畢業(yè)論文--基于dspbios的圖像采集處理平臺軟件設計

1、<p><b>　　編號： 　　　</b></p><p>　　本科畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　題目：（中文）基于DSP/BIOS的圖像采集處理平臺軟件設計</p><p>　?。ㄓ⑽模㏕he Software Design of the Image Collection and Process Platform Based

2、 on DSP/BIOS</p><p>　　學 院 信息科學與工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 通信工程 </p><p>　　班 級 通信092班 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　【摘 要

3、】隨著視頻圖像采集處理系統(tǒng)在智慧城市，安全監(jiān)控等領域應用日趨發(fā)展，這對視頻采集處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量，處理實時性，性價比提出了更高的要求。本系統(tǒng)采用TMS320DM6437 DSP芯片為處理器構建了圖像采集處理系統(tǒng)軟件平臺。系統(tǒng)的總體功能可劃分為四個相對獨立的線程：視頻采集任務、視頻算法處理任務、數(shù)據(jù)通信任務和人機交互任務，這些任務在TI自帶的實時操作系統(tǒng)DSP/BIOS的調度機制下按照事先配置好的優(yōu)先級進行調度,并且通過信號燈、消息郵箱

4、等實現(xiàn)任務間的同步和通訊,從而改善系統(tǒng)資源利用率。本系統(tǒng)最終實現(xiàn)了多種圖像處理算法的移植，并且與PC能實時數(shù)據(jù)通信，人機交互界面合理；整個軟件平臺運行平穩(wěn)，實時性較高。</p><p>　　【關鍵詞】DSP/BIOS；圖像處理平臺；線程調度</p><p>　　The Software Design of The Image Collection Process Platform Base

5、d on DSP/BIOS</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　【Abstract】With the development of the image collection process system in smart cities, security monitoring and so on, this phenomenon

6、put forward the image process system in Data throughput, Processing real-time and Cost-effective higher requirements. The system uses the TMS320DM6437 DSP chip as the processor to build the software platform of image col

7、lection process system. The allover function of system can be divided into four relatively independent tasks, tasks of image collection, image pro</p><p>　　【KeyWords】DSP/BIOS; Image process platform; Thread

8、scheduling</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　目 錄IV</b></p><p><b>　　1

9、緒論1</b></p><p>　　1.1實時圖像處理平臺設計的意義1</p><p>　　1.2實時圖像采集處理研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3實時圖像采集處理發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.4本課題研究的基本內容和擬解決的問題2</p><p>　　1.5本文章節(jié)安排3&

10、lt;/p><p>　　2圖像采集處理開發(fā)環(huán)境4</p><p>　　2.1系統(tǒng)硬件開發(fā)環(huán)境4</p><p>　　2.1.1DEC6437開發(fā)板4</p><p>　　2.1.2TMS320DM6437處理器5</p><p>　　2.2系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境7</p><p>　　

11、2.2.1集成開發(fā)環(huán)境(CCS)7</p><p>　　2.2.2實時操作系統(tǒng)（DSP/BIOS）9</p><p>　　3基于BIOS的軟件架構設計13</p><p>　　3.1圖像采集處理平臺總體設計13</p><p>　　3.2系統(tǒng)軟件總體流程圖14</p><p>　　3.3視頻采集回

12、放模塊16</p><p>　　3.3.1視頻輸入16</p><p>　　3.3.2視頻輸出17</p><p>　　3.4線程間同步和通信模塊17</p><p>　　3.5PC與DSP的UART通信模塊19</p><p>　　3.6人機交互模塊19</p><p>

13、　　4軟件平臺上常見算法的移植21</p><p>　　4.1圖像閾值算法移植21</p><p>　　4.1.1大津算法移植21</p><p>　　4.2圖像增強算法移植22</p><p>　　4.2.1單直方圖算法移植22</p><p>　　4.2.2雙直方圖算法移植24</p&

14、gt;<p>　　4.3邊沿檢測算法移植24</p><p>　　4.3.1Sobel算法移植實現(xiàn)25</p><p>　　4.3.2Laplacian 算法移植實現(xiàn)25</p><p>　　4.4圖像濾波算法移植26</p><p>　　4.4.1滑動平均算法移植實現(xiàn)26</p><p&

15、gt;　　5軟件平臺調試結果及分析27</p><p>　　5.1PC與DM6437通信結果27</p><p>　　5.2多線程通信及同步結果28</p><p>　　5.3平臺上算法處理效果及人機顯示28</p><p>　　5.4軟件平臺總體分析34</p><p>　　6總結與展望35&

16、lt;/p><p><b>　　參考文獻36</b></p><p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　實時圖像處理平臺設計的意義</p><p>　　隨著信息社會的發(fā)展，視頻圖像采集處理系統(tǒng)在遠

17、程控制，智慧城市，安防監(jiān)控等領域應用越來越廣泛。實時視頻圖像信息的獲取對于系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)至關重要，而且視頻圖像數(shù)據(jù)流量大，帶寬要求高。因此大吞吐率，高實時性的視頻圖像處理系統(tǒng)設計十分重要。由于視頻圖像的連續(xù)性，數(shù)據(jù)吞吐量很大；因此改善系統(tǒng)的實時處理能力，對于系統(tǒng)采用的硬件性能和軟件處理能力有很高要求。嵌入式實時處理系統(tǒng)具有實時性高、體積小、成本低、算法移植簡單等特點[]。因此這類嵌入式實時圖像處理系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為主流的發(fā)展方向。<

18、/p><p>　　對于這類實時性要求高的視頻圖像處理系統(tǒng)不能采用基于通用操作系統(tǒng)的平臺。由此提出了實時操作系統(tǒng)，簡稱RTOS，它不僅擁有如定時器、IO等通用常見外設，而且滿足系統(tǒng)中各個任務的實時性要求，合理配置任務優(yōu)先級，保證實時任務之間復雜的關聯(lián)和同步關系，解決了由實時性帶來的共享資源的獨占、執(zhí)行順序靈活等要求。RTOS的資源配置方案（互斥信號量，消息郵箱等）都是為了爭奪資源(包括CPU、內存等)的多個即時任務合理

19、地分配資源，使各個實時線程在最差的情況下都能滿足任務的即時性設計需求[]。</p><p>　　DSP/BIOS是由TI公司提供的嵌入式實時操作系統(tǒng)，并在CCS軟件環(huán)境中集成。DSP/BIOS繼承了通用嵌入式OS的功能，如任務的分配，中斷優(yōu)先級及其管理，任務間的同步和通信，內存共享分配等。開發(fā)者可以對實時性要求高的系統(tǒng)，編寫復雜的多線程程序，并且CPU占用少和內存資源利用率高，開發(fā)界面人性化，十分方便調試使用。D

20、SP/BIOS是一個可用于任務的即時調度、同步，主機和目標機通信，以及即時分析系統(tǒng)上的一個可縮減的實時內核，支持搶占式的多線程調度，可實時觀測任務調度狀態(tài)信息，實時分析和樹狀圖配置系統(tǒng)參數(shù)工具等，對硬件中斷響應及時，且中斷源豐富，同時提供標準的API接口和豐富的芯片支持庫（CSL），十分方便開發(fā)者的使用。</p><p>　　實時圖像采集處理研究現(xiàn)狀</p><p>　　在嵌入式視頻圖像實

