基于TMS320DM642的嵌入式实时图像处理系统设计及应用

基于ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２的嵌入式实时图像处理系统设计及应用李建科，黄席樾，杜长海，杨镇宇，韦金明＊（重庆大学自动化学院 重庆，４０００３０）（＊广西南宁师范高等专科学校物信系 广西南宁，５３２４００）摘　要：构建了基于ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２的嵌入式实时图像处理系统，实现了多通道实时图像采集、实时视频图像处理、视频输出等功能，同时具备报警显示功能。

该系统应用于智能车辆检测，并在高速公路上进行上车试验。

实验证明，该系统不仅能够满足实时图像处理的需要，而且能够准确的检测出车辆目标并且计算目标车辆和本车的距离，如有追尾的危险时，本系统可发出声光报警提醒驾驶员注意，有效的预防高速公路车辆追尾事故的发生。

关键词：ＴＭ３２０ＤＭ６４２；图像采集；视频输出；目标检测Abstract: A embedded real-time image processing system based on TMS320DM642 was designed in this paper. The system has the function of real-time multichannel image collecting, real-time image processing, image output and so on. It also has the function of alarm and display. The system was applied in intelligent vehicle detecting, and we did the experiment in high way. It proved that the system not only satisfied the need of real-time image processing, but also could detect the target of vehicles and calculate the distance of the target correctly. If it is endangered, system can send out acousto-optic alarm to remind the drivers. The system also can prevent the accident effectively in high way.Key words: TM320DM642 ; Real-time image collection ; Video output ; Target detection中图分类号：ＴＰ２７１＋．８１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－９２２７（２００９）０２－００１９－０４０ 引　言随着多媒体技术的发展，视频处理技术已经广泛应用于视频监控、电视会议、电视机顶盒、目标检测与跟踪等各个领域［１］。

人们对视频信息的要求也不断提高，不仅需要实时准确的采集视频信息，而且还要对视频信息进行实时处理，并将处理结果实时输出［２］。

随着超大规模集成电路的发展，ＤＳＰ的处理速度、内部存储器容量大大提高，为实时图像处理提供了最优的解决方案［３］。

嵌入式实时图像处理系统具有体积小、成本低、可靠性高、使用方便等优点，在数字视频处理领域有着广泛的应用前景［４］。

本文采用美国ＴＩ公司推出的针对视频和图像解决方案的ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２高性能数字媒体处理器设计了一个嵌入式实时图像处理平台，该系统不仅能够有效实现视频信号的采集与读取的高速并行处理，而且还能够实时输出处理结果，具备良好的人机交互功能。

系统具有整体电路简单、可靠性高、集成度高等优点。

１　系统的结构框架及其硬件设计系统以ＴＭ３２０ＤＭ６４２为核心，由视频采集模块、存储模块、视频输出模块、报警模块、ＪＴＡＧ模块、电源模块等组成，系统的硬件结构图如图１所示。

视频采集模块主要完成实时视频数据采集，存储模块包括ＳＤＲＡＭ和ＦＬＡＳＨ两种存储体，其中，ＳＤＲＡＭ主要用来储存视频数据，ＦＬＡＳＨ存储系统的程序固化程序和系统的相关配置数据，视频输出模块将处理结果实时显示，报警模块实现实时报警显示功能。

　图１　系统结构图１．１　ＴＭ３２０ＤＭ６４２图像处理模块ＤＭ６４２是系统的核心，它采用　（Ｖｅｌｏｃｉ　ＴＩ）体系结构，在６００ＭＨｚ时钟频率下每个指令周期可并行８条３２位指令，达到４８００ＭＩＰＳ的峰值计算速度，具有６４个３２位通用寄存收稿日期：２００８－１２－１０作者简介：李建科（１９８２－），男，河南省登封市人，研究生，主要研究方向为控制理论与控制工程。

