（检测技术与自动化装置专业论文）基于dsp技术的视频图像处理及lcd驱动电路的设计.pdf

东北大学硕士学位论丈 摘要 基于d s p 技术的视频图像处理及l c d 驱动电路的设计 摘要 随着电子计算机科学、图像图形学、模式识别技术理论的完善以及智能建筑行业， 便携智能设备的迅速发展，视频图像处理实际研究与应用日益得到重视，并不断地在许 多领域取得骄人的成果。特别是近年来，基于d s p 技术的视频图像处理已成为高技术 领域一个重要的研究课题。 本文探讨了用高速数字信号处理器( d s p ) 构成的数字视频图像采集处理系统以及 l c d 驱动电路的设计过程。该系统作为许多高技术系统的视觉处理平台，可实现视频图 像的采集和重放的功能，并将简单处理采集数据，最后将处理结果传递给l c d 驱动电 路。 文中详细介绍了系统的总体设计思路和具体的软硬件设计工作，对系统总体设计的 几个主要问题，如主控方式和视频信号采集方式和视频处理的模式等进行了讨论。针对 系统处理的视频信号，具有数据量大、采样频率高的特点，采用视频处理中常用a d 芯 片s a a 7 1 1 1 a 实视频图像数据的采集，并阐述了整个系统的逻辑接口功能。在d s p 基 本电路设计中，对系统的存储空间进行了规划，并由d s p 来完成图像帧存管理工作。 软件部分涉及到了d s p 的e d m a ，m c b s p ，e m i f 等模块的编程调度。文中给出了部分 程序代码和部分原理图的设计细节、处理结果。在l c d 驱动电路的设计中针对视频显 示信号，信号多，时序搭配严格的特点，采用了驱动电路常用芯片，完成混合视频到 r g b 视频的转换，以及为l c d 显示模块提供所需要的复杂时序。 尽管系统还有很多不足，但作为视频处理的硬件平台，具有功能完整，实用性强， 数据传输率高，存储容量大的特点。可以广泛推广到各种视频应用领域，前景光明。 关键词：d s p ；视频图像处理；接口技术；智能建筑；l c d ；驱动电路 i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t v i d e 6 i m a g ep r o c e s s i n gb a s e do nd s pt e c h n o l o g ya n d t h ed e s i g no f l c dd r i v e nc i r c u i t a b s t r a c t w i t ht h ec o n s u m m a t i o no f t h e p r i n c i p l eo f t h ec o m p u t e rs c i e n c e ，v i d e oa n di m a g et e c h n o l o g y , m o d ei d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n t e l l i g e n ta r c h i t e c t u r e p o r t a b l ed e v i c e ，t h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no ft h ev i d e oa n di m a g ep r o c e s s i n ga r en o w g e t t i n gm o r ea n dm o r ef o c u s e di nt h ef i e l d ，a n dh a v eo b t a i n e dm u c ha c h i e v e m e n t e s p e c i a l l y i nr e c e n t l yy e a r s ，t h ev i d e oa n di m a g ep r o c e s s i n gw h i c hi sb a s e do nd s pt e c h n o l o g yh a s b e c o m eai m p o r t a n tt a s ki na d v a n c e dt e c h n o l o g yf i e l d t l l i sp a p e re x p l m n st h ed i g i t a lv i d e oi m a g ep r o c e s s i n g d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e ma n dt h e c o u t s e so ft h el c dd r i v e nc i r