21、時處理平臺設計領域，國外相對比較成熟，國內由于嵌入式起步比較晚，對于這種嵌入式完整平臺相對缺乏[]。國外已掌握采用嵌入式系統(tǒng)的方式進行視頻圖像的實時采集與處理，可以完全脫離通用PC機工作，其優(yōu)勢在于可以通過專門的DSP來完成對圖像數(shù)據(jù)的處理計算，同時利用高速的傳輸協(xié)議和新型接口技術來改善圖像數(shù)據(jù)的吞吐率，因此適用于視頻圖像實時性要求相對高的領域。</p><p>　　國內現(xiàn)有的基于Windows等通用操作系統(tǒng)的實

22、時圖像采集處理系統(tǒng)很成熟，但是由于這種系統(tǒng)在實際應用中體型大、成本高，不能批量化生產(chǎn)，而且對于算法的靈活應用和修改較為復雜。國內現(xiàn)有基于Windows OS的視頻圖像采集系統(tǒng)的平臺都是基于國外平臺技術，不能保證系統(tǒng)的開發(fā)使用的安全性和可靠性，尤其在某些特殊領域，如遠程監(jiān)控、海事監(jiān)測等，迫切需要具有我們自主產(chǎn)權和創(chuàng)新性的嵌入式軟件開發(fā)平臺[]。</p><p>　　DSP技術是視頻圖像算法處理實現(xiàn)的關鍵技術，它以D

23、SP理論、視頻圖像處理算法為依據(jù)，將數(shù)字信號處理算法移植到DSP上。視頻圖像處理絕大多數(shù)運用專門的DSP。在過去幾年里，數(shù)字信號處理器憑借其獨特的算法處理模式，擁有計算速度快、體積小、高性價比，功耗低等特點，已經(jīng)在電子通信，視頻圖像處理等領域得到極大的推廣。</p><p>　　實時圖像采集處理發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著嵌入式技術發(fā)展，實時圖像處理系統(tǒng)通過多線程調度增強處理器運算能

24、力不斷提高系統(tǒng)實時性、資源利用率、系統(tǒng)穩(wěn)定性，進一步通過完善數(shù)據(jù)傳輸接口方式提高圖像數(shù)據(jù)傳輸量和吞吐率。通過增加按鍵功能和友好的圖形顯示界面來增強人機交互功能，并且降低系統(tǒng)成本，減小系統(tǒng)硬件體積[]。</p><p>　　當今嵌入式視頻圖像處理都朝著以DSP為處理器的方向發(fā)展，DSP就因其特殊的數(shù)字信號處理能力（集成MAC，F(xiàn)FT等模塊）能夠針對性滿足視頻圖像處理的需求。圖像視頻處理也將會得到廣泛應用，尤其在智能

25、交通、智慧城市、安防監(jiān)控等領域有著很大的需求量。因此，以DSP芯片為核心的視頻圖像信號采集處理平臺滿足當今視頻圖像工業(yè)中的需求。</p><p>　　因此，本課題以視頻圖像處理器TMS320DM6437作為該軟件平臺的硬件支撐，有利于在視頻圖像實時采集處理設計的深入發(fā)展。</p><p>　　本課題研究的基本內容和擬解決的問題</p><p>　　本系統(tǒng)設計采用TI

26、自帶實時操作系統(tǒng)DSP/BIOS，通過對任務劃分，多任務調度從而搭建圖像采集處理平臺，移植常見圖像處理算法，最后設計相關上下位機，將圖像信息實時傳到PC機，并且可以通過PC控制DSP平臺，最終對整個系統(tǒng)進行功能測試與結果分析。</p><p><b>　　本課題預解決問題：</b></p><p>　　熟悉DM6437硬件平臺及軟件開發(fā)環(huán)境，搭建完整的視頻采集回放回路

27、；</p><p>　　實現(xiàn)對圖像視覺效果增強，視頻圖像滑動濾波，圖像邊沿檢測等常見圖像處理算法的移植；</p><p>　　實現(xiàn)DSP與PC機通信，PC控制DM6437，DM6437傳回數(shù)據(jù)；</p><p>　　人機交互界面設計，實現(xiàn)鍵盤控制，LCD和視頻顯示等功能；</p><p>　　整機調試，在DSP/BIOS下多線程劃分、調度，實

28、現(xiàn)任務間的同步和變量傳遞。</p><p><b>　　本文章節(jié)安排</b></p><p>　　介紹了實時圖像采集處理平臺軟件設計的國內外研究背景，同時闡述了DSP作為圖像采集處理最佳處理器，深入詮釋本課題研究的實際意義，最后介紹了本課題研究的基本內容和預解決的問題。</p><p>　　主要介紹硬件總體資源和軟件開發(fā)環(huán)境兩方面，其中包括TM

29、S320DM6437和CCS3.3開發(fā)環(huán)境，論證本系統(tǒng)設計基礎和可行性。</p><p>　　描述了系統(tǒng)的總體程序流程圖，并分視頻采集回放，任務調度，UART通信以及人機交互四個模塊逐一闡述其功能及其實現(xiàn)方式。</p><p>　　分析了在本軟件平臺上實現(xiàn)的幾種視頻圖像處理算法。</p><p>　　第五章展示了系統(tǒng)調試的最終效果及對結果進行評價，著重展示圖像算法處

30、理后的效果LCD顯示，多算法切換效果等。</p><p>　　圖像采集處理開發(fā)環(huán)境</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件開發(fā)環(huán)境</b></p><p>　　本課題所設計的圖像采集處理平臺主要在CCD攝像頭、DEC6437開發(fā)板、仿真器、顯示器、USB轉串口線和PC等搭建的硬件平臺上，仿真器硬件設備是SEED-XDS510PLUS，由于此平臺的

31、RTOS調試，算法移植都是在集成開發(fā)軟件CCS3.3下設計完成的，CCS需要在PC中運行，并且調試UART時，需要在PC觀察上位機軟件，接受和發(fā)送狀態(tài)。本像采集處理平臺設計過程中采用的計算機是Windows操作系統(tǒng)版本為 Windows 7， CCD攝像頭采用的是PNT-698彩色攝像頭，數(shù)據(jù)格式為PAL，分辨率為 ；視頻數(shù)據(jù)處理環(huán)境為SEED-DEC6437；視頻顯示采用720*576彩色屏幕，LCD采用240X128點陣顯示。圖像采

32、集處理平臺的硬件如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 圖像采集處理硬件開發(fā)環(huán)境照片</p><p>　　DEC6437開發(fā)板</p><p>　　DEC6437是一款合眾達公司專為各種視頻圖像處理應用而開發(fā)的獨立的模塊，片上處理器32Bit Fixed DSP處理器TMS320DM6437，其工作主頻高達0.7GHz，CPU處理性能可達56BIPS，可以實

