基于雙TMS320VC5416處理器的實(shí)時(shí)圖像搜索跟蹤處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　本文介紹了一種基于雙TMS320VC5416處理器的實(shí)時(shí)圖像搜索跟蹤處理系統(tǒng)，詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)思想，并結(jié)合一種跟蹤算法實(shí)例敘述了基于DSP的圖像搜索與跟蹤處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的一般流程。該系統(tǒng)是一種優(yōu)良的圖像處理平臺(tái)，具備良好的通用性，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)多種圖像處理算法。
　　1．引言
　　電視圖像跟蹤器是一種具有簡(jiǎn)單智能的圖像跟蹤裝置，它能在比較復(fù)雜的背景中，按照標(biāo)準(zhǔn)的電視制式，逐場(chǎng)提取與分離視場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，提取目標(biāo)亮度與結(jié)構(gòu)特征，測(cè)定目標(biāo)中心對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)視軸的方位與俯仰角誤差。該跟蹤角誤差信息經(jīng)變換后送到轉(zhuǎn)臺(tái)的伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)以保證被跟蹤的目標(biāo)始終處于成像傳感器的視場(chǎng)中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤。
　　由于需要逐場(chǎng)（20ms）處理視場(chǎng)中的數(shù)據(jù)，因此處理的數(shù)據(jù)量大、算法復(fù)雜度高，傳統(tǒng)的處理器一般不能滿足速度要求，本系統(tǒng)選擇美國(guó)TI公司TMS320C5416信號(hào)處理器為核心，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集視場(chǎng)中的圖像數(shù)據(jù)并完成相應(yīng)的圖像處理算法運(yùn)算的任務(wù)。TMS320C5416主頻可達(dá)160MHz，片內(nèi)總存儲(chǔ)空間為128M×16bit，是一款高性能低功耗通用數(shù)字信號(hào)處理芯片。該系統(tǒng)能處理50場(chǎng)/秒的，圖像分辨率可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電視圖像信號(hào)。
　　2．系統(tǒng)硬件框圖
　　
　　圖1 系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)框圖
　　如圖1所示系統(tǒng)采用雙DSP＋CPLD構(gòu)架，系統(tǒng)有兩路輸入，一路接數(shù)字視頻信號(hào)輸入，另外一路從攝像機(jī)輸入PAL制式的視頻信號(hào)。雙DSP中一個(gè)為主DSP，負(fù)責(zé)處理跟蹤算法以及與上位機(jī)通信，另外一個(gè)從DSP負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)產(chǎn)生模擬高斯噪聲用以檢測(cè)各種噪聲條件下跟蹤算法的效果。兩個(gè)DSP之間通過(guò)一個(gè)共享雙口RAM或HPI進(jìn)行通信。在場(chǎng)正程圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到圖像SRAM中， 主DSP在場(chǎng)逆程從圖像雙口RAM中讀取圖像數(shù)據(jù)到DSP內(nèi)部，場(chǎng)正程開始時(shí)主DSP開始進(jìn)行圖像處理算法，在下一場(chǎng)逆程主DSP將處理的結(jié)果以及相關(guān)數(shù)據(jù)寫入圖形顯示雙口RAM同時(shí)開始從SRAM讀入下一場(chǎng)數(shù)據(jù)，DSP處理完成以后在時(shí)序電路和視頻復(fù)合電路配合下將處理結(jié)果顯示到監(jiān)視器上，完成實(shí)時(shí)圖像處理任務(wù)。
　　2.1 圖像采集模塊
　　圖像采集模塊的主要功能是獲取輸入視頻信號(hào)中的灰度數(shù)據(jù)和同步時(shí)鐘，它是后續(xù)處理的基準(zhǔn)。系統(tǒng)采用同步分離和鎖相技術(shù)設(shè)計(jì)，采用分立元件。具體實(shí)現(xiàn)是信號(hào)從CCD出來(lái)后分為兩路，一路經(jīng)同步分離同步分離器LM1881，輸出復(fù)合同步HS，場(chǎng)同步VS作為后面電路的控制信號(hào)，另一路經(jīng)篏位和直流恢復(fù)，然后放大，將圖像信號(hào)調(diào)整到A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓范圍之內(nèi)。對(duì)行同步信號(hào)進(jìn)行鎖相倍頻即可得到像素時(shí)鐘信號(hào)，鎖相環(huán)芯片采用74HC4046。輸入視頻信號(hào)經(jīng)鎖相環(huán)鎖相輸出系統(tǒng)象素時(shí)鐘提供給A/D變換器使用，得到數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。
　　2.2 時(shí)序電路模塊
　　時(shí)序模塊主要由一片CPLD（Xilinx公司的95288XL）實(shí)現(xiàn)，包括鎖相計(jì)數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)視頻行場(chǎng)信號(hào)生成、DSP的外接存儲(chǔ)器接口片選讀寫信號(hào)生成以及部分存儲(chǔ)器地址生成、實(shí)現(xiàn)圖形信號(hào)的并串轉(zhuǎn)換、用戶自定義I/O等。
　　2.3 通訊接口模塊
　　本系統(tǒng)用到一個(gè)異步串口接收PC發(fā)送的調(diào)試命令，并向PC返回運(yùn)算結(jié)果。
　　5416提供的串口是一種同步串行接口，并不支持通用異步接收器/發(fā)送器（UART）標(biāo)準(zhǔn)，本系統(tǒng)使用MAXIM公司的MAX3100芯片實(shí)現(xiàn)同步串口到異步串口的轉(zhuǎn)換。5416使用FSR和FSX作為每次傳輸?shù)耐叫盘?hào)， FSX作為MAX3100的選通信號(hào)。同步接收時(shí)鐘CLKR和同步發(fā)送時(shí)鐘CLKX在本系統(tǒng)中使用內(nèi)部的時(shí)鐘源，并且把CLKX作為MAX3100的同步時(shí)鐘。系統(tǒng)中使用MAX3100的接收中斷作為DSP的外部中斷信號(hào)，通知DSP數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，可以開始接收。