基于TMS320C6455的視頻動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

摘要：介紹一種基于高速DSP芯片TMS320C6455構(gòu)建的視頻動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)裝置，有效地利用6455的大容量?jī)?nèi)存空間等特點(diǎn)，采用EDMA功能實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠古揖彌_結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)是基于背景更新的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法，測(cè)試結(jié)果證明該裝置功能完備，實(shí)時(shí)性好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，在實(shí)時(shí)監(jiān)控等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)；背景更新；TMS320C6455；SAA7113H

視頻動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤技術(shù)是當(dāng)今世界重要的研究課題，它涉及圖像處理、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等學(xué)科，廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的各個(gè)方面：預(yù)警、火控、制導(dǎo)等；在民用領(lǐng)域的應(yīng)用也隨著該技術(shù)的日益成熟，以及成本的大幅度下降而逐漸得到越來(lái)越廣泛的推廣。
所謂視頻動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)裝置是一個(gè)可以完成標(biāo)準(zhǔn)制式視頻圖像的采集和處理，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與跟蹤的智能圖像處理系統(tǒng)，這類系統(tǒng)具有運(yùn)行復(fù)雜靈活的算法以及處理大數(shù)據(jù)量視頻圖像的能力，還要求系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性，同時(shí)體積、功耗、穩(wěn)定性等也有較嚴(yán)格的要求。本文從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，采用TI公司的TMS320C6455高速DSP芯片，以FPGA、SAA7113H等高集成度的外圍電路構(gòu)建了一種滿足實(shí)時(shí)性要求的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)裝置，該裝置體積小、功耗低，在實(shí)時(shí)監(jiān)控等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1 TMS320C6455簡(jiǎn)介
TMS3206455是TI公司推出的最新高速DSP，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)上采用了Veloei(VLIW：Very Long Instruction Word)超長(zhǎng)指令字內(nèi)核結(jié)構(gòu)，最高時(shí)鐘頻率為1．2 GHz，每個(gè)周期可以同時(shí)執(zhí)行8條32 bit的指令，16位定點(diǎn)處理能力可達(dá)到9 600 MIPS／MMACS(16-bits)。片內(nèi)采用2級(jí)高速緩存結(jié)構(gòu)，其中L2有2 096 K字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)空間可供使用，6455還具有強(qiáng)大的外部存儲(chǔ)器接口EMIF，可以連接DDR2等高速外部存儲(chǔ)器，同時(shí)集成了高速串行接口SRIO，方便多DSP以及DSP與FPGA之間的數(shù)據(jù)傳輸。這些都可以滿足圖像處理算法產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)對(duì)高速交換空間的需求，非常適合作為這類算法的硬件處理平臺(tái)。
1．2 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)的硬件組成是基于TMS3206455構(gòu)成的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，輸入模擬視頻信號(hào)經(jīng)圖像解碼器SAA7113H將其解碼為422YUV(CCIR-656)格式碼流，并傳送至FPGA進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。TMS3206455通過(guò)EDMA方式從FPGA中實(shí)時(shí)采集數(shù)字圖像，可以緩存在DSP內(nèi)部或通過(guò)EDMA方式存入DDR2中，DSP程序根據(jù)算法提取出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)并進(jìn)行跟蹤。另外系統(tǒng)還利用FPGA和SAA7121H視頻編碼芯片實(shí)現(xiàn)了字符的疊加顯示功能，可程控字符、十字絲和目標(biāo)提示框等一系列提示信息的直觀實(shí)時(shí)顯示。其硬件總體框圖如圖1所示。

1．3 視頻采集
視頻采集芯片選擇Philips公司的視頻解碼SAA7113H，該芯片的主要作用是把輸入的模擬視頻信號(hào)解碼成標(biāo)準(zhǔn)的VPO數(shù)字信號(hào)，相當(dāng)于視頻A／D器件，由DSP通過(guò)I2C總線接口對(duì)SAA7113H進(jìn)行初始化設(shè)置，輸出YUV422格式的數(shù)字圖像，每幀720x625個(gè)像素。
TMS3206455提供有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C接口，可以直接控制本地的外圍器件(如A／D、D／A等)，兼容Philips公司的2．1版本I2C規(guī)范，快速模式的通訊速率可達(dá)400 Kbps，并且支持7位和10位的設(shè)備地址模式。SAA7113H、SAA7121H的硬件配置如圖2所示。

標(biāo)準(zhǔn)的視頻制式有3種：PAL、NTSC和SE-CAM，都采用隔行掃描技術(shù)，一幀圖像傳送兩次，分別為奇場(chǎng)圖像和偶場(chǎng)圖像。SAA7113H的輸出也是隔行掃描圖像，一般在圖像檢測(cè)處理系統(tǒng)中，只需要采集圖像中間的512x256像素，邊緣像素?cái)?shù)據(jù)可以忽略。即在行有效時(shí)，取中間的512個(gè)像素的數(shù)據(jù)，在奇、偶場(chǎng)圖像分別取中間的256行像素?cái)?shù)據(jù)作為場(chǎng)圖像。為了提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)裝置在處理過(guò)程中采用按場(chǎng)處理(50 Hz)的方式，即在20 ms時(shí)間內(nèi)完成對(duì)的一場(chǎng)隔行圖像的處理，提高輸出信息的實(shí)時(shí)性。