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．1系统组成2．2CPLD控制3数字图像数据的采集与输出3．1数据采集3．2数据位拼接3．3数据输出4系统工作方法和优化配置4．1系统工作方式4．2配置L2Cache和Memory的比例4．3基于EDMA加快数据传输5算法程序优化6结论千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构数字图像稳定是图像序列处理中得一项重要的前处理步骤。早期的方法是对摄像机本身的机械和光路进行稳定，随着数字技术的发展，可以对采集到的图像进行处理，使图像在显示器上能够稳定地显示，同时也为了更好地为后续处理提供稳定的图像序列，如图像拼接、图像增强、信息融合、目标追踪、目标识别等各种图像处理技术的综合运用。在实现实时图像稳定系统方面，由于图像计算量大，必须选用高性能数字信号处理器。目前实现实时图像处理的主要方式有4种：1)基于通用PC机；2)基于通用DSP；3)基于专用或多DSP；4)基于可编程FPGA或DSP+FPG。在通用PC机上可方便地进行各种图像算法的仿真试验，但是这种方法只能在实验室进行，难以现场应用。其中基于通用DSP这种方案的优点在于，价格便宜、资料丰富、开发相对简单，并且处理速度也随着器件性能提高，已经能满足图像稳定所需要的实时处理，形成脱机系统。针对实时数字图像稳定处理，介绍一种采用高性能系列的DSPC6416，开发出一套数字图像处理系统。该系统采用双口RAM作为高速数据输入输出缓冲通道，由CPLD进行系统的逻辑控制，DSP的EDMA完成数据的片内片外传送，通过配置和软件优化，最终完成了系统的高度实时运行。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构数字图像稳定处理过程主要由3部分组成：运动矢量估计模块(ME)，运动矢量补偿模块(MC)和图像序列合成模块(IC)。通过ME模块找到帧间运动偏移，由MC模块进行图像拼接完成运动补偿，最后经IC模块进行图像剪裁输出。运动矢量估计模块中，通过比较当前图像和参考图像中相同的部分，找到两帧图像问的偏移量，即运动矢量，广泛应用于视频处理与编码，如图1所示。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构图1中用实线所画的方框表示匹配块，虚线所画的方框表示搜索窗。假定第k帧为当前帧，为了计算第k帧相对于第k-n帧的运动偏移量。在第k-n帧的中心位置选择一个N×N像素大小的匹配块，同时在第k帧上选择一个M×M(MN)大小的搜索窗，搜索窗的中心位置与第k帧的匹配块中心位置重合，通过用式(1)比较两幅图像间所有相应像素间绝对差的累和VSAD(SumofAbsoluteDifference)，在搜索窗内找出和匹配块图像最匹配的位置，即VSAD最小值的位置。该匹配位置坐标和搜索窗中心点坐标的相对位置(△x，△y)，即为两帧图像的偏移运动矢量。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构式中，分别为参考图像和当前图像(i，j)位置的像素强度。获得的图像序列之间的运动矢量参数后，纠正当前图像，使其恢复到正确的位置，获得相对稳定的图像序列，然后送到相应的显示装置或存储介质。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构TMS320C6416是TI公司最新推出的高性能DSP，该器件拥有8个并行处理单元，工作频率为600Hz，最高处理速度可达4800M／s(MFLOPS)。采用类似RISC的超常指令字(VLIW)结构，在最好的情况下，TMS320C64X系列的DSP在一个指令周期可同时执行8条32位有效指令，因此可以达到极高的处理性能。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构为适合高速图像采集与处理，采用CPLD+DSP的应用方案，由于DSP只专注数据处理，但缺乏控制能力，利用高速逻辑器件CPLD配合DSP完成实时任务控制与处理，是系统的最佳组合。经过比较，选用XC95144XL作为CPLD控制器，主处理DSPTMS320C6416系列器件进行图像处理计算。该系统结构如图2所示。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构该系统输入输出都为标准模拟视频信号，设计采集图像大小为512×512像素，速度为30～60帧／s的实时采集。摄像头输入模拟视频信号后，经过SAA7110进行A／D转换和信号分离后，进入输入端高速数据缓冲区。输出端缓存中的数据，通过BT121进行D／A转换后，合成为标准模拟视频信号，可直接送监视器显示。用逻辑器件CPLD控制系统的工作时序。为适应高速数据吞吐，输入输出缓冲存储器选用了双端口RAM。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构系统的逻辑控制器是100引脚的XC95144，其主要工作是控制输入／输出帧存，以便DSP将存在其中的处理好的图像数据读出，并在同步控制信号和消隐信号的协同下形成标准视频输出信号，送到监视器显示。图3给出了逻辑控制的原理框图。