基于TMS320DM643的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中彩色圖像處理的實(shí)現(xiàn)

摘要：針對等離子體設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求，提出了一個(gè)基于TMS320DM643的視頻圖像處理監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)通過CCD攝像頭獲取設(shè)備現(xiàn)場的圖像信息，采用TMS320DM643作為核心處理器，應(yīng)用DSP／BIOS實(shí)時(shí)系統(tǒng)，對獲取的圖像進(jìn)行了預(yù)處理、背景差分、目標(biāo)提取，最后輸出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)從而達(dá)到監(jiān)控目的。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確有效地進(jìn)行目標(biāo)狀態(tài)檢測，具有很好的實(shí)時(shí)性。
關(guān)鍵詞：TMS320DM643；視頻監(jiān)控；彩色圖像處理；DSP／BIOS；YCbCr

0 引言
數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在交通安防等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而在設(shè)備系統(tǒng)的監(jiān)控中，感興趣的主要是反映設(shè)備狀態(tài)的各類儀表及音視頻信號。隨著設(shè)備系統(tǒng)日益復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工方法由于效率低下、自動(dòng)化程度不高，在一些場合己不能滿足監(jiān)控需要，特別是人員無法常駐、無法就地工作以及對監(jiān)控自動(dòng)化程度要求高的環(huán)境。為解決上述問題，基于嵌入式的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并與圖像分析和處理技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一定的智能監(jiān)控功能，較好地滿足了設(shè)備系統(tǒng)監(jiān)控的實(shí)際需要。
本系統(tǒng)依托于等離子體發(fā)生設(shè)備，對等離子體發(fā)生裝置進(jìn)行了視頻監(jiān)控。等離子體發(fā)生裝置在真空狀態(tài)下產(chǎn)生等離子體的過程中，顏色會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過對其顏色的實(shí)時(shí)監(jiān)控達(dá)到實(shí)時(shí)獲取發(fā)生裝置狀態(tài)的目的，從而達(dá)到監(jiān)控目的。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1 TMS320DM643性能分析
TMS320DM643是TI公司推出的針對多媒體處理的高性能數(shù)字媒體處理器，在圖像處理方面具備優(yōu)勢。在C64xDSP的基礎(chǔ)上，針對多媒體處理的實(shí)際需要，集成了完備的數(shù)字視頻、數(shù)字音頻輸入輸出及以太網(wǎng)接口，該芯片工作主頻最高可達(dá)600MHz，處理能力可達(dá)4800MIPS。為提高處理效率，保證高速的DSP和相對低速的外設(shè)之間速率匹配，TMS320DM643在片上設(shè)有L1D、L1P和L2RAM／Cache兩級緩存，二級緩存L2的具體用途通過緩存寄存器的相應(yīng)位來設(shè)置。TMS320DM643采用了增強(qiáng)型超長指令字結(jié)構(gòu)，內(nèi)核有8個(gè)功能單元(兩個(gè)乘法器和6個(gè)算術(shù)邏輯單元、64個(gè)32位通用寄存器)，可在一個(gè)周期內(nèi)完成4個(gè)16位乘加運(yùn)算或8個(gè)8位的乘加運(yùn)算。針對圖像處理的實(shí)際，也設(shè)計(jì)了大量相關(guān)指令。同時(shí)，TMS320DM643還集成了豐富的外圍設(shè)備和接口，為構(gòu)建視頻設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)提供了便利條件。
1．2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)以DSP控制模塊為核心，由圖像采集模塊、存儲(chǔ)模塊、圖像顯示模塊以及電源管理模塊等模塊構(gòu)成，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．3 圖像采集模塊
圖像采集模塊由CCD攝像頭和TVP5150A視頻解碼器組成，主要功能是將從CCD攝像頭采集來的PAL／NTSC復(fù)合視頻信號進(jìn)行采樣、量化得到任意分辨率的數(shù)字信號，為TMS320DM643提供視頻流。
視頻解碼器選用TVP5150A視頻解碼芯片，可以將NTSC和PAL制模擬的視頻信號轉(zhuǎn)換成BT．656格式的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻信號(YUV4：2：2)后傳輸至TMS320DM643。TVP5150A通過標(biāo)準(zhǔn)的IIC總線進(jìn)行配置，其數(shù)據(jù)傳送率最高可達(dá)400 kb／s。同時(shí)，由于TMS320DM643支持BT．656格式的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻信號輸入格式，TVP5150A與TMS320DM643實(shí)現(xiàn)了無縫連接。TVP5150A與TMS320DM643連接的示意圖如圖2所示。

如圖2所示，VP1CLK0作為視頻源的輸入時(shí)鐘，VP1CLK1未用。而VP1CTL0、VP1CTL1和VP1CTL2則分別作為視頻源的CAPEN／AVID／HSYNC、
VBLNK／VSYNC、FID輸入同步信號。