基于高速DSP的图像处理应用

摘　要：本文采用TI公司的多媒体DSP芯片TMS320DM642(简称DM642)，实现了一种图像处理系统基本功能的应用平台，包含视频输入、视频输出以及串行通信等功能。

关键词：DM642；DSP；图像处理；编码器

1、引言
　　完成某一特定任务的图像处理系统，其硬件方案大体上有三种：使用通用计算机、使用ASIC和使用DSP。使用通用计算机的方案可以应用现有的硬件设备，选择合适的操作系统，只需要进行应用程序的开发。其优点在于开发周期短，费用较低，并且产品易于维护和升级；缺点是运算速度受到限制，对于算法的运算量大和复杂度很高的应用场合，难以达到实时性要求。该方案有两种应用场合：算法开发初中期阶段及一些实时性要求不高的领域。使用ASIC的方案，所有的运算都由硬件实现，因此实时性会非常好，但硬件的设计是一大难点，而且系统一旦定型，不方便对其进行升级。使用高速DSP可以说是前两种方案的折衷，一方面在硬件实现上只需根据需求进行DSP外围接口电路的设计，另一方面，随着DSP技术的快速发展，高性能芯片的不断推出，其运算能力也能满足一般图像处理的要求，而且，系统功能由算法软件来实现，对系统的维护和升级也很方便。
2、系统硬件设计
　　系统硬件组成如图1所示。以DM642为核心，外部扩展了存储器SDRAM和Flash，分别用于程序运行和程序存储；通过控制视频编解码器完成视频的采集和输出；并通过McBSP接口实现UART，方便视觉系统与外界的通信。

　　系统中，扩展的外部存储器包括ROM和SDRAM。其中，ROM采用Atmel公司的Flash，型号是AT49BV1614，其容量为16MBits，在系统启动时作为Boot ROM使用；SDRAM由两片4Banks×512K×32Bits规格的芯片够成，型号是HY57V643220CT，用来储存程序、数据和视频。视频ADC采用Phillips公司的SAA7113，转换精度9Bits，拥有有4个模拟输入通道，可输入4路模拟视频信号，输出接口（VP0）有一个，支持PAL、NTSC、SECAM这三种主要的模拟视频制式。
　　3、系统软件设计
　　TI为了对自己的DSP 产品提供软件开发支持，推出了DSP /BIOS抢先型、可裁剪的实时多任务操作系统，它与CCS编译环境集成在一起。使用DSP/BIOS可以进行高效的应用程序开发。本文图像系统的软件开发是基于DSP /BIOS环境下进行的。
3.1 软件设计流程
　　应用主程序需要先完成CSL（Chip Support Library）库的初始化，以便在程序中能调用相关的芯片级支持库函数。随后，开EDMA中断，并使能EDMA中的I2C通道的中断；开VP1、VP2口中断；初始化并启动I2C的数据传输，完成对视频解码芯片SAA7113和视频编码芯片ADV7176的寄存器的参数初始化数配置；配置和启动VP1和VP2视频口；最后进入空闲等待循环。视频的采集以中断的方式进行，当一帧图像采集完后，触发VP1中断，系统调用相应的中断子程序对图像数据进行处理计算，求出位置和姿态等参数，最后将参数通过UART传输给控制计算机。
3.2 A/D和D/A芯片的初始化
　　A/D和D/A芯片的初始化过程通过EDMA中的I2C通道来实现。要传输的数据参数在EDMA 的参数RAM表中进行配置，其中主要包括源数据起始地址、目的地址、地址的修改方式、要传输的数据格式和大小。对二个芯片的初始化数据参数分别配置在二个不同的RAM表中。第一次I2C通道的EDMA数据传输完毕后由EDMA控制器向CPU发出中断，中断处理程序载入第二次I2C传输的RAM参数表，启动第二次传输过程。从而完成二个芯片的初始化过程。
3.3 视频采集与输出
　　对应于YUV 4：2：2的格式视频数据采集，EDMA中用于VP1的数据传输有三个通道。系统中将视频端口VP1配置为连续帧采集的方式，也就是启动第一帧的采集后，后面帧的采集连续进行不需要另外的帧同步信号。
3.4 通信接口功能的实现
　　系统中，通过软件的方法，不增加硬件的复杂度，利用已有的McBSP和EDMA实现UART功能。同步串口依赖三条分离的信号线（数据、帧同步和时钟）来实现数据的传输，而异步通信只是在一根信号线上进行。要用同步串口实现异步传输，需要通过在数据的首尾加入起始位和停止位，让接收方知道数据传输何时开始和停止。
4、结论
　　研究了一种基于DM642的图像处理应用平台的设计与实现，其实现的基本功能包括视频输入和输出，与外界的UART接口通信等。介绍了系统硬件组成，以及软件功能模块的实现。由于软件采用了模块化设计，针对具体的功能需求，通过配置不同的客户程序，可以实现特定的应用，因而系统具有好的应用前景。
参考文献：
[1] 唐良瑞等编著 ,图像处理实用技术,化学工业出版社，2002．
[2] 许小东等著，基于TMS320DM642 的视频解码系统优化，数据采集与处理,2005,20(1):3-4.

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