基于DSP的手勢識別電視遙控器設計

　　由于傳統電視機遙控器的按鍵操作比較機械且缺乏娛樂(lè )性，設計了一種以DSP2812為核心的手勢識別算法。通過(guò)將用戶(hù)手勢運動(dòng)的信息轉換成相應的紅外信號，從而實(shí)現手勢遙控電視機更換頻道和調節音量的目的。該系統主要由雙端口RAM通信的雙DSP并行處理器、CMOS數字攝像頭、紅外遙控模塊、上位機調試軟件和以太網(wǎng)通信模塊組成。實(shí)驗測試表明，該系統能夠實(shí)現用戶(hù)手勢圖像的采集、手勢動(dòng)作的識別、紅外遙控及以太網(wǎng)通信功能。

　　傳統電視機遙控器是一種按鍵操控方式，其操作比較機械且缺乏娛樂(lè )性。本文提出一種采用直接判斷使用者手部動(dòng)作的方法遙控電視機，使用者在攝像頭拍攝范圍內按照規定的擺放方式移動(dòng)手部，就能夠遙控電視機進(jìn)行音量增減或頻道變換等操作。設計使人們對電視機的遙控操作更加便捷、人性化，豐富大眾的日常生活。

　　1系統設計方案

　　手勢識別電視機遙控器是集合圖像采集、手勢識別和紅外遙控三大主要功能的控制裝置。依據要實(shí)現的采集圖像能力和DSP處理視頻流能力的功能要求，確定系統結構如圖1所示。

　　圖1手勢識別電視遙控器系統結構

　　本系統采用了雙DSP共同工作的方式，主要由六個(gè)模塊組成。

　　1)攝像頭模塊：由攝像頭OV7620及驅動(dòng)電路組成，負責手勢圖像采集。

　　2) DSP1：核心是TMS320F2812，負責對圖像采集及預處理，與上位機網(wǎng)絡(luò )通信和用戶(hù)按鍵信息的輸入。

　　3)上位機：顯示實(shí)時(shí)采集的圖像，圖像處理結果和調試參數等。

　　4)雙端口RAM模塊：實(shí)現兩個(gè)DSP之間的高效數據通信。

　　5) DSP2：負責提取手勢圖像特征和向紅外遙控模塊發(fā)送指令。它從雙端口RAM獲取圖像數據，從圖像中提取有用的特征，并將判斷結果轉換成相應的遙控指令。

　　6)紅外遙控模塊：負責學(xué)習電視機配套遙控器的紅外遙控指令，將其放入指定的存儲空間中。在DSP2給出發(fā)射指令時(shí)，查詢(xún)存儲空間，獲取對應的紅外指令并發(fā)射。

　　2系統硬件設計

　　2. 1雙DSP處理器及內存空間設計

　　本設計使用雙TMS320F2812的DSP進(jìn)行圖像采集、圖像處理并且實(shí)現紅外遙控和網(wǎng)絡(luò )通信等功能。這樣可以滿(mǎn)足并行圖像處理能力和快速響應的速度要求，同時(shí)兩個(gè)DSP擴展了512 K×16位的RAM空間，以滿(mǎn)足圖像處理的空間要求。

　　為了實(shí)現雙DSP之間的通信，系統采用Cypress公司的一款64 K×16位的雙端口RAM芯片CY7C028搭建一個(gè)數據通道。DSP1把采集到的圖像通過(guò)時(shí)間控制有規律寫(xiě)入數據通道中，DSP2從數據通道中提取圖像數據存放到自己的RAM中，然后進(jìn)行相關(guān)的圖像處理。在設計工作狀態(tài)時(shí)，使用雙端口中斷判優(yōu)方式，數據傳遞采用握手的通信模式。當DSP1向雙端口RAM中寫(xiě)完數據之后，通過(guò)中斷握手的方式，通知DSP2讀取數據。DSP2要求數據時(shí)，也會(huì )以同樣的方式通知DSP1，從而實(shí)現雙DSP高速有規律地數據傳遞。雙端口RAM與兩個(gè)DSP之間的硬件連接如圖2所示。

　　圖2雙端口RAM與雙DSP的硬件連接圖

　　2. 2圖像采集電路設計

　　本系統直接使用DSP1通過(guò)外部中斷NMI和INT2，分別同步攝像頭OV7620的VSN和HREF信號，同時(shí)通過(guò)綁定DSP的8根I /O線(xiàn)同步讀取圖像到DSP內存中，從而實(shí)現了系統的圖像采集工作。為了讓DSP的時(shí)鐘頻率與OV7620的時(shí)鐘頻率匹配，必須要降低攝像頭的輸出時(shí)鐘頻率。對攝像頭OV7620內部的寄存器進(jìn)行設置，達到減慢數據傳輸速度的目的。OV7620模塊與DSP1的硬件連接和OV7620的同步讀取時(shí)序分別如圖3和圖4所示。

　　圖3藍牙發(fā)送模塊接口電路

　　圖4 OV7620同步讀取時(shí)序圖

　　通過(guò)時(shí)序圖可知，DSP先捕獲攝像頭的場(chǎng)中斷信號，準備好存儲一幀圖像的數組。然后，DSP等待HREF行中斷信號。最后，在行中斷中判斷PCLK信號，當PCLK處于高電平時(shí)，DSP讀取該像素值。為了在不丟失手勢特征信息的前提下采集盡量小的圖像，DSP采集視野中間隔行的100×100大小的圖像，存放在100×100的數組中。通過(guò)修改讀取程序可以改變采集圖像的大小。

　　2. 3內存及DSP網(wǎng)絡(luò )通信設計

　　本系統采用RTL8019AS與DSP1通過(guò)連接對應的地址數據總線(xiàn)，設置片選信號，實(shí)現DSP的以太網(wǎng)通信。RTL8019AS與DSP1的硬件連接如圖5所示。

　　RTL8019AS內部有兩塊RAM區，一塊16 K字節，地址為0×4000～0×7FFF;一塊32個(gè)字節，地址為0×0000～0×001F.RAM按每256字節為一頁(yè)存儲。一般將RAM前12頁(yè)(即0×4000～0×4BFF)存儲區作為發(fā)送緩沖區;后52頁(yè)(即0×4C00～0×7FFF)存儲區作為接收緩沖區。第0頁(yè)只有32字節(地址為0×0000～0×001F)，用于存儲以太網(wǎng)物理地址。要接收和發(fā)送數據包就必須通過(guò)DMA讀寫(xiě)RTL8019AS內部的16KB RAM.

　　圖5 RTL8019AS與DSP1硬件連接圖