c u i td e s i g ni se x p l i c i t l yd i s c u s s e d t h es y s t e m ，w h i c ha c t sa sa v i d e op r o c e s s i n gp l a t f o r m 、丽lm a n ya d v a n c e df u n c t i o n si nt e c h n o l o g y , c a ni m p l e m e n tt h e f u n c t i o no ft h ei m a g ea c q u i s i t i o na n di m a g er e p l a y , a l s ot h ed a t aa c q u i r e dc a nb ep r o c e s s e d s i m p l y , i nt h ee n d ，t h er e s u l tw i l lb et r a n s m i t t e dt ot h el c dd r i v e nc i r c u i t i nt h i sp a p e r , t h eg e n e r a ld e s i g ni d e aa n dt h ec o n c r e t ei a s kf i r ef i r s t l yi n t r o d u c e de x p l i c i t l y s e v e r a lc r u c i a lp r o b l e mo r i e n t e dt 0t h es y s t e ma r ed i s c u s s e d ，s u c ha sc o n t r o lm o d e ，t h em o d e o fd a t aa c q u i s i t i o na n dm o d eo f v i d e os i g n a lp r o c e s s i n ga n ds oo n a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r o ft h es y s t e m ，ag e n e r a lp u r p o s ec h i pi nv i d e op r o c e s s i n gf i e l dc a l l e ds a a 7 111 ai su s e di n t h es y s t e mt of u l f i l lt h ed a t aa c q u i s i t i o na n dt h e nt h ew h o l ef u n c t i o no f t h el o g i ci n t e r f a c eo f t h es y s t e ma r en a r r a t e d i nt h ed s pc i r c u i td e s i g n ，t h es y s t e ms t o r a g es p a c ea r r a n g e dd u r i n g t h ed e s i g np e r i o d i nt h es o f t w a r ep a r t ，s o m em o d u l eo ft h ed s pa r em e n t i o n e d s o m eo ft h e c o d ea r eg i v e na n ds o m ed e t a i l so f t h es c h e m a t i cc i r c u i td i a g r a ma r ep r o v i d e di nt h i sp a p e r i n t h ep a r to ft h el c dd r i v e nc i r c u i td e s i g n ，a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro ft h ev i d e os i g n a l ，t w o g e n e r a lp u r p o s ec h i p si nv i d e op r o c e s s i n gf i e l dn a m e du p s 0 1 5a n di r 3 y 3 1 ma r eu s e di nt h e s y s t e mt of u l f i l lt h et r a n s f o r mo ft h ev i d e os i g n a lf r o mc v b st or g ba