基于雙TMS320VC5416處理器的實時圖像搜索跟蹤處理系統(tǒng)設(shè)計

　本文介紹了一種基于雙TMS320VC5416處理器的實時圖像搜索跟蹤處理系統(tǒng)，詳細闡述了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計思想，并結(jié)合一種跟蹤算法實例敘述了基于DSP的圖像搜索與跟蹤處理系統(tǒng)軟件設(shè)計的一般流程。該系統(tǒng)是一種優(yōu)良的圖像處理平臺，具備良好的通用性，可以用來實現(xiàn)多種圖像處理算法。
　　1．引言
　　電視圖像跟蹤器是一種具有簡單智能的圖像跟蹤裝置，它能在比較復雜的背景中，按照標準的電視制式，逐場提取與分離視場內(nèi)的運動目標，提取目標亮度與結(jié)構(gòu)特征，測定目標中心對轉(zhuǎn)臺視軸的方位與俯仰角誤差。該跟蹤角誤差信息經(jīng)變換后送到轉(zhuǎn)臺的伺服系統(tǒng)，驅(qū)動轉(zhuǎn)臺運動以保證被跟蹤的目標始終處于成像傳感器的視場中心，實現(xiàn)對目標的自動跟蹤。
　　由于需要逐場（20ms）處理視場中的數(shù)據(jù)，因此處理的數(shù)據(jù)量大、算法復雜度高，傳統(tǒng)的處理器一般不能滿足速度要求，本系統(tǒng)選擇美國TI公司TMS320C5416信號處理器為核心，實現(xiàn)了實時采集視場中的圖像數(shù)據(jù)并完成相應的圖像處理算法運算的任務。TMS320C5416主頻可達160MHz，片內(nèi)總存儲空間為128M×16bit，是一款高性能低功耗通用數(shù)字信號處理芯片。該系統(tǒng)能處理50場/秒的，圖像分辨率可調(diào)的標準電視圖像信號。
　　2．系統(tǒng)硬件框圖
　　
　　圖1 系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)框圖
　　如圖1所示系統(tǒng)采用雙DSP＋CPLD構(gòu)架，系統(tǒng)有兩路輸入，一路接數(shù)字視頻信號輸入，另外一路從攝像機輸入PAL制式的視頻信號。雙DSP中一個為主DSP，負責處理跟蹤算法以及與上位機通信，另外一個從DSP負責實時產(chǎn)生模擬高斯噪聲用以檢測各種噪聲條件下跟蹤算法的效果。兩個DSP之間通過一個共享雙口RAM或HPI進行通信。在場正程圖像數(shù)據(jù)存儲到圖像SRAM中， 主DSP在場逆程從圖像雙口RAM中讀取圖像數(shù)據(jù)到DSP內(nèi)部，場正程開始時主DSP開始進行圖像處理算法，在下一場逆程主DSP將處理的結(jié)果以及相關(guān)數(shù)據(jù)寫入圖形顯示雙口RAM同時開始從SRAM讀入下一場數(shù)據(jù)，DSP處理完成以后在時序電路和視頻復合電路配合下將處理結(jié)果顯示到監(jiān)視器上，完成實時圖像處理任務。
　　2.1 圖像采集模塊
　　圖像采集模塊的主要功能是獲取輸入視頻信號中的灰度數(shù)據(jù)和同步時鐘，它是后續(xù)處理的基準。系統(tǒng)采用同步分離和鎖相技術(shù)設(shè)計，采用分立元件。具體實現(xiàn)是信號從CCD出來后分為兩路，一路經(jīng)同步分離同步分離器LM1881，輸出復合同步HS，場同步VS作為后面電路的控制信號，另一路經(jīng)篏位和直流恢復，然后放大，將圖像信號調(diào)整到A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓范圍之內(nèi)。對行同步信號進行鎖相倍頻即可得到像素時鐘信號，鎖相環(huán)芯片采用74HC4046。輸入視頻信號經(jīng)鎖相環(huán)鎖相輸出系統(tǒng)象素時鐘提供給A/D變換器使用，得到數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。
　　2.2 時序電路模塊
　　時序模塊主要由一片CPLD（Xilinx公司的95288XL）實現(xiàn)，包括鎖相計數(shù)、標準視頻行場信號生成、DSP的外接存儲器接口片選讀寫信號生成以及部分存儲器地址生成、實現(xiàn)圖形信號的并串轉(zhuǎn)換、用戶自定義I/O等。
　　2.3 通訊接口模塊
　　本系統(tǒng)用到一個異步串口接收PC發(fā)送的調(diào)試命令，并向PC返回運算結(jié)果。
　　5416提供的串口是一種同步串行接口，并不支持通用異步接收器/發(fā)送器（UART）標準，本系統(tǒng)使用MAXIM公司的MAX3100芯片實現(xiàn)同步串口到異步串口的轉(zhuǎn)換。5416使用FSR和FSX作為每次傳輸?shù)耐叫盘枺?FSX作為MAX3100的選通信號。同步接收時鐘CLKR和同步發(fā)送時鐘CLKX在本系統(tǒng)中使用內(nèi)部的時鐘源，并且把CLKX作為MAX3100的同步時鐘。系統(tǒng)中使用MAX3100的接收中斷作為DSP的外部中斷信號，通知DSP數(shù)據(jù)準備好，可以開始接收。