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发布时间：2022-04-21 23:29
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时间：2023-06-21 15:10
摘要:文章提出一种基于丁工公司数字信号处理芯片TMS32OC6211的将模拟视频进行
数字化处理的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化。该平台使用
p日工L工ps公司的专用视频输入处理芯片SAA71llA和「工「O存储器及CpLD实现了高速连
续的视频帧数据采集，满足了后继图像处理的需要。
关键词:数字信号处理芯片(OSp);视频采集
1引言
数字信号处理(Digit滋51罗alproeessing)是
利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号
进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处
理，以得到符合人们需要的信号形式。
数字信号处理的实现方法有多种，但专用的
DSP芯片以其信号处理速度快、可重复性好、成本
低、性能优越得到首肯。
2系统功能概述
本文提出一种基于TI公司数字信号处理芯
片TMS320C6211的将模拟视频进行数字化处理
的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信
号的数字化。该系统具有接口方便、编程方便、精
度高、稳定性好、集成方便的优点。
本系统采用TI公司C6000系列DSP中的
TMS320C6211作为系统的cPu。图像数据通过外
部设备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输人DSP
进行图像的增强、分割、特征提取和数据压缩等;
系统的控制逻辑由CpLD(ComplexP。『amm曲Ie
肠giCDeviee)控制器实现。系统结构如图l所示。
3系统硬件设计
3.1视频解码芯片
模拟视频信号中不仅包含图像信号，还包含
行同步、行消隐、场同步、场消隐等信号。视频解码
的目的就是将复合视频、YC分量等模拟视频信号
进行AD转换以获取图像的数字信号，同时提取
其中的同步和时钟信号。PhihPs公司的视频解码
芯片SAA7111A，支持对NTSC和PAL制视频信
号的自动转换，自动进行50/6OH:场频的检测，可
对NTS(认PAL、sEcAM制式视频信号的亮度和色
度进行处理。它拥有4路模拟输人、4路复合视频
(cvBs)或2路YC或一路YC和2路CvBs输
人。可设置CvBS或YC通道为静态增益控制或
自动增益控制(AGC)。拥有2路亮度和色度梳状滤
波器，可对亮度、对比度、光圈和饱和度进行控制。
可支持以下输出格式:4:2:2(16位)、4:2:2(CCIR6ol
8位)、4:1:l(12位)YUV格式或8:8:8(24位)、5:6:5
(l6位)RGB格式。这种多格式的数据总线形式为
设计者提供了灵活的选择空间。
系统中采集的图像信号采用PhihPs公司的
SAA71IA完成A用转换，如图2所示。SAA71]A
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
二二路CVBS信
一
号和一路Y汉二信号。SAA7llA对摄
像头输人的标准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C:和Cl)合为8位数据。
3
.
2HFO存储器模块
F’IF()采用IDT公司的IDT72VZ15LB芯片，
FIFO的深度为512x18bit，支持STANDARD(标
准)和Fw衅(FirstwordFall一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720x576象素，当按行输出时，
SAA7一IA输出数据流大小为:720x16=1440卜I
因为DSP通过32位的SBSRAM接日与FlI;()通
信，故YUV数据写人FIFO时需要在FIFO之间
实现乒乓切换。这时一行720x16bit的数据在两
片FIFO中存储变为360x32bit，两片FIF()行r以
满足上述要求。FIFO的初始化及时序由CP[力实
现，FIFO连接见图3。
3.3DsP图像处理模块
TMS320C6211是Tl公司发布的面l台]视拓!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SDRAM中;系统程序则固化
在FLASH存储器中。Flash存储器具有在线重写
人功能。这对系统启动程序的修改和升级都带来
了很大的方便。
TMS320C6211DSP的高速性能主要体现在
以下方面:①TMS320C62ll的存储空间最大可扩
展到1CB，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167Mllz，峰值
性能可达1333MIPS(百万条指令/秒)。②并行
处理结构。TMS32OC62ll芯片内有8个并行处理
单元，分为相同的两组，并行结构大大提高芯片的
性能。③芯片体系采用veloc，rrI结构。vel。八rJ’l是
一种高性能的甚长指令字(VIJW)结构，单指令
字字长为32hit，8个指令组成一个指令包，总宇长
为256bit。即每秒钟可以执行8条指令。Velo‘、、『rl
结构大大提高了DSP芯片的性能④采用流水线
操作实现高速度、高效率。TMS32OC62川只有石-
流水线充分发挥作用的情况下，才能达到最高的
峰值性能。与其他系列DSP相比，优势在于简化
了流水线的控制以消除流水线互锁，并增加流水
线的深度来消除传统流水线的取指、数据访问和
乘法操作上的瓶颈。
本系统DSP主要完成从FIFO读出数据的处
理以及压缩等。数据处理由自行编写的算法实现，
数据压缩算法采用JpEG(JointphotoGraphieEx-
pertGroup)标准。当摄像头采集速度为每秒25帧
图像时，它留给DSP处理的时间最多为每帧
40ms。如果考虑系统有一定的延时以及处理后
图像的存储时间，那么DSP处理一幅图像时间不
能超过30ms。按照C6211的处理速度，在
30ms内可以处理4OM(0.03x1333MIPS)条指
令。DSP读出FIFO中的行数据并存人SDRAM，一
帧图像有576行，在最后一行时会收到系统的帧
中断，这时SDRAM中的图像数据总共有1440x
576=sloKB。让C62一l用36M条指令周期的时
间处理810KB的数据显然绰绰有余。粗略的计算
过程如下:
系统采用快速DCT(离散余弦变换)，每sx
8矩阵需要11次乘法、29次加法，因此一帧图像
的FDCT，共需要(11+29)x720x576xZ/
64=518400个指令周期;对于量化模块，每8xs
矩阵需要64个量化指令周期，一帧需要64x
720x576xZ/64=829440个指令周期;对于编
码部分，假设编码后非0元素占25%，对每8xs
矩阵进行219一zag扫描、编码估计需要120个指
令周期，则共需120x720x576xZ/64=
1555200个指令周期。按以上计算，在系统中进行
JPEC编码大约需要2903040个指令周期，耗时
19.3536ms(TMS320C62lll作在15OMHz时)。
可以看出，实际需要的指令远小于36M条，而时
间也远小于3Oms，DSP完全可以实时处理从FI-
FO传过来的数据。
3.4利用DSP芯片进行图像压缩
如图4所示，图像数据通过FO接口送人数
字信号处理板，由DSP芯片中的DMA控制器负
责将数据放人输人缓冲区中，DSP对缓冲的图像
数据进行压缩后，通过HPl接口将压缩数据送
出。
4总结
图像采集系统的关键在于如何对大容量的信
息进行暂存、压缩和传输等问题进行处理。本系统
主要是解决这三个难题。在图像信息暂存方面充
分利用DSP存储空间的可扩展性，保证系统可暂
存的信息量足够大;信息压缩是DSP最擅长做的
事情，可以在很短的时间内完成大量的信息压缩
工作。该平台使用专用视频输人处理芯片
SAA7lll和FIFO存储器及CPLD实现高速连续
的视频帧采集，满足后继图像处理的需要。该平台
既可以作为视频图像采集使用，也可以进行视频
压缩、匹配等图像处理算法验证工作。
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