基于DSP的圖像采集與處理系統

陳曉東

(長春工業大學，吉林 長春 130012)

0 引言

實時圖像處理系統的基本要求也是最大難點就是運算處理速度足夠快，即：在有限的時間內處理大量的圖像數據，這對于系統的核心處理器的選取以及軟件編寫都是一個不小的難點。基于DSP 的圖像采集與處理系統不僅能提高系統的運算速度，更能提高系統的判斷準確性。

1 基于DSP 的圖像采集與處理系統組成

基于DSP 的圖像采集與處理系統的執行率高，運行速度快，操作靈活，并且可以根據實現功能的不同，進行軟件編程的修改，實現功能多樣化，提高了系統的兼容性和移植性。本系統由以下五個基本部分組成，如圖1 所示。

圖1 本系統的處理過程圖

2 基于DSP 的圖像采集與處理系統硬件構成

本系統運行的理論依據是：先由攝像頭采集實際的模擬信號，通過A/D 轉換成數字信號，DSP 處理器將轉換后的數字信號進行運算處理。然后再由D/A 轉換成連續的模擬信號，并顯示最終結果。以上各部分的構成如圖2 所示。

本圖像采集系統硬件電路主要包括4 部分：

1）視頻輸入

采用TI 公司的TVP5146 芯片對標準PAL 制式電視模擬信號進行視頻信號的采集，再進過ADC 轉換，將解碼后的8/10 位的BT.656數字信號傳遞給DSP 的CCDC 端口進行圖像的輸入。

2）視頻存儲

設定外部的存儲器后，TMS320DM6437 接收圖像以及視頻信息，通過DSP 芯片的輸入端進行操作。

3）圖像處理

以TMS320DM6437 為核心，結合外部存儲設備進行運算處理，對攝像頭所接收的圖片進行圖像處理，優化圖像的參數性質。

4）視頻輸出

此部分是從DDR2 中提取各種圖像信息，經過圖像處理模塊的處理，最終輸出標準的圖像或者視頻信號。

圖2 系統整體構成

2.1 核心處理器芯片

由于科技發展，集成芯片能實現眾多功能，因此往往應用DSP、復雜可編程邏輯器件以及單片機等主流芯片來做為核心處理器件。本文設計的系統采用的TMS320DM6437 芯片是TI 公司研制的，該芯片優化了一些特定應用，例如安全駕駛、視頻監控和網絡視頻等，針對性能高、成本低的視頻以及圖像處理為研發基礎。本系統所用的DM6437是屬于TMS320C64x+系列中的32 位定點處理器，包含64 個通用寄存器（32 位）和8 個獨立計算功能單元，并有DDR2 存儲控制器、I2C接口以及視頻處理前端(VPFE)等輔助部分。

2.2 視頻采集模塊

本系統采用攝像頭采集視頻信號，采集到的信號為模擬信號。通過視頻解碼芯片TVP5146，可以對接收的模擬信號進行模數變換。TVP5146 能涵蓋RGB，YPBPR，CVBS 等多種信息，并可實現多信號的同時輸入。

此步中VPFE 作為DM6437 視頻處理前端有兩個優點，一是使各個視頻接口無縫連接，二是有效的對各個視頻進行預處理。輸入的數字視頻流是通過CCDC 控制器傳輸的，還為其提供必要的同步信號。

2.3 視頻輸出模塊

芯片DM6437 在對視頻進行處理后，進行統一整理，這樣這些視頻數據就可以用一幅圖像來顯示，用不同的區域來表示各個視頻源。通常不同格式的數字視頻和圖像都存儲在DDR2 中，視頻輸出模塊從中讀取出來，再通過VPBE 進行處理，輸出需要的視頻數據。將DDR2存儲器可以用于處理格式的視頻和圖像數據通過OSD 模塊讀取出來，對這些數據處理轉換成為YUV 格式。

2.4 電源模塊

DM6437 芯片的內核在不同頻率下使用不同的電壓，本系統中使用1.2V 進行內核供電；與之不同的是，需要采用1.8V 電源電壓對TVP5146 內核和KS8001 內核進行供電；還有一些器件是需要3.3V 的電源電壓對其供電。基于這些器件對電壓的要求不同，體統中我們使用三塊TPS54310PWP 電源芯片進行供電，使其轉換成1.2V、1.8V、3.3V 這三種內核電壓的需求；我們還使用電感對模擬電源和數字電源隔離，減少干擾。

3 系統工作流程

初始化系統后，經過CCD 視頻采集設備（TVP5146 芯片）進行視頻采集，之后通過A/D 處理器轉換數字信號，送到本系統的核心器件（TMS320DM6437）進行存儲并處理，將處理結果送到DDR2 中，輸出圖像并顯示。

DSP 芯片是系統的核心部分，本文所用的DSP 芯片結合了達芬奇科技，能有效的快速處理圖像信息，也是疲勞駕駛監控系統的重要部分。以TMS320DM6437 為核心，結合外部存儲設備進行運算處理，提高圖像的參數性質，對CCD 所接收的圖片進行圖像處理，并將結果進行實時的輸出，以此來判斷監測結果。

4 總結

對比于其他的視頻圖像處理平臺，基于DSP 的視頻圖像處理平臺能夠發揮優勢，完成對實時圖像的快速處理，改善圖像的質量，更好的滿足了當今數字信息處理的有效性和快速性的需求。

［1］任麗香，馬淑芬，李方慧.TMS320C6000 系列DSPs 的原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2000.

［2］張曉飛，袁祥輝.基于DSP 成像系統的視頻圖像采集部分的實現[M].電子工業出版社，2003，8.

［3］賈少華.基于USB 的高速數據采集和信號發生模塊的研究與設計[D].電子科技大學，2004.