1、第7卷第15期2007年8月167121819(2007 1523943204科學技術與工程Science Technol ogy and EngineeringVol . 7No . 15Aug . 20072007Sci . Tech . Engng .基于DSP 的數據采集與處理系統的設計王肅偉楊學友李雁斌葉聲華(, 摘要構建了一種基于DSP , , 著重講述了T MS320F2812型DSP 在數據處理中的作用, F , 可靠性高, 實時性強, 可以實現快速的測量和傳輸。關鍵詞C MOS F I R FFT 中圖法分類號14; 文獻標識碼 AT MS320F2812型DSP 是美國TI

2、 公司推出的、最佳測控應用的定點DSP, 也是目前市場上最先進、功能最強大的32位定點DSP 芯片。既具有數字信號處理能力, 又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制能力。它采用高性能的靜態C MOS 技術, 時鐘頻率可達150MHz, 具有高性能的32位中央處理器, 能在一個周期內完成16x16、32x32的乘法和累加運算。支持32位單位周期指令, 其數據地址為32位, 程序地址為22位, 具有高速的片內數據存儲1. 1總體設計1系統硬件設計本系統主要由C MOS 圖像傳感器、DSP 、FPG A 、工業以太網以及主控計算機組成, 主要包括圖像采集、數據處理及圖像傳輸三個功能單元, 可以實現圖像

3、數據的實時采集、數據的實時處理和實時傳輸給主控計算機。系統原理框圖如圖1所示 。器和程序存儲器, 可以訪問4G 字(16位 的數據空間和4M 字的程序空間。該型號DSP 芯片在電源功率控制、電機工程、制冷系統、可調激光器等領域應用廣泛1。本文提出一種以上述T MS320F2812型DSP 為核心, 集成了C MOS 圖像傳感器和FPG A 的數據采集和處理平臺, 充分利用了C MOS 圖像傳感器體積小、穩定性好、FPG A 集成度高、可編程實現以及DSP 強大的控制能力和高速圖像處理能力等優點。1. 2系統實現圖1系統原理框圖本系統選用Omni V isi on 公司的OV9650型C MOS

4、 圖像傳感器、Xilinx 公司的Spartan3系列的FPG A 以及TI 公司的T MS320F2812型DSP 作為主該系統可以實現快速提取圖像數據和高速圖像處理, 為后續的算法處理和傳輸提供了有力保障。2007年4月9日收到要元件來實現系統功能。第一作者簡介:王肅偉(1984 , 男, 河南開封人, 天津大學測試計量技術及儀器碩士研究生。研究方向:測試技術與圖像處理。Email:suwei w ang80yahoo . com. cn 。OV9650內部集成了A /D及DSP 芯片, 可以提供高速而穩定的數字輸出, 保障了采集端的速度。OV9650的工作模式和參數等寄存器需要SCCB

5、(Se 23944科學技術與工程7卷rial Ca mera Contr ol BUS 總線配置, 由于SCCB 總線中斷信號和以太網的傳輸中斷信號, 提示DSP 做出中斷響應。相當于I C 總線, 所以可在FPG A 內編程實現I C 邏輯, 使DSP 可通過該模擬I C 口對C MOS 傳感器進行配置2222。2系統軟件設計2. 1軟件設計系統上電后, DSP 配置OV9650工作在自動增益、自動曝光工作模式, OV9650輸出圖像信號D0D9以及VSY NC (場同步信號 、HREF (行場參考信3號 、P LCK (像素同步信號 等信號。FPG A 為, FP 2G A 的I C ,

6、隨2OV9650提供24MHz 的工作時鐘CLK, , , 給出。DSP 檢測到中斷信號, 從FPG A 的內部BLOCK RAM 中讀取數據并進行圖像處理, 最后通過以太網將處理后的數據傳送給主控計算機。系統采集一幀數據的軟件流程如圖3所示 。出的同步信號控制C MOS 最終將數據讀入A 暫停工作, 并向DSP I N T1, 隨后DSP 讀取FPG A 內部RAM 中的數據, 并進行圖像處理。數據處理后的圖像數據可以在DSP 的控制下實現以太網的高速傳輸。T MS320F2812型DSP 是本系統的核心元件, 其正常工作需要3. 3V 和1. 8V 兩種電平, 選用TI 公司的TPS767

7、D318進行雙電源的供電。DSP 主要完成三項任務:配置圖像傳感器、圖像處理和數據傳輸, 與其他部件的硬件連接如圖2所示 。圖3主程序流程框圖2. 2圖像處理圖2系統硬件連接框圖在生產現場, 往往存在很多高頻干擾信號, 為了方便后續的數據處理, 擬設計基于DSP 的F I R 濾波器濾除高頻干擾。TI 函數庫提供了Matlab 指令文件的ezfir 濾波器設計套件, 我們可以在Matlab 環境下方便的調用ezfir16. m 文件, 輸入相關參數即可得到相應的濾波系數3DSP 通過地址總線A0A18、數據總線D0D15以及讀寫使能信號W /R完成對C MOS 圖像傳感器的設置和FPG A 內

