AM29LN040FLASH芯片擔當一個重要的任務(wù)，存儲著所有的程序代碼和初始化的數(shù)據(jù)段。不僅如此，還需要存儲系統(tǒng)的參數(shù)、圖像數(shù)據(jù)以及一些系統(tǒng)重要的信息。該系統(tǒng)中AM291N040存儲容量是4M位，8個512kB的sector。AM29LV040映射到系統(tǒng)的CEl空間，配置為16位ROM，硬件設(shè)計時沒有利用AM29LV040的RY／BY引腳，所以在軟件中需要輪詢校驗program和erase操作是否正確。在系統(tǒng)中選用的AM29IN040是一款訪問時間達到70ns的FLASH，CPU的運行頻率是200MHz，對應(yīng)EMIFCEl空間的控制寄存器(CECTLO)的設(shè)置如表8-4所示。

1．程序流程圖硬件復位后，F(xiàn)LASH設(shè)備自動初始為讀模式，不需要任何特殊的操作就可以讀取數(shù)據(jù)。當然首先必須正確初始化EMIF相關(guān)寄存器。相對來說，F(xiàn)LASH的寫操作和擦除操作要復雜些。AM29IN040的編程和擦除的命令流程圖如圖8-18和圖8-19所示。編程和擦除操作首先需要寫入正確的命令字，然后輪詢設(shè)備的狀態(tài)判斷操作是否正確。在每一種操作中需要用軟件檢驗編程和擦除操作是否正確，輪詢算法如圖8-20所示。

同CCD器件一樣，CPU也要對本系統(tǒng)中的圖像采集芯片B芯片進行初始化才能讀取圖像數(shù)據(jù)。芯片上電后，B芯片需要初始化，初始化主要包括ADC模塊的參考低電平和數(shù)據(jù)傳輸方式等部分。數(shù)據(jù)傳輸方式有3線串行(SPI)和并行(并行)兩種方式。本系統(tǒng)中采用了并行讀取圖像數(shù)據(jù)方式。并行讀取數(shù)據(jù)的同步時鐘周期要大于512ns，在時鐘DSC的低電平B芯片準備好數(shù)據(jù)，時鐘DSC高電平時CPU可以讀取圖像數(shù)據(jù)。B芯片的初始化比較簡單，涉及的東西很少，在這里就不介紹了。在這里將要詳細介紹如何讀取圖像數(shù)據(jù)。

B芯片映射到系統(tǒng)的CEl空間，由于有DSC同步時鐘，因此將SRAM訪問的時間設(shè)置

為最大值。1．程序流程圖B芯片的讀圖像數(shù)據(jù)的流程圖如圖8-21所示。

2．源程序該部分主要介紹如何從B芯片讀取圖像數(shù)據(jù)，讀取圖像數(shù)據(jù)子程序，同時給出了EMIFCEl空間CECTL1控制寄存器的配置。

ImageLibrapy使用通常開發(fā)一款圖像采集和處理產(chǎn)品的流程是熟悉硬件平臺的特性、根據(jù)CPU的特點優(yōu)化算法，最后調(diào)試整個系統(tǒng)軟件。由于大多數(shù)廠家CPU支持的匯編語言不相同，尤其DSP芯片的匯編語言，如TI公司有自己的甚長匯編指令集，而AD公司也有自己的匯編指令集。通常只有根據(jù)各個廠家的CPU內(nèi)核特點和匯編指令特點，才可以更好地優(yōu)化圖像算法，而且往往這方面影響著產(chǎn)品的開發(fā)進度，影響著產(chǎn)品進入市場的時間。TI公司為了解決這個問題，向用戶提供了圖像處理算法庫，該庫主要包含圖像壓縮和解壓縮、圖像分析和圖像濾波等3個部分。用戶可以利用這3個庫快速地開發(fā)出圖像采集處理算法。

1．概述TI公司提供的(262xMIGLIB庫文件是包括很多圖像和視頻處理函數(shù)，所有函數(shù)都是對C語言編程進行了優(yōu)化。該庫包括一些可以使用C語言調(diào)用，且已經(jīng)經(jīng)過匯編優(yōu)化的圖像和視頻處理子程序。在對圖像處理時間十分敏感的實時系統(tǒng)中可以使用這些已經(jīng)經(jīng)過汁算優(yōu)化的函數(shù)。用戶借助這些子程序就可以輕松地使用ANSIC語言編寫出高效的算法程序。借用這些子程序，可以縮短產(chǎn)品進入市場的時間。TIC62xIMCLIB庫文件包括通用的圖像和視頻處理子程序。另外，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品的特點，修改庫的源程序滿足自己的要求。這些源程序可以在CodeComposerStudio軟件的安裝目錄下找到。IMGLIB庫的特點如下：·優(yōu)化的匯編代碼子程序?！づcTIC62x編譯器完全兼容的C調(diào)用子程序?！せ鶞?，包括時鐘周期和代碼大小?！⒖糃模型測試。雖然在軟件中提供的代碼都是針對C62xDSP設(shè)備的，但是也可以在TIC6000DSP系列其他產(chǎn)品中使用。，有興趣讀者可以看看。2．圖像壓縮解壓縮子程序

