基于PCI总线的嵌入式实时DSP图像采集系统

    关键词：PCI总线 DSP VxWorks操作系统 图像采集系统

本文从实时性和大容量两方面介绍了在通用计算机上加入ＤＳＰ加速卡实现的图像采集系统。利用ＤＳＰ芯片的高速处理特性完成大部分的图像处理工作，上位机只完成辅助操作和存储系统。这种方法发挥了ＤＳＰ的高速性能又具有相当大的灵活性，而且开发工具比较完善。

实时性要求足够的传输速度，ＰＣＩ总线速度最高可达５２８ＭＢ／ｓ（６６ＭＨｚ、６４位）。这是其他总线无法比拟的速度，如ＩＳＡ总线速度只有５ＭＢ／ｓ。另外，系统中ＤＳＰ的可扩展存储空间高达１ＧＢ。这完全可以满足一般图像处理系统的需要。

１ 基于ＰＣＩ总线的ＤＳＰ图像采集系统

本系统主要用于路口违章车辆抓拍，包括闯红灯抓拍、超速行驶抓拍等。通过摄像头对车流进行监测，当有车辆在红灯期间越过停止线或在限速地段超速行驶，系统拍下车辆的行为并把数据传送到ＤＳＰ进行处理，然后经ＰＣＩ总线把处理后的数据上传到上位机。当然这套系统也可用于其他的监控系统，如楼宇监控等，其硬件系统基本一致，只是软件功能有所区别。
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    本系统采用ＴＩ公司Ｃ６０００系列ＤＳＰ中的ＴＭＳ３２０Ｃ６２１１作为系统的ＣＰＵ。图像数据通过摄像机采集并输出模拟图像信号。这些信号经视频解码芯片转换为数字信号；再经ＦＩＦＯ输入ＤＳＰ进行图像的增强、分割、特征提取和数据压缩等；然后输出信号经ＰＣＩ解码芯片转换为符合ＰＣＩ总线规范的标准信号，通过ＰＣＩ总线接口传到上位机。系统的控制逻辑由ＥＰＬＤ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）控制器实现。系统结构图如图１。

（１）视频解码芯片

系统中采集的图像信号采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＳＡＡ７１１１Ａ完成Ａ／Ｄ转换。ＳＡＡ７１１１Ａ允许四路模拟视频输入，具有两个模拟处理通道，支持四路ＣＶＢＳ模拟信号或二路Ｙ／Ｃ模拟信号或二路ＣＶＢＳ信号和一路Ｙ／Ｃ信号。ＳＡＡ７１１１Ａ对摄像头输入的标准ＰＡＬ格式的模拟图像信号进行Ａ／Ｄ转换，然后输出符合ＣＣＩＲ６０１格式的４：2：2的１６位ＹＵＶ数据到ＦＩＦＯ。其中亮度信号Ｙ为８位、色度信号Ｃｒ和Ｃｂ合为８位数据。ＦＩＦＯ采用ＩＤＴ公司的ＩＤＴ７２Ｖ２１５ＬＢ芯片，ＦＩＦＯ的深度为５１２×１８ｂｉｔ，支持ＳＴＡＮＤＡＲＤ（标准）和ＦＷＦＴ（Ｆｉｒｓｔ Ｗｏｒｄ Ｆａｌｌ－Ｔｈｒｏｕｇｈ，首字直接通过）两种工作模式。按照ＣＣＩＲ６０１格式，ＹＵＶ图像分辨率为７２０×５７６象素，当按行输出时，ＳＡＡ７１１１Ａ输出数据流大小为：７２０×１６＝１４４０ｂｉｔ。因为ＤＳＰ通过３２位的ＳＢＳＲＡＭ接口与ＦＩＦＯ通信，故ＹＵＶ数据写入ＦＩＦＯ时需要在ＦＩＦＯ之间实现乒乓切换。这时一行７２０×１６ｂｉｔ的数据在两片ＦＩＦＯ中存储变为３６０×３２ｂｉｔ。两片ＦＩＦＯ可以满足上述要求。ＦＩＦＯ的初始化及时序由ＥＰＬＤ实现。

（２）ＤＳＰ图像处理模块

ＴＭＳ３２０Ｃ６２１１是ＴＩ公司发布的面向视频处理领域的新款高速数字处理芯片，适用于移动通信基站、图像监控、雷达系统等对速度要求高和高度智能化的应用领域。存储空间分两部分：运行过程的临时数据存在Ｗｉｎｂｏｎｄ公司的两片１２８Ｍｂｉｔ的Ｗ９８１２１６ＢＨ中；系统程序则固化在ＦＬＡＳＨ存储器中，该存储器选用ＡＭＤ公司生产的８Ｍｂｉｔ的ＡＭ２９ＬＶ８００Ｂ。Ｆｌａｓｈ存储器具有在线重写入功能。这对系统启动程序的修改和升级都带来了很大的方便。ＤＳＰ处理模块结构如图２所示。图２中的ＨＰＩ（Ｈｏｓｔ Ｐｏｒｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）为主机口；ＥＭＩＦ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｍｅｍｏｒｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）为外部存储器接口，兼容同步／异步传输方式。

ＴＭＳ３２０Ｃ６２１１ ＤＳＰ的高速性能主要体现在以下方面：①ＴＭＳ３２０Ｃ６２１１的存储空间最大可扩展到１ＧＢ，完全可以满足各种图像处理系统所需的内存空间，而且其最高时钟可达２００ＭＨｚ，峰值性能可达１６００ＭＩＰＳ（百万条指令／秒）、２４００ＭＯＰＳ（百万次操作／秒）。②并行处理结构。ＴＭＳ３２０Ｃ６２１１芯片内有８个并行处理单元，分为相同的两组，并行结构