器，８个独立并行计算功能单元。

采用两级缓存结构，６４位的ＥＤＭＡ控制器，可以在没有ＣＰＵ参与的情况下，完成映射存储空间中的数据搬移，极大地提高了系统的并行性能。

大容量的二级缓存和ＥＤＭＡ通道是ＤＭ６４２的高性能体现之一，合理的管理和使用，将大幅度提高程序运行的性能［５］。

ＤＭ６４２还具备了丰富的外围接口，主要包括３个可配置的视频端口（ＶＰ０、ＶＰ１、ＶＰ２），能提供和通用的视频编、解码器等数据流的无缝接口，支持ＣＣＩＲ６０１，ＩＴＵ－ＢＴ．６５６、ＢＴ．１１２０、ＳＭＰＴＥ１２５Ｍ、ＳＭＰＴＥ２６０Ｍ、ＳＭＰＴＥ２７４Ｍ和ＳＭＰＴＥ２９６Ｍ等多个视频标准；６４ｂｉｔ的外部内存接口（ＥＭＩＦ）可以寻址１０２４Ｍ字节的外部存储空间，可以无缝连接ＳＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等存储器，方便外部存储器的扩展；Ｉ２Ｃ总线端口使ＤＭ６４２容易控制外围器件；１６位通用输入／输出端口（ＧＰＩO）等。

以ＤＭ６４２为核心的图像处理模块包括系统的外部时钟电路、ＪＴＡＧ。

该模块的主要功能为：ＣＰＵ将ＥＤＭＡ搬运过来数字视频信息先进行中值滤波、图像分割等预处理，然后经过道路检测、车辆目标识别、跟踪、测距等算法后，将处理结果送实时输出模块给用户提供直观的视频信息，同时目标值也通过ＧＰＩO送往报警模块，实现报警和显示功能。

１．２　视频图像采集模块视频采集模块由ＣＣＤ摄像头和视频解码芯片ＴＶＰ５１５０构成，实现视频数据的采集Ａ／Ｄ转换等相关功能。

由于ＤＭ６４２的３个视频口均可以分为Ａ和Ｂ两个通道，每个通道均可被配置为视频输入或输出口，ＤＭ６４２最多可支持６路视频输入或输出。

为方便系统的扩展和升级，本系统设计了４路视频信号采集通道，ＤＭ６４２的视频口的具体配置为：Ｖｐｏｒｔ０、Ｖｐｏｒｔ１配置为视频输入，Ｖｐｏｒｔ２配置为视频输出，其中Ｖｐｏｒｔ０、Ｖｐｏｒｔ１的Ａ、Ｂ通道均被配置为视频输入模式。

该模块采用的视频解码芯片ＴＶＰ５１５０，具有高性能低能耗、集成度高、适应性强等特点。

可自动识别ＮＴＳＣ／ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭ等制式的模拟视频信号，按照ＹＣｂＣｒ４：２：２格式转化成数字信号，以８位内嵌同步信号的ＩＴＵ－Ｒ　ＢＴ．６５６格式输出。

时钟频率为１４．３１８ＭＨｚ。

其硬件连接如图２所示。

图２　ＴＶＰ５１５０与ＤＭ６４２的连接为实现四路视频采集，ＤＭ６４２的ＶＰ０、ＶＰ１的Ａ、Ｂ通道分别连接一片ＴＶＰ５１５０。

在文中列举的这一路视频通道，ＴＶＰ５１５０的视频输出口ＹＯＵＴ［０～７］与　ＤＭ６４２ＶＰＯＲＴ口的ＶＰOＤ［２～９］相连，ＴＶＰ５１５０的系统时钟ＳＣＬＫ与ＶＰOＣＬＫ０相连。

采用ＩＴＵ－Ｒ　ＢＴ．６５６码流格式，视频流内嵌图像的水平同步、垂直同步、场同步等同步信号［４］。

在系统工作过程中，ＤＭ６４２视频口解码ＢＴ６５６，得到ＹＵＶ（４：２：２）格式的图像，并通过ＥＤＭＡ传输到ＳＤＲＡＭ中存储，ＣＰＵ通过访问ＳＤＲＡＭ中的图像数据，依照程序进行相应的图像处理。

ＴＶＰ５１５０的时钟由外接晶振电路提供，ＤＭ６４２对ＴＶＰ５１５０的访问和控制操作是通过Ｉ２Ｃ总线实现的，ＤＭ６４２和ＴＶＰ５１５０的Ｉ２Ｃ总线接口ＳＣＬ和ＳＤＡ分别互连。

ＤＭ６４２对ＴＶＰ５１５０从器件地址的选择是通过对ＹOＵＴ７管脚电平的配置来是实现的，具体是对该管脚进行上拉电阻（０ｘＢＡ）和下拉电阻（０ｘＢ８）操作，通过硬件配置ＹOＵＴ７的状态确定该器件的访问地址。