該部分主要描述的是標準圖像壓縮／解壓縮算法子程序，如JPEG、MPEG

等算法。IMG_fdct_8x8IMG_idct_8x8前向和反轉(zhuǎn)離散余弦變換(DCT)函數(shù)：IMG_fdct_8x8和IMG_idct_8x8。在大多數(shù)標準壓縮算法中都使用離散余弦變換函數(shù)，如JPEG編碼／解碼、MPEG視頻編碼／／解碼。這些標準壓縮算法使用目的是不相同的，比如：JPEG算法主要使用在打印、圖像處理和安全系統(tǒng)中等；MPEG視頻標準主要在數(shù)字電視(DTV)、DVD播放器、機頂盒(Set-Topboxes)、便攜視頻設(shè)備、視頻光盤和多媒體應(yīng)用系統(tǒng)中使用；。注意逆向DCT函數(shù)執(zhí)行的是IEEE1180～1990逆向DCT算法。IMG_mad_8x8IMG_mad_16x16IMG_sad_8x8IMG—sad—16x16利用這些函數(shù)可以提高運動圖像識別算法性能，。在便攜視頻系統(tǒng)、流媒體系統(tǒng)和視頻電話采用這些視頻編碼。在視頻編碼系統(tǒng)中，運動圖像識別算法是得到最大計算加強優(yōu)化。采用TI提供的函數(shù)可以使系統(tǒng)中算法性能得到顯著改善。IMG_mpeg2_vld_interIMG_mpeg2_vld_intraMPEG-2可變長度解碼函數(shù)提供了一個高集成度和高效率解決方案，該方案優(yōu)化了MPEG-2代碼intra和non-intra宏塊的可變長度解碼、run-lengthexpansion、反轉(zhuǎn)掃描、dequantization、saturation和mismatch控制。任何MPEG-2視頻解碼系統(tǒng)的性能依賴于每個解碼步驟的高效實現(xiàn)。IMG_quantize量子化是許多圖像視頻壓縮系統(tǒng)中的積分步驟，包括DCT壓縮算法基礎(chǔ)之上各種變異算法，例如JPEG、。在這樣的系統(tǒng)中采用IMG_quantize子程序可以提高量子化步驟的速度和性能。IMG_wave_horzIMG_wave_vert在JPEG2000和MPEG-4等算法中，小波處理得到的廣泛的應(yīng)用，并將發(fā)展成為一種標準，典型應(yīng)用于提高靜止圖像壓縮的性能方面，而且在許多各種圖像壓縮系統(tǒng)都是建立在小波處理基礎(chǔ)之上。IMG_wave_horz和IMG_wave_vert函數(shù)用于計算水平和垂直小波變換。利用該兩個函數(shù)可以計算圖像數(shù)據(jù)2維小波變換。該子程序在文檔約束之內(nèi)使用非常靈活，可以滿足寬范圍的特殊小波變換和圖像維數(shù)。3．圖像處理子程序該部分主要是對應(yīng)用于圖像分析標準的函數(shù)進行說明。IMG_boundary邊界和周界函數(shù)，即IMG_boundary和IMG_perimetcr兩個函數(shù)。它們通常在結(jié)構(gòu)視覺應(yīng)用中作為結(jié)構(gòu)算子。IMG_dilate_binIMG_erode_binIMG_dilate_bin和IMG_erode_bin兩個函數(shù)是圖像學算子，通常用于提高二進制圖像擴大和二進制圖像侵蝕算法效果。擴大和侵蝕在圖像處理操作中具有基礎(chǔ)的意義，比如打開和關(guān)閉都可以從擴大和侵蝕中建立起來。這些函數(shù)在機器視覺和醫(yī)學成像方面非常有用。IMG_histogram直方圖用來生成圖像的柱狀圖。圖像的直方圖是一個圖像亮度級的統(tǒng)計。例如，對于一個8位像素亮度級別的灰度圖像，直方圖將包括對應(yīng)可能的256個像素亮度的256bins。每一個bin包含圖像中像素點的個數(shù)，尤其是亮度值。IMG_perimeter庫中提供了邊界和周界計算函數(shù)，即IMG_boundary和IMG_perimeter。通常在機器視覺應(yīng)用中用于結(jié)構(gòu)化操作。

IMG_sobel在機器視覺系統(tǒng)中通常使用邊界檢測技術(shù)。在許多算法中都存在邊界檢測技術(shù)，最通用的是Sobel邊界檢測。IMG_sobel子程序提供了一個