33、現(xiàn)多路數(shù)字視頻圖像實時編解碼或算法處理，例如H.264等；提供了多路視頻和音頻接口：其中含2路標準的音頻輸入和輸出，Microphone輸入和立體聲輸入輸出；1路PAL格式模擬視頻輸入，1路PAL格式模擬視頻輸出和1路S-Dub視頻輸出接口，2路RS485/RS232異步串行接口；還有方便視頻傳輸?shù)臉藴实?0M或100M Ethernet接口。</p><p>　　TMS320DM6437處理器</p>

34、;<p>　　TMS320DM6437是視頻圖像采集處理平臺所采用帶達芬奇技術的處理器，該處理器采用哈佛結構，多條總線，集成乘累加模塊，專門為高性價比的視頻處理應用而開發(fā)的DSP芯片。TMS320DM6437數(shù)字媒體處理器功能強大，能夠支持高解析度的視頻編碼，而且具有以太網(wǎng)控制模塊，能實現(xiàn)將完整的音頻和視頻與互聯(lián)網(wǎng)相連，例如IP網(wǎng)絡視頻攝像頭，而其將會降低功耗，減小總體成本。</p><p>　　D

35、M6437采用TI第3代VLIW結構，優(yōu)化代碼大小，還采用了2級Cache存儲器體系結構，多總線（一條程序總線，兩條數(shù)據(jù)總線），使得峰值處理能力高達56BIPS，而且DM6437上配置了DDR2控制器，多個外部擴展存儲接口和豐富的片上外設，其中包括專門用于PAL格式的視頻圖像數(shù)據(jù)輸入通道的接口，還提供了視頻圖像的預處理功能硬件模塊；同時不僅配置了多種標準的模擬視頻圖像和數(shù)字輸出接口。</p><p>　　DM64

36、37內置EDMA控制器，可以在沒有CPU分配資源的情況下，后臺單獨完成將視頻圖像數(shù)據(jù)搬運到片內RAM中完成數(shù)據(jù)傳輸。這些數(shù)據(jù)的傳輸可以發(fā)生在RAM與ROM之間，是在不占用CPU資源而后臺操作進行的，大大節(jié)省由于數(shù)據(jù)傳輸帶來的時間延時和資源浪費。EDMA控制器具有很高的吞吐率，可以以系統(tǒng)CLK的速度進行數(shù)據(jù)吞吐。并且可以控制多個數(shù)據(jù)通道，各個EDMA控制器可以控制6個獨立通道的傳輸。每個通道完成一塊數(shù)據(jù)傳送，都將自動恢復，通道會自動為下一

37、個數(shù)據(jù)塊的傳送做好準備，每一次數(shù)據(jù)塊的傳輸都能通過中斷反饋來了解傳輸狀態(tài)，是否出現(xiàn)異常，或對傳輸一幀數(shù)據(jù)后做出相應的中斷操作。</p><p>　　TMS320DM6437擁有2路多通道緩沖串口（McBSP），McBSP是一種多功能的同步串口標準，可通過配置相應寄存器，將其設為多種同步串行接口標準，直接與相關器件高速通信，其特點有可雙向通訊，接受發(fā)送FIFO分開，允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流，獨立的收發(fā)幀同步和時鐘信號，最多

38、可配置128路發(fā)送通道與8路接收口。兩路McBSP都由發(fā)送器和接收器組成，其均有3個信號：Bit - Clock、Frame SYN和Serial Data。TMS320DM6437上常用于通信和音頻數(shù)據(jù)傳輸。本圖像采集處理軟件平臺中利用同步串口實現(xiàn)了TMS320DM6437處理器和TMS320C5402控制器的異步通信，實現(xiàn)框圖見下圖2-2。</p><p>　　圖2-2 MCBSP通信功能框圖</p&g

39、t;<p>　　由上述所知，TMS320DM6437是非常適合于作為視頻圖像處理應用系統(tǒng)的處理器。DM6437處理器上搭載了專門用于視頻圖像處理過程IN/OUT接口，對應的系統(tǒng)稱為視頻處理子系統(tǒng)（VPSS）。該處理器的視頻處理子系統(tǒng)主要可以分為指視頻采集前端（VPFE）和視頻處理后端（VPBE），主要作用是采集輸入的視頻圖像數(shù)據(jù)，允許輸入標準格式的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，并能夠在對數(shù)字視頻圖像數(shù)據(jù)進入處理器內存前做一些相關的視頻圖像

40、預處理。VPBE主要作用是實時輸出數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，在顯示器上能夠實時顯示處理過后的視頻圖像現(xiàn)象。</p><p>　　下面給出了TMS320DM6437數(shù)字媒體專用處理器的功能結構示意圖見圖2-3：</p><p>　　圖2-3 TMS320DM6437功能框圖</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境</b></p><

41、p>　　集成開發(fā)環(huán)境(CCS)</p><p>　　CCS（Code Composer Studio）是德州儀器為更好的應用于DSP而開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境。CCS中我們很容易入門對DSP軟件進行設計、編寫代碼，調試程序和分析程序性能等。 CCS的主要優(yōu)點在于開發(fā)人員可以在Windows下利用CCS開發(fā)DSP應用程序，在多圖形窗口畫面下，有利于程序調試和數(shù)據(jù)狀態(tài)觀察，從而改善了對DSP系統(tǒng)程序的編寫環(huán)境以及縮減

42、軟件開發(fā)時間。</p><p>　　CCS內部集成了許多功能，主要包括以下幾個方面：</p><p>　　基礎調試程序功能，優(yōu)化編譯器和連接器，生成可執(zhí)行代碼即下載文件（.out）；</p><p>　　在開發(fā)軟件代碼編寫中，可直接利用C、 ASM等語言代碼編寫.C、. H和CMD等程序文件；</p><p>　　集成調試工具，以窗口形式即時

43、調出MEMORY、變量數(shù)值等供用戶觀察；</p><p>　　斷點工具，包括各種形式POINT，如硬件斷點，條件斷點以及數(shù)據(jù)空間讀/寫斷點等；</p><p>　　探針工具，主要用于算法優(yōu)化模擬，數(shù)據(jù)實時觀察等；</p><p>　　提供相應的GEL工具，開發(fā)者根據(jù)設計要求，實現(xiàn)自主方案的控制菜單，以便于配置系統(tǒng)參數(shù)和記錄數(shù)據(jù)；</p><p&g

44、t;　　數(shù)據(jù)的波形顯示工具，可繪制Time / frequency波形、幅頻特性等，并且支持多種方式,可自動刷新；</p><p>　　提供DSP/BIOS樹狀配置方式和監(jiān)測工具，十分方便配置線程的優(yōu)先級、同步通信及中斷管理服務，增強對程序的實時分析能力，從而減少了用戶對硬件熟悉程度的依賴行[]。</p><p>　　由以上介紹可知CCS功能齊全，有利于開發(fā)人員對于DSP系統(tǒng)的開發(fā)。CCS