n dt h ec o m p l e x s c h e d u l i n gt h ec i r c u i tn e e d e d t h o u g hm a n yf l a w se x i s t e di nt h es y s t e m ，诵mt h ec h a r a c t e ro fi n t e g r a t e df u n c t i o n , h i g h s p e e dd a t at r a n s m i s s i o n ，h u g es t o r a g ec a p a b i l i t ya n dh i g hi n t e n s i t yo ft h ep r a c t i c a b i l i t y , t h e s y s t e mc a nb e e x t e n d e dt om a n ys u b f i e l do f v i d e op r o c e s s i n ga n dh a sab r i g h tf u t u r e k e yw o r d s ：d s p ；v i d e op r o c e s s i n g ；i n t e l l i g e n ta r c h i t e c t u r e ；d r i v e nc i r c u i t ；l c d 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为 获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。 学位论文作者签名： 两彩建 签字日期： o 铆p 、目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交 流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： 东北大学项士学位论文第一章引言 第一章引言 1 1 课题的背景和意义 在当今社会，智能建筑对我们来说已经不是什么陌生的概念了。对于每一个居民来 说门禁，温感，烟感，车库等各种安防系统无时无刻不在保卫着我们的居室，可以使您 在工作或外出的时候毫无后顾之忧。然而对于每一个系统来说，视频的监控都是必不可 少的一部分，视觉信息从来都是信息量最大最丰富的，人获得的信息有8 0 都是视觉信 息，所以形象一点来说，智能视频处理系统就是您的第三只眼睛，时刻审视着建筑周围 的动态，以便传递给你最及时最全面的信息，可以实现您和各种智能家电之间信息的交 互。 现在大多数的视频处理系统还都用单片机来实现的，但是随着人们对视频处理需求 的不断提高，无论是传统的8 9 c 5 1 单片机还是c y g n a l ，p i e 等单片机都即将难以满足需 求，速度和存储容量上的劣势将成为单片机处理视频信息的一个瓶颈。对于信息量大， 实时要求高的视频信息，我们时刻都在寻找新的视频处理的手段，将d s p 处理器应用 到智能建筑的视频处理中也就成了一种必然的趋势，由于d s p 处理信息数据快，存储 量大的特点很符合视频信号处理的要求，所以这将注定它会在这个领域大有作为。本文 介绍的就是基于d s p 系统的视频信息处理。 1 2 论文章节介绍 本文的第二章是对系统整体的介绍，首先对该领域的一些技术现状做一些综述，然 后通过比较得出设计方案的一些特点，然后是系统的整个构成和涉及到的理论背景，包 括实时显示技术和d s p 技术的介绍。第三章是对数据处理系统的说明，按照功能的不 同分成不同的模块逐一对原理和实现的功能进行分析，同时章节中还会涉及到一些器件 的相关介绍，最后介绍的是d s p 底层各个模块的代码的设置情况。第四章是对l c d 驱 动电路的设计，在这一章中将介绍一些l c d 和视频处理的相关信息，同样也是把系统 按照功能分成时序和解码模块进行原理和功能上的分析，并包括对些芯片的介绍。第 五章是总结，对系统的整体效果做了最终的评述。在论文的最后的附录里硬件部分原理 图的详细设计。 东北戈学硕士学位论文 第二章课题介绍 第二章课题介绍 2 1 理论技术背景 2 1 - l 实时信号处理的概念 信号处理技术就是对信号进行坐标空间和维数的变换，目的是为了得到其中的有用 信息，并用最直观的形式表达出来。实时信号处理就是指在有限的时间内对外部输入的 信号完成指定的处理，信号处理速度必须要火于信号更新的速度，而且从信号输入到处 理后的输出时间延迟要尽量的小。一般来讲，不同类型的信号根据其信息量的大小和在 系统中的要求不同，处理的速度也不尽相同。