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构CPLD的逻辑控制的工作包括：1)根据SAA7110分离出的同步信号，经过逻辑判断后，给出BT121需要的同步信号；2)由于SAA7110输出的LLC2时钟与采样时钟、输出时钟是同步的，因而以LLC2作为采样数据存储和同步控制子系统的时钟，CPLD内部计数器进行数据采样计数，产生偏移地址，以控制输入／输出缓冲读写数据，使用LLC2时钟也避免了使用外部时钟需要解决的信号相互间的同步和锁相：3)计数器产生控制中断，通知DSP启动数据读／写EDMA通道和进行数据转移；4)低位地址A0和A1进行译码产生BankEnable信号，送到双口RAM以进行数据位选通。由于输入／输出缓存具有对称的硬件结构，所以XC95144在进行地址计数时，产生两套相同Bank信号和地址偏移，供输入和输出双口RA-M。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构3．1数据采集系统的设计视频信号采集能力是从CCD获得模拟视频信号中采集到512×512大小的数字图像，并通过帧缓存——异步静态双端口存储器(dual-portRAM)，经DSP的EDMA通道送到SDRAM中。采集模块的结构如图4所示。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构SAA7110的初始化通过I2C总线对其内部控制寄存器进行相应设置而实现，该系统将DSP上的McBSP(多通道缓冲串口)的两个引脚与SCL和SDA相连，将McBSP的引脚配置成通用I／O口，这样就能通过编写DSP程序，在上电时通过DSP的多通道缓冲串口配置SAA7110。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构由于SAA7110和BT121都是8bit精度器件，而双口RAM的每边都是36bit精度的存储器，但双口RAM的4个BANK通道，每个BANK各9bit，共36bit数据，可通过BEO～BE3信号选通，因此只有将SAA7110和BT121的8bit数据进行拼接后才能送到双口RAM。由于双口RAM的每个BANK都是9bit，SAA7110和BT121的8bit数据总线接在每个BANK的低8bit，忽略最高位第9位，直接地，形成8bit的数据精度，完成不同数据精度位器件间的握手。嵌入式开发教程千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构处理完的图像数据，经D／A转换器BT121进行数模转换后，送到显示器，这个过程必须在严格的同步时钟控制下进行。SAA7110给出的同步信号包括水平同步、垂直同步、奇偶场和采样时钟，而BT121的同步信号只有空白信号(BLANK)、合成信号(SYNC)和转换时钟。当BLANK信号为1时，BT121才进行D／A转换，SYNC信号为1时才打开D／A通道。所以，2个器件间的同步信号不能直接握手，必须经过一定的逻辑转换。S-AA7110的同步信号引脚接到CPLD，由CPLD经过一定的逻辑运算后，送出符合BT121同步要求的信号。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构4．1系统工作方式系统上电后，DSP从Flash读入1K大小的程序数据，该引导程序继续将其他主程序调入SDRAM中，在以后的运行过程中，DSP自动将运行所需程序从SDRAM装入片内存储器。同时89C5l单片机对SAA7110进行初始化。当DSP准备就绪后，通知CPLD开始控制向输入端双端口RAM写入由S-AA7110采集的视频图像数据。输入缓存的存储空间分为奇、偶场空间，写满一场后向DSP发送中断信号，DSP收到该中断信号后以EDMA方式将数据读入SDRAM等待处理。在DSP读走和处理该部分数据时，CPLD继续控制向输入缓存的另一部分空间写入下一场采样数据。当DSP处理完上一场数据后，等待下一场视频数据的写满信号。采用双端口RAM作为系统的输入输出缓存，有效地避免了读写访问冲突和系统总线的冲突，极大提高了系统的执行效率。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训机构由于片内RAM与CPU工作在同一时钟频率，比片外RAM性能高得多。C64的两级缓存机构工作特点为：片内分为两级存储结构(L1和L2)，L1不能设置为映射寄存器。L1又分为L1P和L1D，L1D指的是第1级的数据缓冲，为128K字节的两路成组相连结构缓存。L2是第2级片内缓存，大小为l024K(可同时存储程序和数据)。L1P和L1D都可以对L2进行存取，当L1D或L1P中没有运行所需要的数据时(即产生cachemiss时)，首先向L2发出申请，当L2中也发生cachemiss时，将申请转发给EDMA。申请的转发将严重影响系统运行效率。所以根据算法数据流特性配置好两极缓存的大小，预先将待处理的数据读入，降低cachemiss的次数以提高系统实时性。以块匹配运动估计为例，匹配块32×32pixel=1K字节，加上旋转角度范围：±7°，步长为O．2°，共产生70个旋转1K的小图像；搜索窗为96×96pixel=9K字节，共10K字节，所有待进行运动估计的图像数据为80K，完全可以读入L2Cache。这些数据可以用ODMA将数据全部读入片内L2。而这些数据是从一帧完整的图像中“扣出”的，所以搬移方式采用2D-1D的方式，QDMA支持这种高效的数据传输能方法。千锋嵌入式学院最专业的嵌入式培训