45、3.3的開發(fā)軟件界面如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 CCS集成開發(fā)環(huán)境</p><p>　　此外，CCS還提供了三種工作模式：</p><p>　　1、軟件仿真器模式：不使用DSP芯片，在PC機上仿真DSP三級流水線與工作環(huán)境等工作方式，主要應用于前期算法的調試與參數(shù)調整。</p><p>　　2、硬件在線編程模式：PC仿真環(huán)

46、境與通過仿真器與DSP連接，程序完全是在處理上運行，但是運行參數(shù)和狀態(tài)，傳回PC開發(fā)環(huán)境中供調試使用。</p><p>　　3、Flash上電引導模式：脫離PC，系統(tǒng)上電后，程序可以從flash加載到DM6437內部或外部的高速RAM映射過程。</p><p>　　本圖像采集處理平臺課題研究中所采用的CCS集成開發(fā)環(huán)境版本是CCS3.3。</p><p>　　實時操

47、作系統(tǒng)（DSP/BIOS）</p><p>　　在圖像采集處理系統(tǒng)的設計過程中采用了TI開發(fā)在CCS中集成的實時操作系統(tǒng) DSP/BIOS。BIOS是一個可擴充可裁剪的RTOS，主要可以分成三部分：分片實時內核、實時評測工具（RTDX）和芯片自帶庫（CSL）。DSP/BIOS內核是一個200Bit到4KB之間的可縮減的軟件框架，該內核支持對多線程的實時調度。DSP/BIOS線程的分配和調度很直觀，例如可將已有的視

48、頻圖像處理算法、數(shù)字信號處理算法等經(jīng)過移植作為TSK劃分為一個線程；CSL主要用于實現(xiàn)封裝外設寄存器初始化代碼，以及分配外設資源；同時在調試運行過程中，可以隨時調用實時分析工具觀察程序運行狀態(tài)和參數(shù)變化，分析各個線程間實時運行情況。合理利用RTOS開發(fā)程序，不僅確保系統(tǒng)即時性要求，同時很大程度改善設計復雜多樣程序的周期。</p><p>　　利用RTOS的DSP應用程序開發(fā)與傳統(tǒng)的DSP應用系統(tǒng)開發(fā)過程相比較，主

49、要擁有三方面的優(yōu)越之處：</p><p>　　傳統(tǒng)的DSP是線性程序，程序執(zhí)行只能按唯一的順序，缺乏動態(tài)性，所設計系統(tǒng)如果復雜給設計帶來很大的不便，而且各個線程或任務執(zhí)行次序固定，閱讀性差，如需對已有程序進行擴展，需事先了解整個程序的框架，這對程度的維護和調試帶來不便。然而RTOS的進程間切換十分靈活，可在程序運行過程中根據(jù)設計要求動態(tài)地改變執(zhí)行結構。同時程序以獨立的線程形式編寫，各線程功能互相獨立，影響較小，可

50、以分開調試，給程序的擴展維護帶來很大的方便。 </p><p>　　傳統(tǒng)的DSP通常在main函數(shù)中對系統(tǒng)初始化后跳入while（1）死循環(huán)，在數(shù)據(jù)異?；蛲獠垮e誤中斷，程度就會跑飛，只能依靠看門狗等操作進行硬件復位，重啟系統(tǒng)。但對于BIOS管理的系統(tǒng)，遇到干擾時只是引起若干線程間運行異常，不會進入死循環(huán)狀態(tài)，另外多線程間的調度可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的修復。</p><p>　　傳統(tǒng)DSP采用單一匯

51、編語言或單一的C語言，這樣不利于系統(tǒng)開發(fā)。DSP/BIOS系統(tǒng)中開發(fā)都采用C語言代碼和匯編語言代碼混合組成的。在對于BIOS系統(tǒng)起重要作用的關鍵模塊功能中，往往采用高度優(yōu)化的匯編代碼，有利于程序的執(zhí)行效率；在編寫算法時，一般使用C語言的形式來編寫，這樣有利于程序的閱讀性和修改方便。</p><p>　　在本圖像采集處理系統(tǒng)設計過程中，工程中的MPOS.tcf為BIOS配置文件，包括對內存分配，中斷優(yōu)先級，任務配置

52、，線程間同步，資源共享等。圖2-5為DSP/BIOS樹狀配置圖：</p><p>　　圖2-5 DSP/BIOS樹狀配置圖</p><p>　　DSP/BIOS內包括常見嵌入式通用庫和API。DSP/BIOS即時庫包括搶占式多線程調度、任務通信及同步、中斷優(yōu)先級配置、I/O服務和存儲器內存管理。DSP/BIOS API由十幾個模塊組成，每個模塊都已經(jīng)用函數(shù)封裝好，用戶可以十分便捷調用。DS

53、P/BIOS根據(jù)功能可分為四個主要模塊，見表2-1所示，這些模塊具體參數(shù)需要根據(jù)實際的系統(tǒng)設計要求和硬件系統(tǒng)來設置。</p><p>　　表2-1 DSP/BIOS功能模塊劃分</p><p>　　DSP/BIOS 確保4種線程可運行，在線程間允許通信和同步，并且使能高優(yōu)先級線程搶占低優(yōu)先級線程：</p><p>　　硬件中斷（HWI）: 頻率可達0.2MHz（5u

54、s），處理時限需小于0.1ms，硬件中斷無優(yōu)先級，允許多級中斷嵌套，只要有中斷到來，都會進行立即響應。除非在進入中斷服務程序時關閉硬件中斷，退出時開啟中斷，可以防止其他硬件中斷打斷服務程序。</p><p>　　軟件中斷（SWI）:時限在0.1ms以上，可以將HWI中一些不重要或時序長的處理放入SWI以便于滿足實時性的要求，這樣可以由于硬件中斷頻繁，導致長時間駐留中斷服務程序中。SWI不允許被阻塞，所需的資源必須

55、在執(zhí)行前已經(jīng)準備就緒，但是可以被高優(yōu)先級打斷。</p><p>　　任務(TSK)：任務與軟中斷相似，但是任務時間限制更寬松，而且任務可以被阻塞，可以等待資源準備就緒后再次執(zhí)行。DSP/BIOS為實現(xiàn)任務間更好的同步和通訊，內含集中操作系統(tǒng)通信機制包括消息隊列（QUE）、信號量 (SEM)和消息郵箱(Mailbox)。</p><p>　　后臺線程（IDL）： MAIN->IDL_L

56、OOP: 運行那些沒有執(zhí)行期限的函數(shù)，如監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，或執(zhí)行后臺操作。</p><p>　　在OS的任務通信機制中互斥信號量、信號燈、信號郵箱經(jīng)常被用到，用于在競爭的任務間實現(xiàn)對資源的獨占和共享。DSP/BIOS中SEM是實現(xiàn)任務間同步一種機制，既可以實現(xiàn)任務同步，又實現(xiàn)互斥訪問。信號量工作原理為內部有counter，如果counter值為非零正整數(shù)0，資源有效，訪問時任務將不會被掛起；SEM_pend用于判斷是