8、部存儲單元的訪問, 通過普通I/O口I/O0I/O4實現與FPG A 的同步和通訊。D0D15和B0B15分別作為數據總線和地址總。在此我們選取采樣頻率線與以太網芯片相連, 使得DSP 可以通過FPG A 實現對以太網芯片相關寄存器的訪問。兩個外部中斷信號線I N T1和I N T2分別作為FPG A 的數據存儲為45kHz, 輸入轉折頻率為13kHz, 階數為50, 窗函數選擇Ha mm ing (漢明窗 , 將獲得的濾波系數儲存在F I R. xls, 回車可得其幅頻f a 特性和相頻f p 特性, 如圖4、圖5所示。 15期王肅偉, 等:基于DSP 的數據采集與處理系統的設計3945的特

9、性, 將能大大提高代碼的執行效率和系統的實時性; 另一方面, 考慮到代碼的通用性和可移植性, 最好使用易讀的C 語言。在此, FFT 核心算法采用匯編語言編寫, 主程序采用C 語言編寫。為防止數據溢出, 蝶形運算結果采用歸一化處理。圖4 幅頻特性3論DSP T MS320F2812的數, 著重闡述了DSP 在該系統中圖像處理方面的應用。DSP 在圖像處理方面的獨特優勢滿足了系統對于信號分析以及大數據量運算的要求, 解決了高速圖像采集和傳輸的瓶頸, 從而實現了系統的實時測量與控制, 因而該系統具有很強的應用和科研價值 。圖5相頻特性打開F I R. xls 文件, 可得濾波系數h (0 h (2

10、5 :#defineFI R16_COEFF18916,2107227, -919915, -2165187, 2689013, 1770122, -5637609, 458924, 8848309,-6226421, -10158537, 15663637, 6094950, -26804634, 6684765, 34930927, -29884572, -32768096, 62193799, 11272199, -99090519, 42598427, 133496873, -163708962, -157941775, 660275232h (26 h (50 與h (0 h (24

11、 是對稱相等的。將h (0 h (50 添加到fir . h 中, 加載fir . as m 到DSP 上即可實現F I R 濾波。FFT 變換是非常流行的一種頻域分析方法, 它利用蝶形因子的旋轉性和周期性的特點, 大大減少了運算量, 提高了DFT 的計算效率。DSP 在實現FFT 方面具有自身的優勢:一方面, 針對FFT 變換中需要對原始順序進行碼位倒序排列, DSP 控制器專門設計了反序間接尋址; 另一方面, FFT 變換需要進行的蝶形運算, 需要指令系統能滿足查表以及短時間內的累加相乘的需要, 而DSP 的間接尋址方法可以實現增(減 1或增(減 一個變址量, 并且能在一個周期內完成乘和累

12、加, 這些都滿足了FFT 的運算需要。FFT 變換的實現過程如圖5。TI 的DSP L ibrary 中提供了FFT 算法, 根據不同圖6FFT 流程圖參考文獻1蘇奎峰, 呂強, 耿慶峰, 等. T MS320F2812原理與開發. 北京:電子工業出版社, 2005:11182李艷華. 面向儀表的嵌入式DSP 硬件平臺的研究. 天津:天津大學出版社, 2004:20243OV9650i m age p r ocess or . Datasheet . Omni V isi on, 2005:126的用途略加修改即可使用。但在應用時需要綜合考慮:一方面, 如能利用DSP 控制器反序間接尋址(下轉

13、第3949頁15期蔣平:一種改進的Snake 模型3949改進模型解決了初始輪廓一部分在真實輪廓內而另一部分在外的問題, 很大程度上放寬了出事輪廓的選取條件。由于要判斷蛇點是在真實輪廓內外, 所以該模型只適用于分割一個目標, 在復雜圖像中效果不是很理想。該模型有待于改進。參考文獻1Kass M , W itkin A, Terz opoul os D. Snake:Active cont our models .I nternati onal Journal of Computer V isi on, 1988; 1(4 :3213312Cohen L D. Note on active co

14、nt our models and ball oons . G VGI P:I m 2age Understanding, 1991; 53(2 :2112183Xu C Y, Prince J L. Snake, shapes and gradient vect or fl ow . I EEETransacti ons on I m ageing Pr ocedding, 1998; 7(3 :3593694Am ini A A, W ey mouth T E, Jain T G . U sing dyna m ic p r ogra mm ingf or s olving variati

15、 onal p r oble m s in visi on . I EEE Transacti ons on Pat 2tern Analysis and Machine I ntelligence, (9 :8558675W illiam sD J, M. A cont ours and curva 2m ati P:55(1 :1426Snake M odelJ I A NG Ping(Dep t . of I nf or mati on Technol ogy, Yulin College, Yulin 719000, P . R. China AbstractThe original

16、cont our must be on the real cont our because the snake model is sensitive t o the original cont our s l ocati on, or results are generally inaccurate . original cont our is often gained fr om i m ages relative inf or ma 2ti on when serial i m ages are seg mented . This original cont our may be far

17、fr om the real cont our and its part is inside the real cont our whereas the other part is exteri or . Some researchs for this p r oble m and widens the conditi ons of choosing the original cont our are made of .Key wordsi m age seg menti on Snake model original cont our snake point(上接第3945頁D esi gn

18、 of Da t a Acqu isiti on and Processi n g Syste m Ba sed on D SPWANG Su 2wei, Y ANG Xue 2you, L I Yan 2bin, YE Sheng 2hua(State Key Laborat ory of Precisi on Measure ment Technol ogy and I nstruments, Tianjin University, Tianjin 300072, P . R. China AbstractA data acquisiti on and p r ocessing syste m based on DSP is built, and the hard ware and s oft w are de 2sign of the whole syste m and es pecially the data p r ocessing functi on of T