基于PCI總線的嵌入式實時DSP圖像采集系統(tǒng)

摘要：以交通十字路口實時DSP圖像采集系統(tǒng)為例，說明了基于PCI總線的DSP圖像采集系統(tǒng)的優(yōu)點，并詳細(xì)闡明了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和基于VxWorks操作平臺的軟件實現(xiàn)，最后介紹了系統(tǒng)實現(xiàn)的效果。

本文從實時性和大容量兩方面介紹了在通用計算機(jī)上加入ＤＳＰ加速卡實現(xiàn)的圖像采集系統(tǒng)。利用ＤＳＰ芯片的高速處理特性完成大部分的圖像處理工作，上位機(jī)只完成輔助操作和存儲系統(tǒng)。這種方法發(fā)揮了ＤＳＰ的高速性能又具有相當(dāng)大的靈活性，而且開發(fā)工具比較完善。

實時性要求足夠的傳輸速度，ＰＣＩ總線速度最高可達(dá)５２８ＭＢ／ｓ（６６ＭＨｚ、６４位）。這是其他總線無法比擬的速度，如ＩＳＡ總線速度只有５ＭＢ／ｓ。另外，系統(tǒng)中ＤＳＰ的可擴(kuò)展存儲空間高達(dá)１ＧＢ。這完全可以滿足一般圖像處理系統(tǒng)的需要。

１ 基于ＰＣＩ總線的ＤＳＰ圖像采集系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要用于路口違章車輛抓拍，包括闖紅燈抓拍、超速行駛抓拍等。通過攝像頭對車流進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)有車輛在紅燈期間越過停止線或在限速地段超速行駛，系統(tǒng)拍下車輛的行為并把數(shù)據(jù)傳送到ＤＳＰ進(jìn)行處理，然后經(jīng)ＰＣＩ總線把處理后的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)。當(dāng)然這套系統(tǒng)也可用于其他的監(jiān)控系統(tǒng)，如樓宇監(jiān)控等，其硬件系統(tǒng)基本一致，只是軟件功能有所區(qū)別。

本系統(tǒng)采用ＴＩ公司Ｃ６０００系列ＤＳＰ中的ＴＭＳ３２０Ｃ６２１１作為系統(tǒng)的ＣＰＵ。圖像數(shù)據(jù)通過攝像機(jī)采集并輸出模擬圖像信號。這些信號經(jīng)視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；再經(jīng)ＦＩＦＯ輸入ＤＳＰ進(jìn)行圖像的增強、分割、特征提取和數(shù)據(jù)壓縮等；然后輸出信號經(jīng)ＰＣＩ解碼芯片轉(zhuǎn)換為符合ＰＣＩ總線規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)信號，通過ＰＣＩ總線接口傳到上位機(jī)。系統(tǒng)的控制邏輯由ＥＰＬＤ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）控制器實現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖１。

（１）視頻解碼芯片

系統(tǒng)中采集的圖像信號采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＳＡＡ７１１１Ａ完成Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。ＳＡＡ７１１１Ａ允許四路模擬視頻輸入，具有兩個模擬處理通道，支持四路ＣＶＢＳ模擬信號或二路Ｙ／Ｃ模擬信號或二路ＣＶＢＳ信號和一路Ｙ／Ｃ信號。ＳＡＡ７１１１Ａ對攝像頭輸入的標(biāo)準(zhǔn)ＰＡＬ格式的模擬圖像信號進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，然后輸出符合ＣＣＩＲ６０１格式的４：2：2的１６位ＹＵＶ?jǐn)?shù)據(jù)到ＦＩＦＯ。其中亮度信號Ｙ為８位、色度信號Ｃｒ和Ｃｂ合為８位數(shù)據(jù)。ＦＩＦＯ采用ＩＤＴ公司的ＩＤＴ７２Ｖ２１５ＬＢ芯片，ＦＩＦＯ的深度為５１２×１８ｂｉｔ，支持ＳＴＡＮＤＡＲＤ（標(biāo)準(zhǔn)）和ＦＷＦＴ（Ｆｉｒｓｔ Ｗｏｒｄ Ｆａｌｌ－Ｔｈｒｏｕｇｈ，首字直接通過）兩種工作模式。按照ＣＣＩＲ６０１格式，ＹＵＶ圖像分辨率為７２０×５７６象素，當(dāng)按行輸出時，ＳＡＡ７１１１Ａ輸出數(shù)據(jù)流大小為：７２０×１６＝１４４０ｂｉｔ。因為ＤＳＰ通過３２位的ＳＢＳＲＡＭ接口與ＦＩＦＯ通信，故ＹＵＶ?jǐn)?shù)據(jù)寫入ＦＩＦＯ時需要在ＦＩＦＯ之間實現(xiàn)乒乓切換。這時一行７２０×１６ｂｉｔ的數(shù)據(jù)在兩片ＦＩＦＯ中存儲變?yōu)椋常叮啊粒常玻猓椋�。兩片ＦＩＦＯ可以滿足上述要求。ＦＩＦＯ的初始化及時序由ＥＰＬＤ實現(xiàn)。

（２）ＤＳＰ圖像處理模塊

ＴＭＳ３２０Ｃ６２１１是ＴＩ公司發(fā)布的面向視頻處理領(lǐng)域的新款高速數(shù)字處理芯片，適用于移動通信基站、圖像監(jiān)控、雷達(dá)系統(tǒng)等對速度要求高和高度智能化的應(yīng)用領(lǐng)域。存儲空間分兩部分：運行過程的臨時數(shù)據(jù)存在Ｗｉｎｂｏｎｄ公司的兩片１２８Ｍｂｉｔ的Ｗ９８１２１６ＢＨ中；系統(tǒng)程序則固化在ＦＬＡＳＨ存儲器中，該存儲器選用ＡＭＤ公司生產(chǎn)的８Ｍｂｉｔ的ＡＭ２９ＬＶ８００Ｂ。Ｆｌａｓｈ存儲器具有在線重寫入功能。這對系統(tǒng)啟動程序的修改和升級都帶來了很大的方便。ＤＳＰ處理模塊結(jié)構(gòu)如圖２所示。圖２中的ＨＰＩ（Ｈｏｓｔ Ｐｏｒｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）為主機(jī)口；ＥＭＩＦ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｍｅｍｏｒｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）為外部存儲器接口，兼容同步／異步傳輸方式。