基于DSP的图象处理系统设计
摘要:文章提出一种基于丁工公司数字信号处理芯片TMS32OC6211的将模拟视频进行
数字化处理的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化。该平台使用
p日工L工ps公司的专用视频输入处理芯片SAA71llA和「工「O存储器及CpLD实现了高速连
续的视频帧数据采集，满足了后继图像处理的需要。
关键词:数字信号处理芯片(OSp);视频采集
1引言
数字信号处理(Digit滋51罗alproeessing)是
利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号
进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处
理，以得到符合人们需要的信号形式。
数字信号处理的实现方法有多种，但专用的
DSP芯片以其信号处理速度快、可重复性好、成本
低、性能优越得到首肯。
2系统功能概述
本文提出一种基于TI公司数字信号处理芯
片TMS320C6211的将模拟视频进行数字化处理
的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信
号的数字化。该系统具有接口方便、编程方便、精
度高、稳定性好、集成方便的优点。
本系统采用TI公司C6000系列DSP中的
TMS320C6211作为系统的cPu。图像数据通过外
部设备采集并输出模拟图像信号。这些信号经视
频解码芯片转换为数字信号;再经FIFO输人DSP
进行图像的增强、分割、特征提取和数据压缩等;
系统的控制逻辑由CpLD(ComplexP。『amm曲Ie
肠giCDeviee)控制器实现。系统结构如图l所示。
3系统硬件设计
3.1视频解码芯片
模拟视频信号中不仅包含图像信号，还包含
行同步、行消隐、场同步、场消隐等信号。视频解码
的目的就是将复合视频、YC分量等模拟视频信号
进行AD转换以获取图像的数字信号，同时提取
其中的同步和时钟信号。PhihPs公司的视频解码
芯片SAA7111A，支持对NTSC和PAL制视频信
号的自动转换，自动进行50/6OH:场频的检测，可
对NTS(认PAL、sEcAM制式视频信号的亮度和色
度进行处理。它拥有4路模拟输人、4路复合视频
(cvBs)或2路YC或一路YC和2路CvBs输
人。可设置CvBS或YC通道为静态增益控制或
自动增益控制(AGC)。拥有2路亮度和色度梳状滤
波器，可对亮度、对比度、光圈和饱和度进行控制。
可支持以下输出格式:4:2:2(16位)、4:2:2(CCIR6ol
8位)、4:1:l(12位)YUV格式或8:8:8(24位)、5:6:5
(l6位)RGB格式。这种多格式的数据总线形式为
设计者提供了灵活的选择空间。
系统中采集的图像信号采用PhihPs公司的
SAA71IA完成A用转换，如图2所示。SAA71]A
允许四路模拟视频输入，具有两个模拟处理通道，
支持四路CVBS模拟信号或二路Y/C模拟信号或
二二路CVBS信
一
号和一路Y汉二信号。SAA7llA对摄
像头输人的标准PAL格式的模拟图像信号进行
A/D转换，然后输出符合CCIR601格式的4:2:2
的16位YUv数据到FIFO。其中亮度信号Y为8
位、色度信号C:和Cl)合为8位数据。
3
.