１．３　视频图像输出模块视频输出模块由视频编码器ＳＡＡ７１２１和显示器组成，系统将ＶＰ２的Ａ通道配置为视频输出通道，采用ＰＨＩＬＩＰＳ公司的ＳＡＡ７１２１视频编码芯片，该芯片支持ＰＡＬ与ＮＴＳＣ格式的编码，支持ＢＴ．６５６格式的数字视频输入。

ＳＡＡ７１２１有１路复合视频（ＣＶＢＳ）输出和１路超级视频（Ｓ－Ｖｉｄｅｏ，Ｙ／Ｃ）输出，内部包含同步／时钟产生器和数模转换器两部分电路。

ＤＭ６４２与ＳＡＡ７１２１的硬件连接如图３所示。

图３　ＳＡＡ７１２１与ＤＳＰ的连接图ＶＰ２的Ａ通道作为８位的ＢＴ．６５６显示时，需要行同步信号、场同步信号、ＬＬＣ等相关信号。

其中，行同步信号（ＨＳＹＮ）由ＤＭ６４２的ＶＰ２ＣＴＬ０管脚提供；场同步信号（ＶＳＹＮＣ）由ＶＰ２ＣＴＬ１提供，ＬＬＣ信号是由ＶＰ２ＣＬＫ０提供。

８位视频信号从ＶＰ２Ｄ（２～９）送到ＳＡＡ７１２１的ＭＰ（０～７）口，由ＳＡＡ７１２１实现Ｄ／Ａ转换和输出功能。

ＤＭ６４２同样是通过Ｉ２Ｃ接口对ＳＡＡ７１２１进行控制和访问。

ＤＭ６４２对ＳＡＡ７１２１访问地址的选择由ＳＡ状态来决定的，ＳＡ管脚电平为低电平时，其地址为０ｘ８８Ｈ，ＳＡ为高电平时，其地址为０ｘ８ＣＨ。

在本系统中将ＳＡ管脚直接接地，因此该从器件的地址为０ｘ８８Ｈ。

在系统上电后，ＤＭ６４２通过Ｉ２Ｃ接口对ＳＡＡ７１２１进行初始化和寄存器配置，为实时视频输出做好准备。

１．４　报警模块一个功能完善的嵌入式视频图像处理系统不仅要有完备的实时图像处理功能，而且还要具备友好的人机交互功能。

本系统中ＤＭ６４２将采集到的视频信号实时处理完成以后，将处理结果实时输出，为用户提供直观的处理结果；同时将目标数据通过ＧＰＩO接口传送到报警模块，报警模块将目标数据显示在ＬＥＤ显示器上，根据报警决策实现报警。

同时根据报警级别点亮相关的指示灯，实现了多形式的结果显示。

该报警模块采用５１增强型８９Ｃ５２单片机和ＬＥＤ显示单元，以及蜂鸣器电路和发光二极管电路组成，单元电路如图４所示。

通过该模块，为用户提供了直观的目标数据显示，具备实时报警功能提醒用户注意，并且通过点亮不同的ＬＥＤ区分不同的报警级别，使系统功能更加完备。

图４　报警单元的连接图在该模块中ＤＭ６４２将处理后得到的目标数据同过ＧＰＩO 的高８位传送到单片机的Ｐ１口，单片机负责将Ｐ１口的数据在ＬＥＤ显示器上显示，并根据系统约定在达到报警条件时，通过蜂鸣器单元发出声音报警，并根据报警级别点亮不同的发光二极管予以区分，具体的实现方法为：ＧＰＩO＿ＲＳＥＴ（ＧＰＧＣ，０ｘ０）；／＊将ＧＰＩO０不作为ＧＰＩＮＴ使用＊／ＧＰＩO＿ＲＳＥＴ（ＧＰＥＮ，０ｘｆｆ００）；／＊将ＧＰＩO０高８位初始化　＊／ＧＰＩO＿ＲＳＥＴ（ＧＰＤＩＲ，０ｘｆｆ００）；／＊将ＧＰＩO０作为输出＊／ Oｂｊｅｃｔ＜＜＝８； ／＊将目标值右移８位＊／　ＧＰＩO＿ＲＳＥＴ（ＧＰＶＡＬ，Oｂｊｅｃｔ）； ＤＭ６４２＿ｗａｉｔｕｓｅｃ（５０００）；　ＤＭ６４２＿ｗａｉｔｕｓｅｃ（５０００）； Oｂｊｅｃｔ　＞＞＝８； Oｂｊｅｃｔ＝Ｐ１。