摘要： 傳統圖像采集處理系統多以計算機為平臺， 其圖像處理速度不高， 且體積龐大、功耗大。為克服這些缺點， 介紹了一種成本低、結構簡單、體積小、功耗低的圖像采集處理系統。以TI 公司的T MS320VC5509A 為核心器件， 采用大容量FIFO 完成視頻數據存儲， 利用CPLD 完成邏輯控制功能。軟件采用C 語言對5509A 進行編程， 完成整個采集過程的系統調度工作及圖像處理算法， 增強了易讀性和可移植性， 提高了圖像處理的速度。

0 引 言

隨著現代電子技術的發展， 圖像采集和處理技術在工業、醫學、軍事等很多領域得到了廣泛的應用。DSP( digital signal processor ) 芯片， 也稱數字信號處理器， 有很高的集成度， 是一種特別適合于進行數字信號處理運算的微處理器器件， 它以其獨特的哈佛結構和流水線技術以及快速實現各種數字信號處理算法的特點廣泛應用于圖像處理、語音合成等領域。T I 公司推出的高性能、超低功耗和低價位的定點數字信號處理器TMS320VC5509A, 具有體積小、處理速度快、使用靈活方便等特點。基于DSP 的圖像采集處理系統能較好地滿足處理數據量大、小型化便攜式、高速傳輸以及大容量存儲空間的需求。

1 TMS320VC5509A 簡介

作為本系統的核心器件， 5509A 內核工作頻率可達到144 MHz( 6. 94 ns) , 內核供電為1. 6 V。由3 部分組成：中央處理單元( CPU) 、內部存儲器和片內外設。

CPU 內部總線由一條讀指令數據總線( 32 位) , 1 條讀指令地址總線( 24 位) , 3 條讀數據數據總線( 16 位) , 3 條讀數據地址總線( 24 位) , 2 條寫數據數據總線( 16 位) , 2 條寫數據地址總線( 24 位) 組成。CPU 提供2 個MAC 單元支持乘加運算， 每個MAC 可以完成一次17 位× 17 位的乘法和一次40 位的加法操作， 結果送入累加器。采用2 段分離的流水線： 第一段為指令流水線; 第二段為執行流水線。

5509A 內部有一個時鐘發生器， 為了減少功耗， 時鐘發生器和其他很多模塊一樣具有空閑( IDEL) 模式。5509A 支持2類外部存儲器接口， 即異步接口和同步接口。

2 系統硬件結構及原理

硬件系統總體結構框圖如圖1 所示。本系統主要包括兩個子系統： 圖像采集系統與圖像處理系統。圖像采集系統包括CCD 攝像頭、視頻采集芯片、緩存以及用于邏輯控制與地址譯碼的CPLD; 圖像處理系統則包括DSP、外擴的FLASH 和SDRAM。主要工作流程為： 由CCD 攝像頭攝取視頻圖像， 輸出標準PAL 制視頻信號; 視頻解碼器將模擬視頻信號轉換為標準的數字視頻信號并送入緩存， 緩存暫存視頻數據; 待圖像采集完畢后， DSP 通過外部存儲器接口從緩存中讀取圖像數據并存入幀存儲器， 以供后續處理。邏輯控制模塊完成各部分之間的接口邏輯匹配和控制邏輯。電源模塊為系統各部分提供電源。

圖1 硬件電路總體結構

2. 1 圖像采集模塊

2. 1. 1 T VP5150 與AL422B 的接口實現

由于本系統中從TV P5150 輸出的數字視頻碼流是由AL422B 緩沖的， 故需要將5150 的輸出端口與A L422B 的寫入端口相連。5150 的數據總線除了要與A L422B 的數據總線相連， 同時5150 還需要為AL422B 提供寫時鐘WCK, 寫指針復位信號/ WRST 以及寫使能信號/WE。

TV P5150 有兩種標準輸出格式8 位ITU??R BT. 656 格式的數字信號和8 位YU V4: 2: 2 的數字信號。在本系統中采用后一種輸出格式( 通過I2C 配置5150 芯片) , 數據總線寬度是8 位。

2. 1. 2 TMS320VC5509A 與AL422B 接口實現

當緩存中的數據存滿后， 5509A 需要讀取FIFO 里的數據， 因此要連接5509A 的EMIF 接口與AL422B 的讀數據端口。5509A 的EMIF 接口可以連接各種異步或同步存儲器， 根據EMIF 接口的特性， 本系統采用異步接口模式。5509A 的數據總線需與AL422B 的數據總線相連的同時， 要向A L422B 提供讀使能信號/ RE、讀時鐘信號RCK 以及輸出使能信號/ OE。將AL422B 的數據輸出，通過EMIF 將數據傳輸至SDRAM。AL422B 外擴在/CE2 這個空間， 當/ CE2 和/ AOE 都為低電平時， 則使AL422B 的輸出使能/OE 有效， 但是要等到/ ARE 變為低電平的時候， 才能使讀使能/RE 有效， DSP 開始讀取AL422B 中的數據。5509A 與FIF0 接口圖如圖2 所示。

圖2 5509A 與FIFO 接口

對于5509A 與A L422B 的接口， 有以下邏輯關系：

RCK = CLK OUT ( 1)OE = CE2+ AOE ( 2)RE = CE2+ ARE ( 3)式中： RCK 為FIFO 的讀時鐘信號引腳; CLKOUT 為DSP 輸出時鐘; / OE 為FIFO 的輸出使能信號; / AOE 為EMIF 接口的輸出使能信號; /RE 為FIFO 的讀使能信號; / ARE 為EMIF 接口的讀使能信號。

2. 2 圖像處理模塊

2. 2. 1 TMS320VC5509A 與SDRAM 的接口實現

SDRAM 即同步動態隨機存取存儲器， 外部接口采用同步和流水線技術， 具有較高的數據吞吐率。因此能滿足圖像處理高速以及大容量存儲的要求。5509A 的EMIF能與SDRAM 進行無縫連接， 即不需要任何外加邏輯。

由于本系統SDRAM 存儲容量為64 M, 而5509A 的每一個CE 空間是32 Mbit, 因此其實是將其擴在CE0 到CE1空間上。但是EMIF 的特性決定了只要選中CE0 也就選中了該SDRAM, 所以只需要將CE0 與SDRAM 的片選信號引腳連接上即可。SDRAM 外擴在CE0 空間， 對CE01 寄存器需要相應的配置， 配置MTYPE 域為011, 用來指示該外部存儲器類型是SDRAM。對于把CE 空間配置為SDRAM類型的存儲器， EMIF 必須完成對SDRAM 初始化的工作。