2HFO存储器模块
F’IF()采用IDT公司的IDT72VZ15LB芯片，
FIFO的深度为512x18bit，支持STANDARD(标
准)和Fw衅(FirstwordFall一Through，首字直接
通过)两种工作模式。按照CCIR601格式，Yuv
图像分辨率为720x576象素，当按行输出时，
SAA7一IA输出数据流大小为:720x16=1440卜I
因为DSP通过32位的SBSRAM接日与FlI;()通
信，故YUV数据写人FIFO时需要在FIFO之间
实现乒乓切换。这时一行720x16bit的数据在两
片FIFO中存储变为360x32bit，两片FIF()行r以
满足上述要求。FIFO的初始化及时序由CP[力实
现，FIFO连接见图3。
3.3DsP图像处理模块
TMS320C6211是Tl公司发布的面l台]视拓!处
理领域的新款高速数字处理芯片，适用于移动通
信基站、图像监控、雷达系统等对速度要求高和高
度智能化的应用领域。存储空间分两部分:运行过
程的临时数据存在SDRAM中;系统程序则固化
在FLASH存储器中。Flash存储器具有在线重写
人功能。这对系统启动程序的修改和升级都带来
了很大的方便。
TMS320C6211DSP的高速性能主要体现在
以下方面:①TMS320C62ll的存储空间最大可扩
展到1CB，完全可以满足各种图像处理系统所需
的内存空间，而且其最高时钟可达167Mllz，峰值
性能可达1333MIPS(百万条指令/秒)。②并行
处理结构。TMS32OC62ll芯片内有8个并行处理
单元，分为相同的两组，并行结构大大提高芯片的
性能。③芯片体系采用veloc，rrI结构。vel。八rJ’l是
一种高性能的甚长指令字(VIJW)结构，单指令
字字长为32hit，8个指令组成一个指令包，总宇长
为256bit。即每秒钟可以执行8条指令。Velo‘、、『rl
结构大大提高了DSP芯片的性能④采用流水线
操作实现高速度、高效率。TMS32OC62川只有石-
流水线充分发挥作用的情况下，才能达到最高的
峰值性能。与其他系列DSP相比，优势在于简化
了流水线的控制以消除流水线互锁，并增加流水
线的深度来消除传统流水线的取指、数据访问和
乘法操作上的瓶颈。
本系统DSP主要完成从FIFO读出数据的处
理以及压缩等。数据处理由自行编写的算法实现，
数据压缩算法采用JpEG(JointphotoGraphieEx-
pertGroup)标准。当摄像头采集速度为每秒25帧
图像时，它留给DSP处理的时间最多为每帧
40ms。如果考虑系统有一定的延时以及处理后
图像的存储时间，那么DSP处理一幅图像时间不
能超过30ms。按照C6211的处理速度，在
30ms内可以处理4OM(0.03x1333MIPS)条指
令。DSP读出FIFO中的行数据并存人SDRAM，一
帧图像有576行，在最后一行时会收到系统的帧
中断，这时SDRAM中的图像数据总共有1440x
576=sloKB。让C62一l用36M条指令周期的时
间处理810KB的数据显然绰绰有余。粗略的计算
过程如下:
系统采用快速DCT(离散余弦变换)，每sx
8矩阵需要11次乘法、29次加法，因此一帧图像
的FDCT，共需要(11+29)x720x576xZ/
64=518400个指令周期;对于量化模块，每8xs
矩阵需要64个量化指令周期，一帧需要64x
720x576xZ/64=829440个指令周期;对于编
码部分，假设编码后非0元素占25%，对每8xs
矩阵进行219一zag扫描、编码估计需要120个指
令周期，则共需120x720x576xZ/64=
1555200个指令周期。按以上计算，在系统中进行
JPEC编码大约需要2903040个指令周期，耗时
19.3536ms(TMS320C62lll作在15OMHz时)。
可以看出，实际需要的指令远小于36M条，而时
间也远小于3Oms，DSP完全可以实时处理从FI-
FO传过来的数据。
3.4利用DSP芯片进行图像压缩
如图4所示，图像数据通过FO接口送人数
字信号处理板，由DSP芯片中的DMA控制器负
责将数据放人输人缓冲区中，DSP对缓冲的图像
数据进行压缩后，通过HPl接口将压缩数据送
出。
4总结
图像采集系统的关键在于如何对大容量的信
息进行暂存、压缩和传输等问题进行处理。本系统
主要是解决这三个难题。在图像信息暂存方面充
分利用DSP存储空间的可扩展性，保证系统可暂
存的信息量足够大;信息压缩是DSP最擅长做的
事情，可以在很短的时间内完成大量的信息压缩
工作。该平台使用专用视频输人处理芯片
SAA7lll和FIFO存储器及CPLD实现高速连续
的视频帧采集，满足后继图像处理的需要。该平台
既可以作为视频图像采集使用，也可以进行视频
压缩、匹配等图像处理算法验证工作。
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the paper designs to accomplish a PC camera which makes use of hardware logic and C procedure drive of 320x240 true-colour lcd and 640x480 CMOS in the flat roof of ARM7.it forms to be a complete experiment effect with the basic digital function in shooting,storage,browsing,deleting etc.
the text mainly introduces ARM technology,DMA transmission technology,FASTCHIP software usage,digital camera keybaord,LCD drive etc.the core production of this text includes the mothods for controlling 4-row- and -6 -line keyboard with the help of C language,carrying out LCD and PC camera drive in the advantage of VHDL language.
