《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于DSP的電子變倍系統(tǒng)設(shè)計(jì)
來(lái)源:微型機(jī)與應(yīng)用2013年第6期
孟王芳, 陳 芬, 徐高幫, 楊麗娟, 葉咪妮,,彭宗舉,,殳鎮(zhèn)黎
(寧波大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院, 浙江 寧波 315211)
摘要: 采用基于TI公司高性能Davinci系列的SEED-DTK_6437作為主要硬件平臺(tái),實(shí)現(xiàn)TMS320DM6437與TMS320VC5402處理器之間的通信,。在DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS3.3中采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程,,對(duì)攝像頭采集到的實(shí)時(shí)視頻圖像實(shí)現(xiàn)了變倍算法從軟件到硬件平臺(tái)的移植。同時(shí)加入人機(jī)接口,,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)縮放倍數(shù)的切換,、變倍算法的選擇和感興趣區(qū)域的提取等功能。測(cè)試結(jié)果表明,,系統(tǒng)具有交互性強(qiáng),、性能穩(wěn)定和實(shí)時(shí)性良好等特點(diǎn)。
Abstract:
Key words :

摘   要: 采用基于TI公司高性能Davinci系列的SEED-DTK_6437作為主要硬件平臺(tái),實(shí)現(xiàn)TMS320DM6437與TMS320VC5402處理器之間的通信,。在DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS3.3中采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程,,對(duì)攝像頭采集到的實(shí)時(shí)視頻圖像實(shí)現(xiàn)了變倍算法從軟件到硬件平臺(tái)的移植。同時(shí)加入人機(jī)接口,,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)縮放倍數(shù)的切換,、變倍算法的選擇和感興趣區(qū)域的提取等功能,。測(cè)試結(jié)果表明,,系統(tǒng)具有交互性強(qiáng)、性能穩(wěn)定和實(shí)時(shí)性良好等特點(diǎn),。
關(guān)鍵詞: DSP,; 電子變倍圖像縮放,; 感興趣區(qū)域

    圖像變倍作為一種基本的圖像處理技術(shù),,是指通過(guò)插值算法重采樣生成新的插值圖像的過(guò)程,在實(shí)際應(yīng)用中具有重要的作用,。數(shù)碼相機(jī)的數(shù)碼變焦即是一種電子變倍系統(tǒng),,在數(shù)碼相機(jī)中光學(xué)變焦能夠通過(guò)鏡頭的變化將拍攝的景物拉近;數(shù)碼變焦則是通過(guò)數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的處理器把圖片內(nèi)的每個(gè)像素面積增大,,從而達(dá)到放大的目的,。由于光學(xué)變焦焦距的調(diào)整受到極大限制,當(dāng)變焦倍數(shù)超過(guò)5倍時(shí),,光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜,而且體積龐大,,因此開(kāi)發(fā)數(shù)碼變焦以提高數(shù)碼相機(jī)的變焦焦距具有廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)用性,。
    電子變倍系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在安全監(jiān)控領(lǐng)域,,如遠(yuǎn)距離健康和夜視監(jiān)控等,。隨著社會(huì)發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,視頻監(jiān)控技術(shù)已處于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的發(fā)展期,進(jìn)行數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)的研究正成為當(dāng)前的熱門(mén)課題,。采用TI的Davinci處理器進(jìn)行相應(yīng)的視頻處理系統(tǒng)設(shè)計(jì),可以保證系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性以及穩(wěn)定性,,同時(shí)又有體積小、功耗低的優(yōu)點(diǎn),。本文介紹了基于Davinci系列TMS320DM6437處理器的電子變倍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)主要由攝像頭、視頻編解碼處理芯片,、顯示屏和SEED-DTK_6437開(kāi)發(fā)平臺(tái)等部分組成,系統(tǒng)的主要框架如圖1所示,。

  TM320DM6437 DSP芯片對(duì)從視頻處理前端傳輸進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),通過(guò)最鄰近插值算法和雙線性插值算法等對(duì)視頻圖像進(jìn)行變倍處理,,之后數(shù)據(jù)再通過(guò)視頻后端處理,,將信號(hào)重新編碼為模擬信號(hào),最后輸?shù)侥M顯示器上顯示出來(lái),。

 


    本系統(tǒng)有兩種工作模式:整體縮放模式和感興趣區(qū)域模式,,用戶通過(guò)17鍵薄膜鍵盤(pán)可選擇所需模式。在整體縮放模式下,,系統(tǒng)具有選擇不同變倍算法,、更改視頻圖像的縮放倍數(shù)等功能;在感興趣模式下,,系統(tǒng)具有選擇不同變倍算法和選擇感興趣區(qū)域等功能,。兩種模式下系統(tǒng)都能夠在液晶顯示屏上顯示變倍算法和縮放倍數(shù)和感興趣區(qū)域號(hào),并在彩色顯示屏上居中顯示縮放后的圖像,,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的智能人機(jī)交互功能,。    
2 基于SEED-DEC6437的視頻采集回放
    本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了1路PAL/NTSC標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻輸入,1路PAL/NTSC標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻輸出和1路VGA輸出,。視頻輸入接口選用了解碼芯片TVP5150PBS,,視頻輸出采用TMS320DM6437片內(nèi)的DAC輸出,實(shí)現(xiàn)CVBS和VGA輸出,。TMS320DM6437片上視頻輸入/輸出接口統(tǒng)稱(chēng)為視頻子系統(tǒng)(VPSS),。TMS320DM6437的視頻子系統(tǒng)由兩部分組成,一是視頻處理前端,,用于輸入數(shù)字視頻數(shù)據(jù),,為多種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻輸入提供接口,,并為輸入的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)作必要的預(yù)處理;二是視頻處理后端,,用于輸出數(shù)字視頻數(shù)據(jù),,以驅(qū)動(dòng)顯示器顯示視頻圖像。本系統(tǒng)視頻的采集與回放框圖如圖2所示,。