57、否掛起自身任務，如果counter值為非零正整數(shù)，則SEM_pend 將counter--并返回；不然資源無效，SEM_pend將掛起該任務，等待另外一個線程調用SEM_post就緒等待任務并且保證所需資源。SEM_post首先查詢是否當前有線程在等待資源，如果有，則將等待的線程放入就緒任務隊列等待內核調度。如果沒有任務等待共享資源，則SEM_post將counter++并返回。</p><p>　　基于BIOS

58、的軟件架構設計</p><p>　　圖像采集處理平臺總體設計</p><p>　　本課題所設計的圖像采集處理平臺軟件設計主要在SEED-DEC6437開發(fā)板上設計并加載RTOS，并在其上做算法移植，人機接口，實時通信等。視頻圖像數(shù)據(jù)流通過CCD攝像頭，TVP5150視頻解碼芯片，TMS320DM6437芯片，液晶顯示器等搭建的硬件平臺上，構建視頻采集和回放回路，對視頻信號進行編解碼，處理器

59、內做視頻圖像算法處理，算法切換，視頻信號還原等操作。PAL制模擬視頻信號從CCD攝像頭到TVP5150視頻解碼，形成YCbCr4:2:2格式的數(shù)字圖像信號，然后通過DM6437 CPU后臺EDMA控制器將一幀圖像數(shù)據(jù)映射到DDR2中，占用CPU資源很少，提高CPU使用效率，同時數(shù)據(jù)吞吐率高，在BIOS任務調度下，進而將處理完的圖像，再通過編碼，最后通過DAC輸出在圖像顯示器上，同時本幀圖像的關鍵信息和當前狀態(tài)將顯示在LCD上，并將關鍵數(shù)

60、據(jù)通過UART傳到PC，便于實時數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控和二次分析。本系統(tǒng)TMS320C5402主要作為控制器，主要負責人機交互界面的控制，它與DM6437通過多通道緩沖串口通信，控制器主要對鍵盤數(shù)據(jù)的讀入和LCD數(shù)據(jù)的輸出。同時系統(tǒng)還添加了遠程控制模塊，通過P</p><p>　　圖3-1系統(tǒng)總體架構</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件總體流程圖</b></p>

61、<p>　　圖像采集處理軟件平臺對任務復雜，時序要求苛刻，采用基于DSP/BIOS的實時調度內核，事先配置線程優(yōu)先級，以及線程觸發(fā)、掛起、阻塞等相應條件，軟件流程見圖3-2。 </p><p>　　圖3-2 系統(tǒng)程序流程圖</p><p>　　在圖中可見DSP/BIOS內核調度是整個系統(tǒng)的核心。BIOS調度不同于單片機，單片機main函數(shù)中常見為對片內外設，系統(tǒng)時鐘寄存器的初始

62、化，然后進入while死循環(huán)，依賴中斷來調度[]；BIOS首先需要初始化DSP，硬件上電復位將程序LOAD程序入口地址，然后需要對調用BIOS_Init對BIOS初始化，仍然要在main函數(shù)中對片內外設等常見DSP配置初始化， 在這時不能對SWI, TSK等線程操作，因為還沒啟動BIOS,仍沒有起用調度組件，調用BIOS_start完成對BIOS的啟動就進入IDL_loop空閑循環(huán)，等待HWI、SWI、TSK等線程的就緒。</p&

63、gt;<p>　　內核進入IDL_loop，因為一開始沒有硬件中斷和軟中斷，將根據(jù)算法任務的優(yōu)先級，進入TSK線程，首先讀入視頻圖像數(shù)據(jù)，以供算法后續(xù)處理，但是因為鍵盤和PC還未發(fā)控制指令，所以各個算法任務一一都將運行到Mailbox_pend后將會等待控制信號的到來，并將自己掛起。同時濾波算法采用信號燈，實現(xiàn)資源的獨享，濾波算法首先進入Sem_pend將自身掛起，等來信號燈的到來。LCD的刷新也將用信號燈方式，濾波算法和

64、LCD采用的信號燈不同，LCD任務也將相應的掛起。</p><p>　　本系統(tǒng)硬件中斷（HWI）有兩個，第一個是DM6437和C5402通信過程所用的McBSP，鍵盤數(shù)據(jù)讀入時觸發(fā)中斷，第二個UART中斷，有PC上位機有控制指令發(fā)送時候就會觸發(fā)UART中斷，進入UART中斷服務程序將就緒UART接收數(shù)據(jù)軟中斷，第一個中斷服務程序中和第二個中斷觸發(fā)的軟中斷中都將就緒TSK1，對控制指令的讀取，算法模式選定，將最終選

65、擇的狀態(tài)記錄，并對mail_box賦新值，因為多個算法任務都處于掛起狀態(tài)，一旦mail_box對應自身之前的Pend值，對應的算法任務將會立即就緒，如果當前的線程的優(yōu)先級都小于對應算法優(yōu)先級，算法線程將會等到立即執(zhí)行。</p><p>　　處理完對應的圖像處理算法，將會POST圖像關鍵信息計算任務，這個任務包括對信噪比的計算，閾值計算等。計算完成后，將會就緒軟件中斷UART發(fā)送，將這些圖像關鍵信息發(fā)送到PC端，之

66、所以采用軟中斷，因為發(fā)送對時間的要求比較苛刻，而且相應的優(yōu)先級應該比較高，中途不允許有線程中斷操作。</p><p>　　圖像處理算法完成后，還可以實現(xiàn)對圖像的濾波、LCD顯示關鍵信息。本系統(tǒng)可根據(jù)控制信息選擇是否對圖像進行濾波，如果需要對圖像濾波，處理完圖像處理算法將會Sem_post就緒濾波算法任務。同時每次處理完圖像算法都會對LCD刷新，也就是將會就緒LCD任務[]。</p><p>

67、;　　線程處理完后就緒視頻圖像輸出任務，還原視頻信號，回放處理后的視頻。在整個系統(tǒng)任務大小的劃分過程，考慮到任務過大將會導致實時性差；任務小，將會增加任務的數(shù)目，導致任務的調度復雜。因此任務大小分配相對比較合理，同時通過控制信息能過改變線程調度方式，增加調度的靈活性。</p><p><b>　　視頻采集回放模塊</b></p><p>　　整個圖像采集處理軟件平臺很

68、關鍵的一個任務是對視頻圖像數(shù)據(jù)的讀入和輸出。輸入任務是采集一幀已經(jīng)經(jīng)過解碼的圖像數(shù)據(jù)，然后就緒算法任務，算法的選擇根據(jù)前一次按鍵值。處理后的視頻數(shù)據(jù)替代原圖像緩沖區(qū)，視頻數(shù)據(jù)輸出經(jīng)過處理器內部DAC，構成視頻回放模塊。</p><p><b>　　視頻輸入</b></p><p>　　視頻輸入包括從CCD攝像頭獲取原始視頻圖像數(shù)據(jù)，然后連接視頻解碼芯片TVP5150，

