基于DSP的图像采集与处理系统

2014-12-23陈晓东

科技视界 2014年6期

陈晓东

(长春工业大学，吉林长春 130012)

0 引言

实时图像处理系统的基本要求也是最大难点就是运算处理速度足够快，即：在有限的时间内处理大量的图像数据，这对于系统的核心处理器的选取以及软件编写都是一个不小的难点。基于DSP 的图像采集与处理系统不仅能提高系统的运算速度，更能提高系统的判断准确性。

1 基于DSP 的图像采集与处理系统组成

基于DSP 的图像采集与处理系统的执行率高，运行速度快，操作灵活，并且可以根据实现功能的不同，进行软件编程的修改，实现功能多样化，提高了系统的兼容性和移植性。本系统由以下五个基本部分组成，如图1 所示。

图1 本系统的处理过程图

2 基于DSP 的图像采集与处理系统硬件构成

本系统运行的理论依据是：先由摄像头采集实际的模拟信号，通过A/D 转换成数字信号，DSP 处理器将转换后的数字信号进行运算处理。然后再由D/A 转换成连续的模拟信号，并显示最终结果。以上各部分的构成如图2 所示。

本图像采集系统硬件电路主要包括4 部分：

1）视频输入

采用TI 公司的TVP5146 芯片对标准PAL 制式电视模拟信号进行视频信号的采集，再进过ADC 转换，将解码后的8/10 位的BT.656数字信号传递给DSP 的CCDC 端口进行图像的输入。

2）视频存储

设定外部的存储器后，TMS320DM6437 接收图像以及视频信息，通过DSP 芯片的输入端进行操作。

3）图像处理

以TMS320DM6437 为核心，结合外部存储设备进行运算处理，对摄像头所接收的图片进行图像处理，优化图像的参数性质。

4）视频输出

此部分是从DDR2 中提取各种图像信息，经过图像处理模块的处理，最终输出标准的图像或者视频信号。

图2 系统整体构成

2.1 核心处理器芯片

由于科技发展，集成芯片能实现众多功能，因此往往应用DSP、复杂可编程逻辑器件以及单片机等主流芯片来做为核心处理器件。本文设计的系统采用的TMS320DM6437 芯片是TI 公司研制的，该芯片优化了一些特定应用，例如安全驾驶、视频监控和网络视频等，针对性能高、成本低的视频以及图像处理为研发基础。本系统所用的DM6437是属于TMS320C64x+系列中的32 位定点处理器，包含64 个通用寄存器（32 位）和8 个独立计算功能单元，并有DDR2 存储控制器、I2C接口以及视频处理前端(VPFE)等辅助部分。

2.2 视频采集模块

本系统采用摄像头采集视频信号，采集到的信号为模拟信号。通过视频解码芯片TVP5146，可以对接收的模拟信号进行模数变换。TVP5146 能涵盖RGB，YPBPR，CVBS 等多种信息，并可实现多信号的同时输入。

此步中VPFE 作为DM6437 视频处理前端有两个优点，一是使各个视频接口无缝连接，二是有效的对各个视频进行预处理。输入的数字视频流是通过CCDC 控制器传输的，还为其提供必要的同步信号。

2.3 视频输出模块

芯片DM6437 在对视频进行处理后，进行统一整理，这样这些视频数据就可以用一幅图像来显示，用不同的区域来表示各个视频源。通常不同格式的数字视频和图像都存储在DDR2 中，视频输出模块从中读取出来，再通过VPBE 进行处理，输出需要的视频数据。将DDR2存储器可以用于处理格式的视频和图像数据通过OSD 模块读取出来，对这些数据处理转换成为YUV 格式。

2.4 电源模块

DM6437 芯片的内核在不同频率下使用不同的电压，本系统中使用1.2V 进行内核供电；与之不同的是，需要采用1.8V 电源电压对TVP5146 内核和KS8001 内核进行供电；还有一些器件是需要3.3V 的电源电压对其供电。基于这些器件对电压的要求不同，体统中我们使用三块TPS54310PWP 电源芯片进行供电，使其转换成1.2V、1.8V、3.3V 这三种内核电压的需求；我们还使用电感对模拟电源和数字电源隔离，减少干扰。