實時圖像采集和處理系統(tǒng)的設(shè)計方法

本文提出了一種實時圖像采集和處理系統(tǒng)的設(shè)計方法，該系統(tǒng)以TMS320DM642［1-2］為核心，結(jié)合視頻解碼芯片SAA7115H和OSD FPGA構(gòu)成實時圖像采集和處理系統(tǒng)電路。
　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計
　　1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　本系統(tǒng)以TMS320DM642為核心，采用模塊化設(shè)計思想，整個系統(tǒng)主要由視頻解碼芯片（A/D轉(zhuǎn)換芯片）、可編程邏輯門陣列（OSD FPGA）、TMS320DM642及外圍電路組成。外圍電路主要包括CCD攝像機、SDRAM圖像存儲器、FLASH程序存儲器及TMS320DM642外圍電路（復(fù)位、電源連接等）。圖1為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
　　
　　1.2 系統(tǒng)工作原理
　　由CCD攝像頭攝入的PAL制圖像傳送到SAA7115解碼器，SAA7115解碼器將信號轉(zhuǎn)變成并行的BT.656圖像碼流送至TMS320DM642視頻口VP0，TMS320DM642將其再解碼，得到Y(jié)UV（4:2：2）格式的圖像，并通過EDMA傳輸?shù)絼討B(tài)存貯器（SDRAM）中存儲，圖像大小為每場720×288（寬×高），每幀720×576（寬×高）。CPU通過訪問SDRAM中的圖像數(shù)據(jù)，依照相應(yīng)的程序進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理。
　　在實時圖像處理系統(tǒng)中，為了不影響數(shù)據(jù)處理速度，需要在恒速的CCD圖像采集與變速的TMS320DM642圖像處理之間加入緩沖電路，緩沖采用TMS320DM642視頻口的片內(nèi)FIFO和片外SDRAM的乒乓緩存結(jié)構(gòu)。“乒乓操作”是一個經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)據(jù)流控制的處理方法，如圖2所示，其處理流程為：輸入數(shù)據(jù)流通過指針等時地將數(shù)據(jù)流分配到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)1、2和3中，在第1幀的時間，將輸入的數(shù)據(jù)流緩存到1;第2幀將輸入的數(shù)據(jù)流緩存到2，與此同時，將1的數(shù)據(jù)作運算處理。在下個緩沖周期，再次切換，將輸入的數(shù)據(jù)流緩存到3，與此同時，將2的數(shù)據(jù)運算處理。如此循環(huán)，A、B、C、D、E為其5種狀態(tài)。
　　
　　乒乓操作的最大特點是按節(jié)拍、相互配合地切換，將經(jīng)過緩沖的數(shù)據(jù)流不停頓地進(jìn)行運算及處理。把乒乓操作模塊當(dāng)作一個整體，此模塊兩端的輸入數(shù)據(jù)流與輸出數(shù)據(jù)流均是連續(xù)不斷的，沒有任何停頓，因此非常適合進(jìn)行流水線式處理，完成數(shù)據(jù)的無縫緩沖與處理。
　　2 功能模塊設(shè)計
　　2.1 視頻采集模塊
　　本系統(tǒng)采用Philips公司的SAA7115視頻解碼芯片將CCD模擬視頻進(jìn)行數(shù)字化，然后傳給TMS320DM642的視頻端口進(jìn)行處理，同時分離水平同步（XRH）和垂直同步（XRV）等信號。
　　視頻解碼芯片采用SAA7115，省去時鐘同步電路的設(shè)計，簡化接口電路，提高系統(tǒng)的可靠性。由攝像機采集到的模擬信號經(jīng)過視頻端子進(jìn)入到解碼器SAA7115的模擬端Al11，經(jīng)模擬處理和A/D轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生數(shù)字色度信號和亮度信號，分別對其進(jìn)行處理。亮度信號處理的結(jié)果一路送到信號處理器，進(jìn)行綜合處理，產(chǎn)生Y和UV信號，經(jīng)格式化后采用4:2：2 YUV格式從IPD［7-0］輸出直接連接到TMS320DM642視頻口的VP0［9-2］管腳;另一路經(jīng)過同步分離器，由數(shù)字PLL產(chǎn)生相應(yīng)的同步信號與TMS320DM642的VP0CTL0和VP0CTL1相連，同時PLL驅(qū)動時鐘發(fā)生器，產(chǎn)生27 MHz的時鐘同步信號LLC，輸出到TMS320DM642的VP0CLK0管腳。