69、解碼后數(shù)據(jù)格式為YCbCr422，通過DM6437中的 EDMA將視頻數(shù)據(jù)讀入到處理器內存中。TVP5150是一種高性價比視頻解碼芯片，輸入的視頻信號可以有很多種，比如支持復合視頻或S-Video輸入，同時它可以將PAL制式的模擬圖像信號轉換成YCbCr422格式的數(shù)字信號。不僅如此，TVP5150還具備解碼效率高，體積很小、低功耗等優(yōu)點，因此非常適合在嵌入式視頻圖像采集處理系統(tǒng)中應用[]。</p><p>　　

70、TVP5150的正常使用，首先需要對其配置，利用I2C總線可以用來配置TVP5150功能寄存器。在系統(tǒng)中DM6437作為主設備，TVP5150在系統(tǒng)中作為從設備，主設備對從設備寫數(shù)據(jù)。 TVP5150的I2C標準總線有四組，包括串行數(shù)據(jù)In/Out、CLKIN/Out。在本系統(tǒng)的硬件連接中TVP5150的在DM6437中的I2C起始地址為0x5C， DM6437通過I2C與TVP5150通信如圖3-3所示。</p><

71、;p>　　圖3-3 TVP5150與DM6437通信</p><p><b>　　視頻輸出</b></p><p>　　TMS320DM6437處理器內集成了視頻處理子系統(tǒng)中的視頻處理后端(VPBE)，其主要作用有兩部分，其一通過對寄存器參數(shù)的配置來實現(xiàn)從外部存儲器讀入圖形和字符數(shù)據(jù)，然后實現(xiàn)圖形或者字符的疊加，一般都是從DDR2讀入數(shù)據(jù)。其二是視頻編碼器（VE

72、NC）,視頻編碼器包含數(shù)字編碼和模擬編碼接口，通過配置可以選擇相應的輸出，可以還原出數(shù)字信號格式的視頻數(shù)據(jù)，也可以恢復出模擬格式的視頻數(shù)據(jù)。</p><p>　　視頻輸出還原不僅需要亮度和色度數(shù)據(jù)，還需要疊加同步信號，本系統(tǒng)還原利用TMS320DM6437片內的四路10bit的DAC同時工作轉化，實現(xiàn)復合信號與視頻信號的輸出。其中復合信號輸出接口采用了1路數(shù)模轉換器，視頻信號輸出接口采用3路數(shù)模轉換器。當配置為視

73、頻信號輸出接口時，疊加了行場同步信號HSYNC和場同步信號VSYNC。其視頻信號疊加輸出連接示意圖如下圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 視頻信號疊加輸出示意圖</p><p>　　線程間同步和通信模塊</p><p>　　本設計系統(tǒng)中對鍵盤值讀入的實時性要求高，因此將Mcbsp設為中斷源之一，設置這一線程設為HWI，優(yōu)先級最高。同時需要添加PC控制指令，

74、優(yōu)先級又比較高，因此將串口數(shù)據(jù)接收設為HWI，只要UART接收FIFO有數(shù)據(jù)緩沖，就會產(chǎn)生中斷。因為對FIFO數(shù)據(jù)讀取花費的時間較長，所以讀取放在SWI中。每幀圖像分析數(shù)據(jù)的發(fā)送也設為SWI，如果實時性要求低，可以暫存幾幀圖像數(shù)據(jù)，然后由PRD定時觸發(fā)；實時性要求高則，每幀圖像處理完就緒SWI，總體框圖見圖3-5。</p><p>　　圖3-5 SWI、HWI分配</p><p>　　如圖

75、3-6任務1最高優(yōu)先級的任務主要負責按鍵標志位記錄，查詢PC端發(fā)送過來的控制指令，并根據(jù)按鍵值和PC控制指令值發(fā)送相應消息郵箱POST值，并就緒n個算法中對應的，這樣便于算法移植和擴展。任務0負責將整幀圖像數(shù)據(jù)采集放入內存中，以方便后期算法處理。濾波算法采用信號燈來實現(xiàn)對資源獨享，并且根據(jù)鍵值選擇是否添加。</p><p>　　圖3-6 任務調度通信及同步</p><p>　　PC與DSP

76、的UART通信模塊</p><p>　　本課題設計平臺的通信模塊設計是以PC為上位機，接收DSP處理完的圖像數(shù)據(jù)以后續(xù)的觀察使用，同時可以對軟件平臺發(fā)送控制指令，對其進行算法切換、進程調停等功能。本系統(tǒng)采用的TMS320C6437只提供同步多通道緩沖串口，不提供通用異步串行通信標準接口，因此要與PC進行異步通信時，本設計系統(tǒng)配置DM6437內部的McBSP通道和DMA方式來構成異步串口通信，這就使得在DSP平臺上

77、擴展了UART。利用TI公司提供的芯片自帶支持庫函數(shù)（CSL），在CCS開發(fā)環(huán)境下配置DSP上的DMA通道和McBSP寄存器，編寫UART串口通信收發(fā)程序，這樣就能夠實現(xiàn)PC和DSP的異步通信[]。圖3-7為PC與DSP通信模型。</p><p>　　圖3-7 PC與DSP通信模型</p><p>　　DSP在接受PC發(fā)送的數(shù)據(jù)時，將接受數(shù)據(jù)作為中斷源，DM6437硬件中斷總共有單個事件1

78、24個Event 4-127，其事件又可以劃分為4個塊，用或操作管理Event 0-3組合事件，因此中斷源共有128個事件。DSP內部儲存器含有CPU中斷與內部外部事件源間映射表。所以配置好UART中斷寄存器，只要有數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP中的FIFO就會觸發(fā)中斷，同時進入硬件中斷服務程序，然后觸發(fā)軟中斷及時接受PC發(fā)送的控制指令，控制相應的操作。當有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，只需要往發(fā)送FIFO填寫數(shù)據(jù)就行。本系統(tǒng)采用處理完一幀視頻數(shù)據(jù)后就發(fā)送處理完的

79、關鍵數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　人機交互模塊</b></p><p>　　為使本設計系統(tǒng)平臺具有較強的可操作性和可視化界面。本設計系統(tǒng)將著重設計按鍵讀入和LCD顯示輸出。通過切換鍵值可以切換算法，切換圖像性能指標和狀態(tài)顯示，隨時對系統(tǒng)運行調停切換。顯示界面LCD顯示相應算法的內容及其分析結果數(shù)據(jù)。圖像顯示器上顯示算法處理完的圖像，方便圖像前后對比。DSP完成處

80、理方面工作后同時可以將數(shù)據(jù)輸出給PC，在PC上遠程顯示，觀察圖像處理算法的處理效果。如圖3-8鍵值選擇。</p><p>　　圖3-8鍵值選擇框圖</p><p>　　按鍵值的讀取和LCD顯示數(shù)據(jù)都是通過DM6437和C5402的McBSP實現(xiàn)通信的，C5402與液晶模塊和鍵盤相連。同時DM6437將McBSP設為其中一個中斷源，當有鍵值有輸入時C5402通過MCBSP發(fā)送字節(jié)時，就會產(chǎn)生

