基于DSP的手勢識別電視遙控器設計

　　由于傳統(tǒng)電視機遙控器的按鍵操作比較機械且缺乏娛樂性，設計了一種以DSP2812為核心的手勢識別算法。通過將用戶手勢運動的信息轉(zhuǎn)換成相應的紅外信號，從而實現(xiàn)手勢遙控電視機更換頻道和調(diào)節(jié)音量的目的。該系統(tǒng)主要由雙端口RAM通信的雙DSP并行處理器、CMOS數(shù)字攝像頭、紅外遙控模塊、上位機調(diào)試軟件和以太網(wǎng)通信模塊組成。實驗測試表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)用戶手勢圖像的采集、手勢動作的識別、紅外遙控及以太網(wǎng)通信功能。

　　傳統(tǒng)電視機遙控器是一種按鍵操控方式，其操作比較機械且缺乏娛樂性。本文提出一種采用直接判斷使用者手部動作的方法遙控電視機，使用者在攝像頭拍攝范圍內(nèi)按照規(guī)定的擺放方式移動手部，就能夠遙控電視機進行音量增減或頻道變換等操作。設計使人們對電視機的遙控操作更加便捷、人性化，豐富大眾的日常生活。

　　1系統(tǒng)設計方案

　　手勢識別電視機遙控器是集合圖像采集、手勢識別和紅外遙控三大主要功能的控制裝置。依據(jù)要實現(xiàn)的采集圖像能力和DSP處理視頻流能力的功能要求，確定系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示。

　　圖1手勢識別電視遙控器系統(tǒng)結(jié)構

　　本系統(tǒng)采用了雙DSP共同工作的方式，主要由六個模塊組成。

　　1)攝像頭模塊：由攝像頭OV7620及驅(qū)動電路組成，負責手勢圖像采集。

　　2) DSP1：核心是TMS320F2812，負責對圖像采集及預處理，與上位機網(wǎng)絡通信和用戶按鍵信息的輸入。

　　3)上位機：顯示實時采集的圖像，圖像處理結(jié)果和調(diào)試參數(shù)等。

　　4)雙端口RAM模塊：實現(xiàn)兩個DSP之間的高效數(shù)據(jù)通信。

　　5) DSP2：負責提取手勢圖像特征和向紅外遙控模塊發(fā)送指令。它從雙端口RAM獲取圖像數(shù)據(jù)，從圖像中提取有用的特征，并將判斷結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應的遙控指令。

　　6)紅外遙控模塊：負責學習電視機配套遙控器的紅外遙控指令，將其放入指定的存儲空間中。在DSP2給出發(fā)射指令時，查詢存儲空間，獲取對應的紅外指令并發(fā)射。

　　2系統(tǒng)硬件設計

　　2. 1雙DSP處理器及內(nèi)存空間設計

　　本設計使用雙TMS320F2812的DSP進行圖像采集、圖像處理并且實現(xiàn)紅外遙控和網(wǎng)絡通信等功能。這樣可以滿足并行圖像處理能力和快速響應的速度要求，同時兩個DSP擴展了512 K×16位的RAM空間，以滿足圖像處理的空間要求。

　　為了實現(xiàn)雙DSP之間的通信，系統(tǒng)采用Cypress公司的一款64 K×16位的雙端口RAM芯片CY7C028搭建一個數(shù)據(jù)通道。DSP1把采集到的圖像通過時間控制有規(guī)律寫入數(shù)據(jù)通道中，DSP2從數(shù)據(jù)通道中提取圖像數(shù)據(jù)存放到自己的RAM中，然后進行相關的圖像處理。在設計工作狀態(tài)時，使用雙端口中斷判優(yōu)方式，數(shù)據(jù)傳遞采用握手的通信模式。當DSP1向雙端口RAM中寫完數(shù)據(jù)之后，通過中斷握手的方式，通知DSP2讀取數(shù)據(jù)。DSP2要求數(shù)據(jù)時，也會以同樣的方式通知DSP1，從而實現(xiàn)雙DSP高速有規(guī)律地數(shù)據(jù)傳遞。雙端口RAM與兩個DSP之間的硬件連接如圖2所示。

　　圖2雙端口RAM與雙DSP的硬件連接圖

　　2. 2圖像采集電路設計

　　本系統(tǒng)直接使用DSP1通過外部中斷NMI和INT2，分別同步攝像頭OV7620的VSN和HREF信號，同時通過綁定DSP的8根I /O線同步讀取圖像到DSP內(nèi)存中，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的圖像采集工作。為了讓DSP的時鐘頻率與OV7620的時鐘頻率匹配，必須要降低攝像頭的輸出時鐘頻率。對攝像頭OV7620內(nèi)部的寄存器進行設置，達到減慢數(shù)據(jù)傳輸速度的目的。OV7620模塊與DSP1的硬件連接和OV7620的同步讀取時序分別如圖3和圖4所示。

　　圖3藍牙發(fā)送模塊接口電路

　　圖4 OV7620同步讀取時序圖

　　通過時序圖可知，DSP先捕獲攝像頭的場中斷信號，準備好存儲一幀圖像的數(shù)組。然后，DSP等待HREF行中斷信號。最后，在行中斷中判斷PCLK信號，當PCLK處于高電平時，DSP讀取該像素值。為了在不丟失手勢特征信息的前提下采集盡量小的圖像，DSP采集視野中間隔行的100×100大小的圖像，存放在100×100的數(shù)組中。通過修改讀取程序可以改變采集圖像的大小。

　　2. 3內(nèi)存及DSP網(wǎng)絡通信設計

　　本系統(tǒng)采用RTL8019AS與DSP1通過連接對應的地址數(shù)據(jù)總線，設置片選信號，實現(xiàn)DSP的以太網(wǎng)通信。RTL8019AS與DSP1的硬件連接如圖5所示。

　　RTL8019AS內(nèi)部有兩塊RAM區(qū)，一塊16 K字節(jié)，地址為0×4000～0×7FFF;一塊32個字節(jié)，地址為0×0000～0×001F.RAM按每256字節(jié)為一頁存儲。一般將RAM前12頁(即0×4000～0×4BFF)存儲區(qū)作為發(fā)送緩沖區(qū);后52頁(即0×4C00～0×7FFF)存儲區(qū)作為接收緩沖區(qū)。第0頁只有32字節(jié)(地址為0×0000～0×001F)，用于存儲以太網(wǎng)物理地址。要接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包就必須通過DMA讀寫RTL8019AS內(nèi)部的16KB RAM.

　　圖5 RTL8019AS與DSP1硬件連接圖