基于DSP+FPGA的紅外移動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示，為了設(shè)計和描述的方便，我們把硬件模塊的電路結(jié)構(gòu)劃分為以下幾個單元：視頻接口單元、輸入輸出FIFO視頻圖像存儲器、數(shù)字圖像處理單元(DSP)、可編程控制器、與PC的PCI接口電路等。

圖2系統(tǒng)硬件原理框圖

1視頻接口單元

紅外運(yùn)動目標(biāo)識別與跟蹤系統(tǒng)的視頻源是紅外攝像機(jī)提供的視頻信號。紅外攝像機(jī)有兩路視頻輸出，即模擬視頻輸出和數(shù)字視頻輸出。本系統(tǒng)要求硬件模塊對兩路視頻信號都能夠進(jìn)行處理。因此，必須對輸入視頻信號進(jìn)行預(yù)處理，為數(shù)字圖像處理單元(DSP)提供必要的視頻數(shù)據(jù)和視頻同步數(shù)據(jù)。視頻接口單元框圖如圖3所示。

圖3視頻接口單元框圖

2輸入輸出緩沖FIFO

設(shè)置輸入輸出緩沖FIFO的目的是在高速器件和低速器件之間設(shè)置一個緩沖區(qū)，可以避免高速器件因等待低速器件的數(shù)據(jù)而使系統(tǒng)的效率降低。A/D芯片送出的數(shù)字信號的時鐘頻率約為12MHz(模擬通道時鐘12.51MHz，數(shù)字通道時鐘12MHz)，而處理卡上DSP的總線頻率高達(dá)50MHz，兩者差異較大，所以采用輸入輸出緩沖FIFO是必要的?；谝陨峡紤]，最終選用Cypress公司的CY7C4275.它的容量為32K×18，最大存取速度可達(dá)到l0ns.

3可編程控制器(FPGA)

在本系統(tǒng)中，FPGA控制了絕大部分單元，包括通道選擇/電平轉(zhuǎn)換芯片、輸入輸出FIFO、SRAM、DSP、PCI接口電路等。利用FPGA芯片的系統(tǒng)內(nèi)可編程(ISP)性能，完成所有DSP外圍芯片的控制邏輯;并在其中設(shè)置狀態(tài)寄存器、命令字寄存器和專用寄存器，完成與主機(jī)的實時通信，接收主機(jī)傳送的命令信息和向主機(jī)傳送所需要的狀態(tài)信息。

在本系統(tǒng)中，數(shù)字信道為14bit，模擬為8bit，需要由FPGA對信號進(jìn)行第一次裝配(區(qū)別于DSP為了顯示而對圖像按FGB格式進(jìn)行的第二次裝配)，即將數(shù)字/模擬信號/數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換為16bit的數(shù)據(jù)，然后將兩個16bit數(shù)據(jù)裝配成一個32bit的數(shù)據(jù)。

4數(shù)字圖像存儲器(SRAM)

紅外動目標(biāo)識別與跟蹤系統(tǒng)要完成對運(yùn)動目標(biāo)的識別與跟蹤。其實現(xiàn)算法必然涉及到對多幀(差分處理，至少兩幀)視頻圖像的處理。為了給實現(xiàn)算法提供較為充裕的存儲空間，我們選用的存儲器能容納6場視頻圖像。因此，最后選用的存儲器是Giga Semiconductor公司的兩片GS74116，其每片容量為256K×16bit，存取速度為15ns.考慮到我們視頻圖像每場的數(shù)據(jù)量為76800像素，兩片512K的SRAM可以存下至少6張視頻圖像。在本系統(tǒng)中，我們設(shè)置了4幀圖像存儲空間，其余空間用于存放目標(biāo)小圖、DSP裝配數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)空間具體地址分配如圖4所示。

圖4 SRAM數(shù)據(jù)空間分配5數(shù)字圖像處理模塊(DSP)