3 電子變倍算法研究
3.1 算法描述

    從算法精度,、復(fù)雜度等方面考慮,本系統(tǒng)主要采用最近鄰插值算法和雙線性插值算法,。
3.1.1 最近鄰插值算法
    最近鄰插值法[1-3]也稱(chēng)作零階插值,,就是令變換后像素的灰度值等于距它最近的輸入像素的灰度值。對(duì)于通過(guò)反向變換得到的一個(gè)浮點(diǎn)坐標(biāo),,對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的取整,,得到一個(gè)整數(shù)型坐標(biāo),這個(gè)整數(shù)型坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的像素值就是目標(biāo)像素的像素值,。對(duì)于從上到下,、從左到右掃描的圖像來(lái)說(shuō),取浮點(diǎn)坐標(biāo)最鄰近的左上角點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素值,。其公式為:
    

    由圖3可以看出,最近鄰插值算法處理的圖像出現(xiàn)了嚴(yán)重的馬賽克現(xiàn)象,而雙線性插值算法處理的圖像更加平滑,。
4 系統(tǒng)的軟件實(shí)施
4.1 總體設(shè)計(jì)流程

    系統(tǒng)各模塊初始化以后,BIOS根據(jù)實(shí)現(xiàn)的配置自動(dòng)調(diào)度視頻任務(wù)和通信任務(wù),總體流程圖如圖4所示,。

4.1.1 人機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)
    本系統(tǒng)人機(jī)交互模塊采用TMS320VC5402作為主控制器,,同時(shí)外擴(kuò)有SRAM及Flash,擁有17按鍵薄膜鍵盤(pán),,配置LCD液晶顯示部件,。TMS320VC5402 DSP處理器通過(guò)多通道緩沖串口McBSP與TMS320DM6437通信,,可完成對(duì)按鍵值的讀取和顯示系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)等功能,。
4.1.2 DSP/BIOS任務(wù)調(diào)度
 為了增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和靈活性,本系統(tǒng)使用DSP/BIOS調(diào)度任務(wù),。設(shè)置了一個(gè)硬件中斷(McBSP硬件中斷)和兩個(gè)任務(wù)(視頻任務(wù)和通信任務(wù)),,兩個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)相同。視頻任務(wù)主要處理視頻圖像數(shù)據(jù)的采集以及算法的實(shí)現(xiàn),;通信任務(wù)主要調(diào)度通信函數(shù)根據(jù)按鍵的不同指令


4.1.3 圖像居中顯示
    圖像變倍是對(duì)一幅原始圖像在尺寸比例上的放大或者縮小,,然而,對(duì)于縮放后的圖像的顯示區(qū)域?qū)⑹且粋€(gè)不容忽視的問(wèn)題,,例如放大之后顯示的是左上角的畫(huà)面,,而實(shí)際感興趣的區(qū)域可能不會(huì)出現(xiàn)在顯示屏上。這里,,強(qiáng)調(diào)圖像居中放大顯示的重要性,,即屏幕中心的感興趣區(qū)域放大之后仍會(huì)在液晶屏的中心顯示,,以展示正常的圖像放大效果。
4.2 結(jié)果及分析
    在使用不同算法對(duì)實(shí)時(shí)視頻圖像進(jìn)行變倍處理時(shí),,本系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性,;人機(jī)交互模塊中選擇頁(yè)面可以循環(huán)切換,任務(wù)之間靈活調(diào)度,;整個(gè)系統(tǒng)交互性強(qiáng),,性能穩(wěn)定。
4.2.1 整體縮放模式
    在整體縮放模式下,,放大倍數(shù)可輸入0.1~5.0之間,。系統(tǒng)運(yùn)行界面截圖如圖6所示。

    分別采用最近鄰插值算法和雙線性插值算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),,結(jié)果如圖7所示,。從圖7可見(jiàn),基于最近鄰插值算法的縮放圖像馬賽克現(xiàn)象嚴(yán)重,,基于雙線性插值算法的縮放圖像濃淡變化自然平滑,,所得結(jié)論與仿真結(jié)果一致。

    根據(jù)仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,,最近鄰插值算法處理后的圖像會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的馬賽克現(xiàn)象,,而雙線性插值算法處理的圖像更加平滑。但是,,最近鄰插值算法的運(yùn)算速度較快,,雙線性插值算法較慢。通常情況下要獲得高速甚至實(shí)時(shí)的圖像輸出,,只能采用相對(duì)簡(jiǎn)單,、運(yùn)算量小的插值算法;而要獲得高精度的處理結(jié)果,,只能犧牲速度,,采用復(fù)雜度高的算法。因此,,對(duì)于視頻圖像實(shí)時(shí)性操作上,,最近鄰插值的算法更優(yōu)。
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