基于DSP處理器的多路圖像監控系統的設計

煤炭作為一種特殊商品，其質(zhì)量評價(jià)必須要有能夠代表整個(gè)樣品的煤樣，煤樣的取得須有一套規范的采樣和制樣系統。商品煤樣的采取和制備過(guò)程需要有嚴密的操作和質(zhì)量監控系統，以保證煤炭質(zhì)量評價(jià)的公正和嚴謹。

　　目前安全監控領(lǐng)域的主流產(chǎn)品是數字硬盤(pán)錄像機，主要適用于監控點(diǎn)集中的局域監控用，煤炭質(zhì)量評價(jià)的作業(yè)區域跨度大。港區內作業(yè)地點(diǎn)不可判斷性等特點(diǎn)，可應用于數字硬盤(pán)錄像機。本系統采用專(zhuān)用圖像DSP處理器TMS320DM642，搭建了DSP-PC網(wǎng)絡(luò )互連和圖像傳輸的多路實(shí)時(shí)視頻采集系統，使網(wǎng)絡(luò )監控系統以其可靠性高、組網(wǎng)便利等優(yōu)點(diǎn)在應用中直接得到體現。

　　1 系統硬件設計

　　1．1 TMS320DM642簡(jiǎn)介

　　TMS320DM642采用TMS320C64X系列DSP的內核，集成有一些面向視頻及圖像處理的外圍設備。TMS320DM642以其在720 MHz時(shí)鐘下運算速度可高達5 760 MI／s提供節省時(shí)間的高速DSP編程。

　　1．2 系統總體構成

　　系統整體硬件設計基于TMS320DM642 EVM板TMS320DM642 Ver5．1，圖像信號由擴展的多路CCD圖像傳感器提供，模擬信號經(jīng)圖像解碼器SAA7113將其解碼成數字并行ITU-R BT．656碼流，并傳送至TMS320DM642的視頻接口。TMS320DM642視頻口VP0、VP2接收到視頻數據流，采集每幀圖像后，圖像數據通過(guò)EDMA方式轉移到外部存儲器，這時(shí)TMS320DM642處理器可根據應用程序的需要讀取數據并執行相應的運算處理程序，然后通過(guò)EMAC網(wǎng)絡(luò )模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )傳輸。其總體構成框圖如圖1所示。

　　該系統是以主處理器TMS320DM642為核心，由視頻，外部存儲，網(wǎng)絡(luò )等模塊組成。將完成視頻信號的實(shí)時(shí)采集、圖像壓縮處理及網(wǎng)絡(luò )傳輸等功能。

　　1．3 視頻模塊

　　系統視頻模塊主要由4路CCD圖像傳感器、TMS32013M642的視頻端口、圖像采集器件等組成。TMS32019M642集成有3個(gè)視頻端口VP0、VPl和VP2，每個(gè)VP(Video Port)口分為A、B 2個(gè)通道，每個(gè)通道都可分配為視頻輸入／視頻輸出口，但A、B 2個(gè)通道只能同時(shí)被配置成輸入或輸出口。TMS320DM642的VPO中的VPO／A、VPO／B和VPl中的VPl／A和VPl／B配置成接收8位ITU-R BT．656碼流格式，分別掛接SAA7113H。以VPO口為例，圖2為圖像輸入接口電路原理圖。

　　由于采用ITU-R BT．656碼流格式，圖像的水平同步、垂直同步、場(chǎng)同步等信號已內嵌在視頻數據流中，由于TMS320DM642每個(gè)VP口預留的3個(gè)可以接收同步信號的VP0CTL控制引腳，只能滿(mǎn)足一路視頻同步信號的要求，沒(méi)有同步信號線(xiàn)的連接。

　　2 系統軟件設計

　　整個(gè)圖像采集系統的系統軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程是在TI公司的DSF集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS中進(jìn)行的。首先系統各個(gè)模塊線(xiàn)程都需進(jìn)行初始化工作：系統板卡硬件的初始化、信息傳輸信道的初始化、網(wǎng)絡(luò )模塊初始化等。然后系統在RF-25系統功能框架下，先由視頻源攝入一幀圖像數據，再進(jìn)行色差信號重采樣轉化為YUV(4：2：0)。處理線(xiàn)程確認圖像采集完畢之后接收圖像數據圖像壓縮。網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)程處理線(xiàn)程的結束后發(fā)送的信息序列并進(jìn)行確認，接收處理后的圖像數據并重新進(jìn)行色差信號轉換，最終建立網(wǎng)絡(luò )連接將數據發(fā)送至網(wǎng)絡(luò )。

　　3 網(wǎng)絡(luò )架構

　　從TMS320DM642傳輸來(lái)的數據由LXT971轉換為以太網(wǎng)物理層接收的數據，通過(guò)雙絞線(xiàn)連接X(jué)Fmr Module隔離變壓器和RI-45頭連接到網(wǎng)絡(luò )傳輸至上位機，如圖3所示。

　　系統中DSP網(wǎng)絡(luò )通信及其通信接口的開(kāi)發(fā)基于DSP／BIOS和網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)包NDK等資源。硬件驅動(dòng)程序庫的函數以及參數結構都符合NDK的標準應用程序編程接口，由DNK進(jìn)行提前控制。底層硬件驅動(dòng)與TCP／IP協(xié)議棧的接口包含TCP／IP協(xié)議棧與硬件驅動(dòng)層之間的應用程序編輯接口和驅動(dòng)環(huán)境與TCP／IP協(xié)議棧之間傳遞狀態(tài)監測信息接口。其中網(wǎng)絡(luò )底層驅動(dòng)和TCP／IP協(xié)議棧之間信息的傳遞涉及的消息變量STKEVENT是網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)組件中負責傳遞相關(guān)信息的載體。它擁有若干個(gè)具有三元構成數組的成員變量，不同的組合方式構成的數組用來(lái)表示相應的網(wǎng)絡(luò )信息。

　　4 功能實(shí)現

　　在對硬件加載．out可執行文件后打開(kāi)IE瀏覽器，在地址欄輸入設置好的IP。刷新即可以看到IE瀏覽器顯示出的經(jīng)TMS320DM642壓縮處理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送給PC機的視頻圖像。

　　在傳送CIF分辨率的壓縮圖像數據(352x288，25幀／s)時(shí)，CCS中顯示TMS320DM642的CPU占用率為88％～96％，壓縮比為40時(shí)，網(wǎng)絡(luò )數據速率約為380 kb／s，圖像幀數為23幀，顯示出來(lái)基本上是實(shí)時(shí)圖像。

　　5 結束語(yǔ)

　　本文介紹了針對煤炭質(zhì)量檢測實(shí)際應用設計一個(gè)具備網(wǎng)絡(luò )傳輸功能的多路圖像監控系統，以DSP處理器TMS320DM642為核心，并在CCS開(kāi)發(fā)平臺應用NDK網(wǎng)絡(luò )組件開(kāi)發(fā)系統，實(shí)現圖像的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )傳輸。