而对于本文所说的视频信号，由于其数据 量较其他的信号更庞大，处理盼过程也比较复杂，所以对视频信号处理的速度要求比较 高。对于一个每帧数据字长为3 2 0 2 4 0 8 b “，传输速度6 0 场s 的视频信号来说，其输 入的数据约为4 4 m b s ，因而只要实时处理速度大于它就可以了。由此可知信号的处理 对m c u 的处理速度是有严格要求的。 2 1 2d s p 技术的发展 d s p 产生于2 0 世纪7 0 年代，具有很高的稳定性，可重复性，可大规模集成，给数 字信号处理的发展带来了很大的机遇。2 0 世纪8 0 年代d s p 开始投入市场，但是由于其 价格比较昂贵，以及编译的专业性比较高，开发工具很复杂等系列困难，因而没有得 到大规模的普及。不过近些年来，随着d s p 价格的不断下降，而且又具有了汇编语言 和c 语言共同编译的开发工具，以及各种软硬件调试工具，使d s p 的开发和使用不再 是一项专业性很强，复杂度很高的工作，所以d s p 在电子领域的普及度大大提高，在 国民经济的各个领域都有了很广泛的应用。 d s p 芯片的分类： 1 ) 按照类型来分d s p 可虬分成定点型和浮点型 定点d s p 进行算术操作豹时候，使用的是小数点位置固定的无符号数。浮点d s p 进行算术操作的时候，使用的是有指数的小数，小数点的位置也会根据具体的计算要求 而进行浮动。 2 ) 更广泛的分类方法还是按照d s p 的性能来进行分类 t i 公司的产品就按照性能分为c 2 0 0 0 、c 3 0 0 0 、c 5 0 0 0 、c 6 0 0 0 等不同系列，它们 的性能和价格和应用的领域也有很大的差异。c 2 0 0 0 主要是应用在控制领域，c 5 0 0 0 系 的性能和价格和应用的领域也有很大的差异。c 2 0 0 0 主要是应用在控制领域，c 5 0 0 0 系 3 东北大学硕士学位论文第二章课题介绍 第二章课题介绍 2 1 理论技术背景 2 1 1 实时信号处理的概念 信号处理技术就是对信号进行坐标空间和维数的变换，目的是为了得到其中的有用 信息，并用最直观的形式表达出来。实时信号处理就是指在有限的时间内对外部输入的 信号完成指定的处理，信号处理速度必须要大于信号更新的速度，而且从信号输入到处 理后的输出时间延迟要尽量的小。一般来讲，不同类型的信号根据其信息量的大小和在 系统中的要求不同，处理的速度也不尽相同。而对于本文所说的视频信号，由于其数据 量较其他的信号更庞大，处理的过程也比较复杂，所以对视频信号处理的速度要求比较 高。对于一个每帧数据字长为3 2 0 * 2 4 0 * 8 b i t ，传输速度6 0 场s 的视频信号来说，其输 入的数据约为4 4 m b s 。因而只要实时处理速度大于它就可以了。由此可知信号的处理 对m c u 的处理速度是有严格要求的。 2 1 2d s p 技术的发展 d s p 产生于2 0 世纪7 0 年代，具有很高的稳定性，可重复性，可大规模集成，给数 字信号处理的发展带来了很大的机遇。2 0 世纪8 0 年代d s p 开始投入市场，但是由于其 价格比较昂贵，以及编译的专业性比较高，开发工具很复杂等一系列困难，因而没有得 到大规模的普及。不过近些年来，随着d s p 价格的不断下降，而且又具有了汇编语言 和c 语言共同编译的开发工具，以及各种软硬件调试工具，使d s p 的开发和使用不再 是一项专业性很强，复杂度很高的工作，所以d s p 在电子领域的普及度大大提高，在 国民经济的各个领域都有了很广泛的应用。 d s p 芯片的分类： 1 ) 按照类型来分d s p 可以分成定点型和浮点型 定点d s p 进行算术操作的时候，使用的是小数点位置固定的无符号数。浮点d s p 进行算术操作的时候，使用的是有指数的小数，小数点的位置也会根据具体的计算要求 而进行浮动。 2 ) 更广泛的分类方法还是按照d s p 的性能来进行分类 t i 公司的产品就按照性能分为c 2 0 0 0 、c 3 0 0 0 、c 5 0 0 0 、c 6 0 0 0 等不同系列，它们 的性能和价格和应用的领域也有很大的差异。c 2 0 0 0 主要是应用在控制领域，c 5 0 0 0 系 3 东北大学硕士学位论文 第二章课题介绍 列主要应用在音频信号和便携设备的设计中，c 6 0 0 0 系列主要应用于视频信号和无线基 站的设计。不同系列的d s p 在存储器容量，处理速度，模块资源上都有很大的差别。 同一系列的产品在c p u 的结构上差别都不大，只是在各个接口和存储器的提供上会稍 有差异。 d s p 芯片的特点： 1 ) 功能特点： 数字信号处理的特点是能完成大量的实时计算。和以控制为主的m c u 相比，d s p s 的寻址能力和计算能力上有很大的增强。