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毕业设计(论文)是学生毕业前最后一个重要学习环节，是学习深化与升华的重要过程。它既是学生学习、研究与实践成果的全面总结，又是对学生素质与能力的一次全面检验，而且还是对学生的毕业资格及学位资格认证的重要依据。为了保证我校本科生毕业设计(论文)质量，特制定“同济大学本科生毕业设计(论文)撰写规范”。
一、毕业设计（论文）资料的组成 A．毕业设计(论文)任务书；B．毕业设计(论文)成绩评定书；C．毕业论文或毕业设计说明书（包括：封面、中外文摘要或设计总说明（包括关键词）、目录、正文、谢辞、参考文献、附录）；D．译文及原文复印件；E．图纸、软盘等。
二、毕业设计(论文)资料的填写及有关资料的装订 毕业设计(论文)统一使用学校印制的毕业设计(论文)资料袋、毕业设计(论文)任务书、毕业设计(论文)成绩评定书、毕业设计(论文)封面、稿纸（在教务处网上下载用，学校统一纸面格式，使用A4打印纸）。
毕业设计(论文)资料按要求认真填写，字体要工整，卷面要整洁，手写一律用黑或蓝黑墨水；任务书由指导教师填写并签字，经院长（系主任）签字后发出。 毕业论文或设计说明书要按顺序装订：封面、中外文摘要或设计总说明（包括关键词）、目录、正文、谢辞、参考文献、附录装订在一起，然后与毕业设计(论文)任务书、毕业设计(论文)成绩评定书、译文及原文复印件（订在一起）、工程图纸(按国家标准折叠装订)、软盘等一起放入填写好的资料袋内交指导教师查收，经审阅评定后归档。
三、毕业设计说明书(论文)撰写的内容与要求 一份完整的毕业设计(论文)应包括以下几个方面：
1．标题
标题应该简短、明确、有概括性。标题字数要适当，不宜超过20个字，如果有些细节必须放进标题，可以分成主标题和副标题。
2．论文摘要或设计总说明 论文摘要以浓缩的形式概括研究课题的内容，中文摘要在300字左右，外文摘要以250个左右实词为宜，关键词一般以3～5个为妥。
设计总说明主要介绍设计任务来源、设计标准、设计原则及主要技术资料，中文字数要在1500～2000字以内，外文字数以1000个左右实词为宜，关键词一般以5个左右为妥。
3．目录
目录按三级标题编写（即：1……、1.1……、1.1.1……），要求标题层次清晰。目录中的标题应与正文中的标题一致，附录也应依次列入目录。
4．正文
毕业设计说明书(论文)正文包括绪论、正文主体与结论，其内容分别如下： 绪论应说明本课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求；简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题；说明本课题的指导思想；阐述本课题应解决的主要问题，在文字量上要比摘要多。
正文主体是对研究工作的详细表述，其内容包括：问题的提出，研究工作的基本前提、假设和条件；模型的建立，实验方案的拟定；基本概念和理论基础；设计计算的主要方法和内容；实验方法、内容及其分析；理论论证，理论在课题中的应用，课题得出的结果，以及对结果的讨论等。学生根据毕业设计(论文)课题的性质，一般仅涉及上述一部分内容。
结论是对整个研究工作进行归纳和综合而得出的总结，对所得结果与已有结果的比较和课题尚存在的问题，以及进一步开展研究的见解与建议。结论要写得概括、简短。
5．谢辞
谢辞应以简短的文字对在课题研究和设计说明书（论文）撰写过程中曾直接给予帮助的人员（例如指导教师、答疑教师及其他人员）表示自己的谢意，这不仅是一种礼貌，也是对他人劳动的尊重，是治学者应有的思想作风。
6．参考文献与附录
参考文献是毕业设计(论文)不可缺少的组成部分，它反映毕业设计(论文)的取材来源、材料的广博程度和材料的可靠程度，也是作者对他人知识成果的承认和尊重。一份完整的参考文献可向读者提供一份有价值的信息资料。一般做毕业设计(论文)的参考文献不宜过多，但应列入主要的文献可10篇以上，其中外文文献在2篇以上。
