嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) - 基于DSP的嵌入式數(shù)字?jǐn)z像夜間能見(jiàn)度測(cè)量系統(tǒng)

　　在外部視頻輸入（0~1 Vpp）與TVP5150PBS視頻輸入之間設(shè)計(jì)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)使得TVP5150PBS的輸入電平為0~0.75 Vpp.

　　系統(tǒng)設(shè)置視頻口VP1的A通道作為視頻輸入口。TMS320DM642的I2C接口實(shí)現(xiàn)對(duì)TVP5150芯片內(nèi)部寄存器的初始化和配置。TVP5150芯片的SCL，SDA引腳分別與TMS320DM642時(shí)鐘、數(shù)據(jù)地址線相連，通過(guò)SCL，SDA的時(shí)序配合完成DSP向視頻解碼器芯片寄存器寫入和讀出數(shù)據(jù)。TVP5 150接收攝像機(jī)的視頻信息，經(jīng)過(guò)解碼后的數(shù)據(jù)串行輸出。數(shù)字視頻流包含奇偶場(chǎng)指示信號(hào)FI、場(chǎng)同步信號(hào)、行同步信號(hào)、像素時(shí)鐘、YUV數(shù)據(jù)輸出等元素，數(shù)據(jù)率約165 Mb/s.

　　2.2.2 圖像處理模塊

　　系統(tǒng)采用TI公司的面向數(shù)字媒體應(yīng)用的32位定點(diǎn)DSP芯片TMS320DM642完成信號(hào)處理的過(guò)程。TVP5150輸出的BT.656視頻流經(jīng)過(guò)TMS320DM 642的視頻口后存入2 560 B的VP1A通道FIFO.由于圖像數(shù)據(jù)量大，需要外擴(kuò)片外存儲(chǔ)器用于存放圖像數(shù)據(jù)信息。通過(guò)EDMA通道把FIFO中的數(shù)據(jù)搬入片外存儲(chǔ)器SDRAM.當(dāng)視頻口VP1的A通道出現(xiàn)視頻Y，U，V分量數(shù)據(jù)搬運(yùn)請(qǐng)求后，在程序中便會(huì)觸發(fā)EDMA處理函數(shù)，完成FIFO數(shù)據(jù)向SDRAM的搬運(yùn)。VP1EVTYA，VP1EVTUA，VP1EVTVA分別為發(fā)生在VP1A通道上與視頻Y，U，V分量相關(guān)的事件，與DM642 EDMA對(duì)應(yīng)通道相連。當(dāng)FIFO向SDRAM搬運(yùn)完數(shù)據(jù)后運(yùn)行在FLASH中的程序開(kāi)始調(diào)用圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行算法處理，求取光源和黑體的亮度值，完成能見(jiàn)度的計(jì)算。

　　2.2.3 視頻顯示模塊

　　視頻顯示部分通過(guò)視頻編碼芯片把BT.656格式的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為PAL制式的視頻信號(hào)，然后送入監(jiān)視器顯示處理后的目標(biāo)光源和目標(biāo)黑體圖像。采用SAA7121H編碼器，將TMS320DM642的VP0 A通道設(shè)置為視頻輸出口。圖4為視頻編碼模塊與DSP連接圖，CVBS_OUT為解碼輸出的復(fù)合視頻。與TVP5150一樣，SAA7121芯片內(nèi)部各個(gè)寄存器的配置通過(guò)TMS320DM642的I2C接口配置，且可以與TVP5150共用TMS320DM642的I2C總線。

　　2.2.4 串口通信模塊

　　系統(tǒng)在DSP外部通過(guò)CY37064P100和TL16C752B擴(kuò)展串口通信電路實(shí)現(xiàn)主芯片與帶串口液晶屏之間的通信，將夜間能見(jiàn)度值顯示在液晶屏上。圖5為串口通信模塊設(shè)計(jì)圖。選擇串口液晶屏實(shí)現(xiàn)能見(jiàn)度數(shù)值的顯示和歷史曲線的繪制。

　　3 嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 基于DSP/BIOS和RF5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　DSP/BIOS是基于CCS的一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)，其多線程機(jī)制可以方便進(jìn)行多任務(wù)應(yīng)用程序的編寫。與傳統(tǒng)的匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言編寫的DSP程序相比，DSP/BIOS可以有效地提高代碼執(zhí)行效率，利于行代碼執(zhí)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。RF5是基于DSP/BIOS的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)框架，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)管理、線程模型和通道封裝。運(yùn)用RF5參考框架可以大大縮短開(kāi)發(fā)者的難度和時(shí)間。根據(jù)系統(tǒng)需要，在基于RF5參考框架上進(jìn)行嵌入式軟件的編寫，圖6為軟件程序流程圖。

　　各個(gè)處理任務(wù)之間采用SCOM消息機(jī)制進(jìn)行通信。圖像采集任務(wù)采集數(shù)據(jù)后，通過(guò)SCOM消息傳輸給處理任務(wù)；處理任務(wù)對(duì)圖像進(jìn)行相關(guān)的處理及能見(jiàn)度計(jì)算后，通知采集任務(wù)進(jìn)行下一次的采集處理，并將處理的結(jié)果傳給輸出任務(wù)進(jìn)行顯示。同時(shí)，處理任務(wù)協(xié)調(diào)該任務(wù)和其他兩個(gè)任務(wù)之間的通信。

　　3.2 能見(jiàn)度計(jì)算的圖像處理算法研究

　　能見(jiàn)度計(jì)算任務(wù)是DSP嵌入式軟件的核心，其圖像處理方法是系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。數(shù)字?jǐn)z像夜間能見(jiàn)度儀通過(guò)圖像處理計(jì)算兩相同亮度光源經(jīng)過(guò)不同距離衰減之后的目標(biāo)光源視亮度，根據(jù)視亮度反演大氣消光系數(shù)完成能見(jiàn)度值的測(cè)量。其圖像處理過(guò)程主要分為圖像預(yù)處理、圖像分割與定位、能見(jiàn)度值的計(jì)算三部分。

　　3.2.1 圖像預(yù)處理

　　圖像預(yù)處理主要對(duì)采集的光源圖像進(jìn)行圖像濾波處理，以達(dá)到去除背景噪聲和雜散光等的影響，使目標(biāo)光源和黑體圖像亮度均勻。由于該系統(tǒng)的能見(jiàn)度儀主要安裝在高速公路上用于能見(jiàn)度預(yù)警，在低霧、雨天等天氣條件下，圖像的清晰度不高。另外CCD在圖像采集和傳輸圖像的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的噪聲污染。因此，需要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理。

　　采用了頻域增強(qiáng)法使得圖像清晰化。對(duì)圖像進(jìn)行傅里葉變換，在頻域進(jìn)行濾波處理，再將濾波后的圖像反變換到空間域，從而獲得增強(qiáng)后的圖像。另外利用小波變換在信號(hào)去噪和數(shù)據(jù)壓縮領(lǐng)域的良好效果，采用小波閾值去噪法?；谛盘?hào)和噪聲頻率和幅值不同，對(duì)圖像進(jìn)行二維小波變換，根據(jù)圖像原始信息和噪聲小波變換系數(shù)的差異，設(shè)定閾值去除小波系數(shù)中的噪聲元素，用經(jīng)過(guò)處理的小波系數(shù)進(jìn)行二維小波反變換得到去噪后的圖像。