81、中斷，進入硬件中斷服務程序，及時讀取按鍵值，然后就緒相應鍵值選擇任務，以方便切換算法。如果鍵值有變化，處理完鍵值讀取任務后，就會就緒相應的算法任務和LCD顯示任務，因為算法任務的優(yōu)先級高于顯示任務，所以首先執(zhí)行算法，之后將會刷新LCD。</p><p>　　軟件平臺上常見算法的移植</p><p><b>　　圖像閾值算法移植</b></p><p

82、>　　灰度圖像中的各個灰度都對應從白色到黑色的數(shù)字化離散的亮度信息。用灰度級 個等級來衡量物體表面信息。</p><p>　　圖 41 灰度條</p><p>　　圖像通過閾值分割將原來的像素點做運算，使得原先較明顯的前景和背景，更加突出顯示，這需要事先確定一個合理的閾值，然后查詢整幅圖像各個像素點灰度值[]。具體灰度閾值變換函數(shù)表達式及公示4-1：</p><

83、;p>　?。═為閾值） （4-1）</p><p><b>　　大津算法移植</b></p><p>　　由上可知，閾值的選定至關重要，關系著整幅圖像灰度值的重新劃分。閾值分割算法通常有根據(jù)局部信息確定閾值、根據(jù)整幀圖像確定閾值、自動調整閾值等。本系統(tǒng)使用自適應閾值分割算法（OTSU）提取圖像閾值，理論上OTSU可以提取圖像分的最佳

84、閾值，此算法原理簡單明了，實現(xiàn)方便，而且圖像在不同背景下，提取的閾值根據(jù)整幅圖像亮度信息有關，與圖像局部對比度無關，它以輪詢的方式逐一將圖像分成后方區(qū)域和前面區(qū)域兩部分，然后計算兩者類間方差,前景和背景的差別與方差成正比,方差最大即為極值點，附近領域的方差都將減小。因此,這意味著提取的閾值處于臨界位置，即誤差最小的位置。具體DSP上實現(xiàn)的最大類間算法見流程圖4-2。</p><p>　　圖4-2最大類間方差法（O

85、TSU）流程圖</p><p><b>　　圖像增強算法移植</b></p><p>　　圖像增強算法往往應于在環(huán)境因素的影響下導致整幅圖像都比較模糊，前景和背景不突出。因此本系統(tǒng)在設計圖像增強算法時主要針對兩方面要求：第一在相同的環(huán)境背景下，由于光線等因素的干擾下，導致圖像信息模糊不清晰，能自適應濾除外部光線等噪聲，還原并增強感興趣的圖像信息；第二對不同的環(huán)境背景下

86、，去除背景影響，要求能夠靈活還原出感興趣的圖像信息。</p><p><b>　　單直方圖算法移植</b></p><p>　　常見的圖像增強算法有直方圖增強。直方圖算法往往是針對像素點對應灰度比較集中，直方圖往中間靠攏的趨勢。表現(xiàn)形式為感興趣的區(qū)域與背景區(qū)分不大，模糊，比如在視頻圖像在光線較強或者比較暗的情況下。直方圖算法可以重排灰度級，使得前后景差距拉大，突出圖像

87、的細節(jié)信息。直方圖算法最大的優(yōu)勢在于實現(xiàn)十分簡單，可恢復性，如果已知均衡化后的圖像數(shù)據(jù)，就能還原原始圖像灰度，并且直方圖算法計算量小。這種算法的缺點是對圖像數(shù)據(jù)劃分直方圖時，由于原始視頻圖像數(shù)據(jù)中各灰度級的出現(xiàn)的概率有所不同，對數(shù)據(jù)無選擇性，在均衡化后會出現(xiàn)灰度級的合并現(xiàn)象，有可能將噪聲增強，甚至導致部分數(shù)據(jù)效果上部分邊沿丟失或邊沿太明顯的出現(xiàn)。</p><p>　　單直方圖均衡化算法主要分為三個流程，如圖4-3

88、單直方圖算法流程圖。</p><p>　　圖4-3 單直方圖算法流程圖</p><p>　　如果圖像灰度級取值為 ， 為圖像中總像素點的數(shù)目， 為圖像中灰度級為k對應的像素數(shù)目 ， ， ，則g各個灰度級對應的P(f)： ，對應的分布函數(shù)： 。設輸入圖像灰度級為f，灰度取值為 ，對f根據(jù)統(tǒng)計直方圖函數(shù)C進行單直方圖均衡，設輸出灰度級為g，則對應的關系公式4-2：</p>

89、<p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　g中各灰度級不在聚集分布，而是分散分布在直方圖橫軸上，采用直方圖均衡算法大大地改善了原始效果差圖像的可見性。</p><p>　　圖4-4直方圖均衡前其灰度分布</p><p>　　圖4-5直方圖均衡后圖片及其灰度分布</p><p><b&g

90、t;　　雙直方圖算法移植</b></p><p>　　在上訴描述的直方圖算法中還有一個缺陷就是在增強圖像信息的同時丟失了整幅圖像的原始整幅圖像的均值亮度信息，圖像的亮暗效果上處理前后變化較大。但在圖像處理中，往往希望能在保持原圖像的亮度均值信息的基礎上，突出圖像前景和背景，改善視覺效果，在此采用了雙直方圖算法，首先對整幅圖像提取最佳閾值，相當于提取原圖像平均亮度信息，以此閾值為分界將原圖像劃分為2個子

91、圖，分別均衡。即子圖 在灰度值 中進行單直方圖算法，子圖 在灰度 中進行直方圖算法[]，即公式4-3和公式4-4：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　（4-4）</b></p><p>　　其中， 與 為處理后的子圖， 和 分別為子圖 和 的對應的像素點個數(shù)。將處理后的子圖像重新合

92、并得到新的圖像，新的圖像理論上能保持了原圖形均值亮度信息，并且在仿真中得到雙直方圖算法均衡處理后的視頻效果保持了原視頻的全局亮度信息。</p><p><b>　　邊沿檢測算法移植</b></p><p>　　圖像的邊沿是視頻圖像信息中的很重要的信息。這里所指的邊沿信息是指與周圍像素點相比，灰度有明顯的階躍變化的區(qū)域。邊沿往往出現(xiàn)在前景和背景之間、感興趣區(qū)域突出。因此

93、邊沿檢測對于圖像處理有重大的意義。</p><p>　　圖像邊沿是由于前景和背景亮度信息不同而造成的灰度值不連續(xù)。常見的邊沿檢測算法是通過計算周圍像素點的橫向、縱向或周圍的導數(shù)，來估算邊沿。大多數(shù)邊沿檢測算子通過周圍像素點與卷積核做卷積核運算，從而計算導數(shù)值。</p><p>　　Sobel算法移植實現(xiàn)</p><p>　　Sobel邊沿檢測算子：矩陣4-3，4-4