附录是对于一些不宜放在正文中，但有参考价值的内容，可编入毕业设计（论文）的附录中，例如公式的推演、编写的程序等；如果文章中引用的符号较多时，便于读者查阅，可以编写一个符号说明，注明符号代表的意义。一般附录的篇幅不宜过大，若附录篇幅超过正文，会让人产生头轻脚重的感觉。
四、毕业设计(论文)要求
我校毕业设计(论文)大致有设计类、理论研究类（理科）、实验研究类、计算机软件设计类、经济、管理及文科类、综合类等，具体要求如下：
1．设计类（包括机械、建筑、土建工程等）：学生必须独立绘制完成一定数量的图纸，工程图除了用计算机绘图外必须要有1～2张（2号以上含2号图）是手工绘图；一份15000字以上的设计说明书（包括计算书、调研报告）；参考文献不低于10篇，其中外文文献要在2篇以上。
2．理论研究类（理科）：对该类课题工科学生一般不提倡，各院系要慎重选题，除非题目确实有实际意义。该毕业设计报告或论文字数要在20000字以上；根据课题提出问题、分析问题，提出方案、并进行建模、仿真和设计计算等；参考文献不低于15篇，其中外文文献要在4篇以上。
3．实验研究类：学生要独立完成一个完整的实验，取得足够的实验数据，实验要有探索性，而不是简单重复已有的工作；要完成15000字以上的论文，其包括文献综述，实验部分的讨论与结论等内容；参考文献不少于10篇，包括2篇以上外文文献。
4．计算机软件类：学生要独立完成一个软件或较大软件中的一个模块，要有足够的工作量；要写出10000字以上的软件说明书和论文；毕业设计(论文)中如涉及到有关电路方面的内容时，必须完成调试工作，要有完整的测试结果和给出各种参数指标；当涉及到有关计算机软件方面的内容时，要进行计算机演示程序运行和给出运行结果。
5．经济、管理及文科类：学生在教师的指导下完成开题报告；撰写一篇20000字以上的有一定水平的专题论文（外国语专业论文篇幅为5000个词以上。）；参考文献不少于10篇，包括1-2篇外文文献。
6．综合类：综合类毕业设计(论文)要求至少包括以上三类内容，如有工程设计内容时，在图纸工作量上可酌情减少，完成10000字以上的论文，参考文献不少于10篇，包括2篇以上外文文献。
每位学生在完成毕业设计(论文)的同时要求:(1)翻译2万外文印刷字符或译出5000汉字以上的有关技术资料或专业文献（外语专业学生翻译6000～8000字符的专业外文文献或写出10000字符的外文文献的中文读书报告），内容要尽量结合课题（译文连同原文单独装订成册）。(2)使用计算机进行绘图，或进行数据采集、数据处理、数据分析，或进行文献检索、论文编辑等。 绘图是工程设计的基本训练，毕业设计中学生应用计算机绘图，但作为绘图基本训练可要求一定量的墨线和铅笔线图。毕业设计图纸应符合制图标准，学生应参照教务处2004年3月印制的《毕业设计制图规范》进行绘图。
五、毕业设计(论文)的写作细则
1．书写
毕业设计(论文)要用学校规定的文稿纸书写或打印（手写时必须用黑或蓝墨水），文稿纸背面不得书写正文和图表，正文中的任何部分不得写到文稿纸边框以外，文稿纸不得随意接长或截短。汉字必须使用国家公布的规范字。
2．标点符号 毕业设计(论文)中的标点符号应按新闻出版署公布的"标点符号用法"使用。 3．名词、名称 科学技术名词术语尽量采用全国自然科学名词审定委员会公布的规范词或国家标准、部标准中规定的名称，尚未统一规定或叫法有争议的名称术语，可采用惯用的名称。使用外文缩写代替某一名词术语时，首次出现时应在括号内注明其含义。外国人名一般采用英文原名，按名前姓后的原则书写。一般很熟知的外国人名（如牛顿、达尔文、马克思等）可按通常标准译法写译名。
4．量和单位
量和单位必须采用中华人民共和国的国家标准GB3100～GB3102-93，它是以国际单位制（SI）为基础的。非物理量的单位，如件、台、人、元等，可用汉字与符号构成组合形式的单位，例如件/台、元/km。
