嵌入式車牌識別系統(tǒng)的設計解析

　1、引言
　　隨著我國國民經濟的高速發(fā)展，國內高速公路、城市道路、停車場建設越來越多，對交通控制、安全管理的要求也日益提高，智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation Systems，簡稱ITS）已成為當前交通管理發(fā)展的主要方向，而車牌識別（License Plate Recognition，簡稱LPR）系統(tǒng)技術作為智能交通系統(tǒng)的核心，起著舉足輕重的作用，它在高速公路、城市道路和停車場等項目管理中占有無可取代的重要地位［1-2］。
　　本文所研究的車牌識別系統(tǒng)，正是在這樣的背景下提出來的，對于目前LPR作為ITS中的核心關鍵技術，具有相當大的理論和現(xiàn)實意義。本系統(tǒng)所設計的是一個基于DSP和FPGA的嵌入式車牌識別系統(tǒng)［3-4］，該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的車牌識別系統(tǒng)，具體實現(xiàn)過程將在下文詳細描述。
　　2、系統(tǒng)結構設計
　　傳統(tǒng)的車牌識別系統(tǒng)主要采用攝像頭、視頻采集卡、工控機幾個主要模塊搭建出來的方法來實現(xiàn)，其優(yōu)勢是實現(xiàn)容易，但是成本高、實時性不強、安裝和維護不便。而在本文系統(tǒng)設計中，摒棄了傳統(tǒng)的模式，采用TI公司的TMS320C6713B高性能（強大的并行運算能力）DSP作為識別算法的運行硬件平臺，Altera公司性價比很高的Cyclone系列EP1C12Q240型號的FPGA作為協(xié)調整個系統(tǒng)的工作與相關的圖像采集及控制，再加上一些外圍器件（FLASH、SDRAM等）共同構成本嵌入式車牌識別系統(tǒng)硬件平臺，如圖1所示。
　　與傳統(tǒng)的車牌識別系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)無需計算機即可實現(xiàn)車牌圖像的采集、識別、輸出結果，具有識別性能高、環(huán)境適應性強、安裝維護簡單、成本低等特點。其中采用以DSP和FPGA作為核心的系統(tǒng)設計最大優(yōu)點是結構靈活、通用性強、適合于模塊化設計，從而能夠實現(xiàn)高效率的算法和實時控制;同時其開發(fā)過程可以并行進行。
　　
　　圖1 車牌識別硬件框圖
　　2.1 視頻輸入模塊
　　目前，世界上實際應用的電視信號制式主要有NTSC制、PAL制和SECAM制3種，世界上大多數國家采用PAL制，我國也采用PAL制，此系統(tǒng)采用的攝像頭輸出的視頻信號就是標準的PAL制式。
　　PAL電視制式規(guī)定，場掃描頻率為50Hz，每秒掃描25幀圖像，每幀包括奇、偶兩場圖像，每幀圖像的掃描行數為625行。電視信號由“圖像信號”和確保同步的“復合同步信號”以及消除掃描逆程回掃線的“復合消隱信號”等輔助信號構成。PAL制電視信號轉化為數字視頻信號后，一般輸出數據格式符合ITU656 YUV4:2：2標準，輸出一幀圖像的625行數據中，其中有效圖像數據占572行，其他為場消隱信號;同樣，每行有效的圖像數據也只有720個象素。
　　本系統(tǒng)中輸入是PAL制式的模擬圖像數據，必須要經過A/D轉換才能供后續(xù)系統(tǒng)處理。此系統(tǒng)選用的視頻解碼芯片（A/D）是Philips公司的SAA7113H［5］，支持標準的PAL制式視頻信號輸入。輸入可以為4路CVBS或2路S視頻（Y/C）信號，通過內部寄存器的不同配置可以對輸入進行轉換，輸出8位“VPO”總線及一些場、行同步控制信號，其中輸出圖像數據為標準的ITU656 YUV4:2：2格式。SAA7113H內部具有一系列寄存器，可以配置為不同的參數，對色度、亮度等的控制都是通過對相應寄存器改寫不同的值，寄存器的讀寫需要通過I2C總線進行。由于TMS320C6713有自帶的I2C總線接口，所以系統(tǒng)設計里，利用DSP通過I2C總線對SAA7113H進行配置控制，簡易了系統(tǒng)的設計［6］。