基于DSP的嵌入式視覺客流檢測系統(tǒng)
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近些年來，隨著電子元器件價格的不斷降低和數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor，DSP)性能的不斷提升，以DSP為核心的嵌入式實時圖像處理技術(shù)在目標(biāo)跟蹤、機器人導(dǎo)航、輔助駕駛、智能交通監(jiān)控等領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。由于圖像的實時處理與圖像數(shù)據(jù)的實時采集、存儲和傳輸密切相關(guān)，因而各模塊間的無縫連接與高效配合是嵌入式圖像處理系統(tǒng)設(shè)計過程中的關(guān)鍵問題。綜合考慮系統(tǒng)的實現(xiàn)成本、實時性以及實際應(yīng)用，在嵌入式圖像處理技術(shù)的許多應(yīng)用領(lǐng)域中，如視頻監(jiān)控以及視覺客流檢測等，由于對圖像質(zhì)量要求不是很高，處理算法相對簡單，采用低端DSP(如Ti公司的C5000系列等)就可以完成相應(yīng)的圖像處理任務(wù)，面向這些實際應(yīng)用領(lǐng)域的嵌入式圖像處理系統(tǒng)完全可以采用低端DSP作為系統(tǒng)的處理核心，因此將以低端DSP為核心構(gòu)建面向客流檢測實際應(yīng)用的嵌入式圖像處理系統(tǒng)。另外，與其他圖像數(shù)據(jù)傳輸方式(如串口、并口和USB等)相比，以太網(wǎng)接口具有傳輸速度快，成本低廉，開發(fā)簡便以及可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等一系列優(yōu)點，因而提出的嵌入式圖像處理系統(tǒng)的圖像傳輸部分將采用基于TCP／IP協(xié)議的以太網(wǎng)傳輸技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸功能。
1 系統(tǒng)構(gòu)成
這里提出的基于DSP的嵌入式圖像處理系統(tǒng)由圖像采集與存儲、圖像處理和圖像傳輸3部分組成，組成框圖如圖1所示。選用CMOS圖像傳感器OV7141完成系統(tǒng)的圖像采集功能，選用TMS320VC5416DSP完成系統(tǒng)的圖像處理與分析，采用FIFO存儲器IDT72V04作為圖像存儲的緩沖區(qū)，采用10兆／lOO兆自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)控制器LAN9115實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)傳輸功能，系統(tǒng)各模塊間的邏輯控制由CPLI)EPM3064A實現(xiàn)。
2 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)
2．1 芯片介紹
考慮到視覺客流檢測應(yīng)用中的圖像處理只涉及灰度圖像，因而提出的嵌入式圖像處理系統(tǒng)可以直接采用黑白圖像傳感器。這里選用Omnivision公司的黑白CMOS圖像傳感器OV7141作為圖像采集芯片。該芯片工作電壓為2．5 V，分辨率為640×480，工作頻率為27 MHz，每秒鐘能輸出30幀(VGA模式)或者60幀(QVGA模式)，內(nèi)部整合模數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)，自動增益控制(AGC)，SCCB總線控制端口等，可直接輸出8 b圖像數(shù)據(jù)。
圖像處理芯片采用TI公司的TMS320VC5416定點DSP，其內(nèi)部采用一種改進型的哈佛總線結(jié)構(gòu)(1條程序總線、3條數(shù)據(jù)總線和4條地址總線)，數(shù)據(jù)總線寬度為16 b，最大尋址空間為64 K×16 b。程序總線寬度為23 b，最大尋址空間為8 M×16 b。片內(nèi)有128 M×16 b的RAM(其中包括64 M×16 b的單周期雙訪問DARAM和64 M×16 b的單周期單訪問SARAM)，6通道DMA傳輸控制器，3個帶緩沖器的串行通信接口(McBSP)。分開的數(shù)據(jù)和指令空間使該芯片具有高度的并行操作能力，在單周期內(nèi)允許指令和數(shù)據(jù)同時存取，再加上其高度優(yōu)化的指令集，使得該芯片具有很高的運算速度，最高可達(dá)160 MIPSE。
FIFO采用IDT公司的IDT72V04，它是異步的先進先出緩存器，容量為4096×9 b。供電電壓為3．3 V，它有3個狀態(tài)輸出信號可用于圖像數(shù)據(jù)存儲與讀取控制，即全滿信號／FF、半滿信號／HF和空信號／EF。CPLD采用ALTERA公司的MAX3064A，可使用門數(shù)1250個；宏單元64個；邏輯陣列塊(LAB)4個；最大可使用輸入輸出(I／O)管腳數(shù)64個；最大工作時鐘頻率為222．2 MHz；核供電和I／O供電都為3．3 V。LAN9115是SMSC公司的第二代10兆／100兆非PCI以太網(wǎng)控制器，LAN9115設(shè)計有大容量的存儲器緩沖器，快速總線周期時間和內(nèi)置的流控制支持，LAN9115支持高的數(shù)據(jù)速率，幾乎沒有包的損失，支持多種高清晰度視頻。LAN9115的主要性能：功率管理；支持LAN叫醒，使網(wǎng)絡(luò)能把消費類電子產(chǎn)品從睡眠狀態(tài)中叫醒；多種低功耗模式；能防止接收存儲器溢出；內(nèi)置支持流控制；簡單SRAM系統(tǒng)接口；能與任何的嵌入處理器接口。
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