基于嵌入式系统的高分辨率图像处理系统
摘 要：主要研究了对视频图像进行采集、压缩、传输的软硬件具体实现方法，设计了以TI的TMS320DM642 为核心的视频图像压缩系统。该系统是一个独立的视频图像压缩和传输设备，它能直接对视频信号进行数字化和压缩编码，并通过USB2.0接口将压缩的图像数据发送到计算机中。。
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1672—7800（2012）001—0142—02。
TMS320DM642是TI公司C6000系列DSP中最新的定点DSP，其核心是C6416型高性能数字信号处理器，具有极强的处理性能，高度的灵活性和可编程性，其采用第二代高性能、先进的超长指令字veloci T1.2结构的DSP核及增强的并行机制，当工作在720M赫兹的时钟频率下，其处理性能最高可达5760MI/s，同时外围集成了非常完整的音频、视频和网络通信等设备及接口，特别适用于机器视觉、医学成像、网络视频监控、数字广播以及基于数字视频/图像处理的消费类电子产品等高速DSP应用领域。。
1.2 硬件总体设计。
数据采集处理系统接口电路硬件框图如图1所示，整个系统在框架结构上可以大体分为3个相对独立的部分：图像采集部分、图像压缩处理部分、USB传输部分。。
图像采集部分采用130万象素的CMOS摄象头0V9640作为图像传感器来输出YUV图像数字信号以及视频同步信号。这部分主要的设计任务是在分析该摄像芯片时序特征的基础上设计硬件电路，保证主芯片获得的图象数字与视频同步信号的匹配。同时，还需要通过设置该摄像芯片中相关的寄存器，使得该摄像芯片工作在系统要求的图像采集工作状态；该设置任务由主芯片通过I2C方式来实现。
图像压缩处理部分是整个系统的核心部分，采用TI的TMS320DM642芯片作为主芯片工作。DSP要做的工作主要有两个部分：其主要工作是将OV9640输出的图像数据进行快速压缩，然后根据图像传感器芯片提供的视频同步信号对在图像压缩数据中插入帧标记。其次，DSP芯片还要处理一些系统的数据传输控制方面工作，在获得图像数据过程中使用EDMA将采集到的数据直接存入SDRAM，并采用乒乓模式设置存储地址，使CPU能够在接收图像数据同时进行图像压缩；同时，DSP还通过EMIF接口（CE2）将数据送出给USB芯片的FIFO并通过I2C总线接收PC传输下来的压缩参数，对图像压缩算法进行调整。另外，系统框图的中FLASH芯片用于装载DSP的运行程序，在系统上电后实现BootLoader。。
USB传输部分采用Cpyress公司的EZ—USB—FX2为USB传输控制芯片。该部分主要任务是作为DSP与PC的通信纽带，将DSP压缩后的图像数据传入PC机；同时USB控制芯片还接收PC下传的控制命令,然后通过I2C总线控制图像传感器采集的图像质量以及控制DSP芯片的图像压缩的压缩比例等。。
1.3 系统工作流程图。
本图像采集与处理系统工作流程如图2所示，由以下几个步骤组成：①系统独立电源上电，对DSP部分电路（包括FLASH、SDRAM）上电复。DSP芯片根据相关引脚电平进行BootLoader，即从FLASH存储芯片中获取DSP的运行程序，之后根据获取到的程序运行对SDRAM存储芯片、针对与USB通信接口的EMIF（CE2）进行初始化设置等;②USB接口芯片与图像传感器部分电路通过USB总线从PC机取电复位。对于采用USB接口设计的硬件系统，操作系统会把它当成计算机外设进行添加。USB设备在连接到PC上时，操作系统首先会对USB设备进行枚举。枚举成功，根据EZ—USB芯片的软特性，可以通过USB接口从主机下载8051程序与数据存储在内部RAM中。在代码描述表从主机下载到EZ—USB的RAM后，8051脱离复位状态，开始执行设备程序。此时，EZ—USB再次进行枚举，即重枚举;③重枚举结束后，EZ—USB根据下载所得程序运行对自身初始化，设置芯片状态，端点类型以及FIFO接口参数；同时，EZ—USB芯片还通过I2C总线初始化图像传感器芯片0V9640。至此，系统初始化过程结束，系统处于等待状态;④等待PC机应用程序发出系统指令并通过USB总线下发后，系统UZ—USB部分开始运行。首先判断是否调整OV9640图像参数，如果是则进行相应调整工作。然后转入等待下一系统指令;⑤判断是否要求DSP接收PC下传指令。当明确要求上传图像指令后，DSP开始循环接收图像传感器图像数据并进行压缩处理，然后通过USB接口传输给PC主机。每次循环都要判断系统是否停止图像需求。系统调整参数的时候都需要先暂停图像需求;⑥DSP也可能接收到PC要求调整图像压缩参数命令，则根据相应的命令进行处理。然后转入等待下一系统指令。。
USB2.0接口图像采集与处理系统的微型驱动程序的流程部分框图如图3所示，框图中没有包含USB驱动程序所都包含的即插即用例程DispatchPnp、系统报告历程DispatchWmi、电源管理历程DispatchPower等（整个驱动可以根据CPRESS提供的驱动例程改编，故只介绍改动比较大的）。当PNP检测器检测到插入USB设备的动作后，就装载根据驱动引导文件（INF文件）找到的相应微型驱动程序，执行DriverEntry( )入口函数，注册设备运行需要的驱动程序对象。接着PnP管理器为每个设备实例调用AddDevice函数，在该函数中创建设备对象并做一些相应的初始化设备工作，如创建设备扩展对象dx来存取指向FDO的指针；当驱动程序接收到应用程序DeviceIoControl函数发出的相应IOCTL命令，创建相应IRP并对其进行检测。如果要求图像数据则进入获取设备图像数据过程，创建一个URB作为IRP的一个参数发给USB总线驱动程序接口USBDI(USB Driver Interface)。获取数据结束则将数据放入指定缓冲区，启动下一次数据传输。当缓冲区标记表示一帧图像数据传输完毕，则把数据整理成完整的一帧图像数据。并在ReadData函数中对压缩数据进行解码，将图像数据处理成BMP的格式，交给应用程序显示处理。。
3 结束语。
本文从工程应用的角度出发,阐述了基于嵌入式系统的高分辨率动态图像采集处理系统的实际开发过程。本系统有两个主要特点:①图像数据处理迅速，DM642芯片强大的数据处理能力保证的图像数据压缩的高效性;②传输速率高,USB2.0的高速传输方式保证了动态数据实时传输的要求。且该系统经过实际测试效果良好,实现了预期设计要求。。
参考文献：。
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（责任编辑：余 晓）。