94、為Sobel邊沿檢測算子，圖像中的每個點像素點及其鄰域都用這兩個核做卷積，第一個算子作用是使垂直邊沿灰度值變化最大，而另一個是對橫向邊沿灰度值擴展最大。最后比較橫向導數(shù)和縱向導數(shù)，選擇最大的作為替換值。其作用是對圖像邊沿做一次求導，處理后的效果是一幅邊沿幅度圖像。</p><p>　　Sobel算法對圖像處理，分別對圖像中各個灰度做卷積和計算，所采用兩個卷積核分別為4-5和4-6。</p><

95、p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　（4-6）</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　矩陣4-7為對應的所需處理的圖像范圍，P0為對應原像素點，兩個卷積核對應計算公式分別為公式4-8，公式4-9。然后比較卷積處理后的兩個值，取最大

96、的值作為新的P0像素點的值。</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　（4-10）</b></p><p>　　Laplacian 算法移植實現(xiàn)</p><p>　　La

97、placian邊沿檢測算子：矩陣4-11、4-12為兩個卷積核作為Laplacian邊沿檢測算子。方法與上訴相同，都是對圖像中像素灰度級和這兩個核進行卷積，結果最大值作為最后的灰度值輸出。不同的是Laplacian作用是對圖像邊沿做二次求導，其處理后的效果更佳細膩，但是噪聲的敏感度高，容易導致邊沿判斷失敗。</p><p>　　Laplacian總體上與Sobel 處理相似，但是所采用的卷積核不同，分別為矩陣4-

98、9和4-10。</p><p><b>　　（4-11）</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　兩個卷積核對應計算公式分別為公式4-11，公式4-12。然后比較卷積處理后的兩個值，取最大的值作為新的P0像素點的值，應用公式4-13和4-14。</p><p>

99、<b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　（4-14）</b></p><p><b>　　圖像濾波算法移植</b></p><p>　　滑動平均算法移植實現(xiàn)</p><p>　　在圖像網(wǎng)絡傳輸或者圖像算法運算過程中會必然會引入噪聲干擾，比如在傳輸過程中可能

100、因為外部源的干擾而引入椒鹽噪聲，這些噪聲點引入都是極小概率的，以隨機噪聲點的形式出現(xiàn)，因此可以通過與周圍的像素點作比較，抵消或減小噪聲影響。?</p><p>　　滑動窗口均值濾波是非線性的圖像處理算法。均值濾波是指在圖像上開辟一個滑動窗口，處理窗口內灰度級的一個模板，其窗口的移動根據(jù)圖像中的像素點及其鄰域的移動。原來像素的灰度值根據(jù)周圍鄰域灰度值的均值重新計算。該算法充分考慮了圖像灰度級變化的連續(xù)性，起到對圖像

101、的平滑作用，操作十分簡單，但這樣平滑容易造成邊沿圖像的模糊，窗口選擇選取得越大，圖像越模糊。</p><p>　　均值濾波器可以調整周圍鄰域內的像素灰度值的比重，從而將窗口中待處理的像素點賦予新的灰度值?；瑒悠骄翱谑疽鈭D4-6：</p><p>　　圖 4-6 滑動窗口示意圖</p><p>　　本系統(tǒng)為了保證原始圖像的清晰度又能濾波噪聲，采用的是3*3卷積核為

102、模板做均值濾波，其卷子核為4-15，原始周邊圖像像素模板為4-7。新的像素計算公式見公式4-16，新的像素將會取代原來的像素。</p><p><b>　　（4-15）</b></p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　軟件平臺調試結果及分析</p><p>　　PC與D

103、M6437通信結果</p><p>　　PC與DM6437串口通信采用波特率為19.2khz，傳輸數(shù)據(jù)格式為1位停止位，8位數(shù)據(jù)位，無校驗位。在PC接收數(shù)據(jù)時，接收200個8位數(shù)據(jù)，均和DM6437內存中存儲的數(shù)據(jù)相同，可見傳輸過程誤碼率極低。如果PC發(fā)送數(shù)據(jù)，DM6437接收成功，LCD會相應顯示，同時處理器切換不同算法。</p><p>　　圖5-1 LCD顯示串口接收成功</p

104、><p><b>　　圖5-2上位機界面</b></p><p>　　多線程通信及同步結果</p><p>　　本系統(tǒng)中多線程最高優(yōu)先級為UART接收和McBSP中斷，其次為軟中斷UART數(shù)據(jù)讀入和UART發(fā)送，最后為任務，任務中劃分為多個算法的任務，其相互間切換通過按鍵或PC指令，其線程間通信根據(jù)Mail_box(n)，其同步是根據(jù)SEM(m)，

105、在DSP/BIOS調試界面可見多線程間切換示意圖5-3，可見程序運行正常。</p><p>　　圖5-3多線程切換示意圖</p><p>　　平臺上算法處理效果及人機顯示</p><p>　　本圖像采集處理平臺軟件上移植了多種視頻圖像處理算法，以下將演示每一個圖像處理算法在本系統(tǒng)平臺所表現(xiàn)的效果。</p><p>　　圖5-4中最左邊的一副圖

106、像為原始圖像，中間及最右的圖像為經(jīng)過單直方圖處理的后結果，中間和最右邊的圖像區(qū)別為均衡系數(shù)不同，可見經(jīng)過單直方圖增強后前景和背景區(qū)別明顯增強。圖5-5為LCD顯示相應的狀態(tài)。</p><p>　　圖5-4 單直方圖處理結果</p><p>　　圖5-5 單直方圖狀態(tài)LCD顯示</p><p>　　圖5-6中最左邊的一副圖像為原始圖像，中間及最右的圖像為經(jīng)過雙直方圖處

107、理的后結果，中間和最右邊的圖像區(qū)別為雙直方圖中的均衡系數(shù)不同，可見經(jīng)過雙直方圖增強后不僅前景和背景區(qū)別明顯增強，而且保持原背景亮度信息。圖5-7為LCD顯示相應的狀態(tài)。</p><p>　　圖5-6 雙直方圖處理結果</p><p>　　圖5-7 雙直方圖狀態(tài)LCD顯示</p><p>　　圖5-8中依次分別為原始圖像，雙直方圖，單直方圖均衡，可見單直方圖改變了原始

108、背景色調信息，而雙直方圖保留了原圖像信息，并且增強了圖像信息。圖5-9顯示LCD中單、雙直方圖比較狀態(tài)。</p><p>　　圖5-8 雙、單直方圖比較處理結果</p><p>　　圖5-9單、雙直方圖比較狀態(tài)LCD顯示</p><p>　　圖5-10中圖像信息依次分別為原始圖像，二值化后圖像。系統(tǒng)采用最佳閾值提取算法，提取合適閾值。圖5-11最大類間狀態(tài)LCD顯示

109、。由圖可見二值化后的圖像有噪聲點，由于閾值上下有波動或光線原因，因此采用3*3滑動平均濾波，對局部噪聲濾除，圖5-12即為濾波后的圖像，明顯可見噪聲點降低，圖像連續(xù)性較好，圖5-13最大類間滑動平均濾波后狀態(tài)LCD顯示。</p><p>　　圖5-10 最大類間閾值處理結果</p><p>　　圖5-11 最大類間狀態(tài)LCD顯示</p><p>　　圖5-12 最大