d s p 完成各种计算的速度比通用的m c u 要快 上两到三个数量级。 2 ) 结构特点： a ) 硬件乘法器：由于d s p 功能的特点，乘法操作是d s p 的主要任务。丽通用的 m c u 要通过程序进行乘法的处理，这样会耗费1 0 0 多个时钟周期，因而在d s p 内部的 乘法运算都采用了硬件乘法器来处理，以提高处理的速度。硬件乘法器是d s p 区别于 其他m c u 的主要标志之一。 b ) 多功能单元：在d s p 的c p u 内部设有多个并行处理的功能单元( a l u ，乘法 器和地址产生器等) 。多个功能在一个周期内可以并行地执行指令，这样就大大缩短了 d s p 处理各种指令的时间，提高了程序运行的速度 c ) 总线结构：通用的m c u 采用的都是冯诺曼结构，即：统一的程序和数据存储 空间，共享的程序数据总线。由于总线的限制，c p u 在总线分配给程序空间的时候，数 据空间的数据要想得到处理就必须要进行等待。程序和数据只能串行执行。而对于d s p 来说，它采用的是哈佛结构总线配置，即：分立的程序和数据存储空间，采用不同的程 序和数据总线，这样c p u 在工作的时候就可以同时取指令和操作数了。有的d s p 甚至 拥有2 套或多套的数据总线，因而提高了系统的性能。 d ) 片内存储器：一般的m c u 都集中有c a c h e ( 高速缓存) ，而不设有r o m 和r a m 。 而d s p 是要进行大量简单的计算，因而其程序一般都比较短，而数据的存储量相对比 较大，所以d s p 内一般都集成有r o m 和r a m 来存储大量的数据，因而解决了和外部 存储器进行总线竞争，和速度不匹配的问题。 e ) 流水处理：流水处理即是可以使两个或更多个不同的操作重叠执行。流水处理 可以使得若干条指令的不同的处理阶段可以同时执行，可以提高并行的执行速度。 f ) 专用寻址单元：一般的m c u 在地址产生的计算上要花费很多的时间，有时的时 4 东北大学硕士学位论文第二章课题介绍 间竟然是实际算术操作时间的好几倍。而d s p 是面对数据密集型的应用，如果在地址 产生机制上采用普通m c u 的方式，那将会大大降低d s p 的处理速度。所以d s p 中采 用了专用寻址单元，地址的产生与实际的计算操作同时进行，因而地址的计算不再额外 占用c p u 时间。 2 2 课题概述 2 2 1 系统理论背景 可视化的安防设备在如今的智能建筑中占有举足轻重的地位，可以提供丰富全面的 信息，改变了以往在智能安防系统中扑风捉影，不见其人的情况，能符合人们获取信息 的特点，使智能安防系统的功能更加立体化，实时化。 可视安防的实现目前很大一部分依靠的就是视频信号处理系统，最基本的视频处理 系统包括采集、存储、重放和显示的几个基本的环节，高级一些的系统在此基础上还会 增加数据的压缩，解压缩，图文叠加，摄像等功能。系统中囊括c c d 摄像头采集模块， a d 转换模块，d a 转化模块，数字信号处理模块，视频解码模块，显示时序控制模块 等等。 2 2 2 方案对比 1 ) 传统方案：当前大多数应用中的视频安防系统主要是由单片机来实现。下图2 1 是一种由单片机做处理器的视频图像处理系统的框图。系统中包括c c d 摄像头，主处 理器单片机c 8 0 5 1 f ，字库芯片，图文叠加芯片m b 9 0 0 9 2 ，时序产生芯片l m l 8 8 1 n ，在 l c d 显示驱动电路上集成了时序和解码芯片。在通常的工作状态下，c c d 转化来的视 频信号不直接连接l c d 的驱动电路，而是先要输入到m b 9 0 0 9 2 中经过芯片的处理，和 要显示的文字进行叠加后，处理过的模拟信号才作为l c d 驱动电路的输入信号。 m b 9 0 0 9 2 的时序等各种行、场的扫描信号由l m l 8 8 1 n 和c 8 0 5 1 f 来提供，整个系统的 功能调度完全由c 8 0 5 1 f 来实现。 但是纵观整个系统，由于容量不大，对数字信号的处理能力比较差，数字处理的部 分主要是集中在图文叠加的部分，并没有真正实现图像的存储，重放等数字信号的处理 功能。只是可以实现模拟信号的输入，信号输出监测，彩色黑白图像2 5 帧，s 或3 0 帧s 的实时显示，以及字模的叠加。所以说系统在“记忆”功能上还有待提高。虽然系统中的 各项功能协调得很好，系统也相对完善，但是由于系统中不要求实时的大量数据处理， 如果想将系统升级，提高数字信号的处理功能，那么势必将要改进处理器的性能和存储 5 , q a l 大学硕士学位论文 第二章课题介绍 器的容量。 图2 1 一种由单片机实现的视频处理系统的框图 f i g 2 1a r e s o l u t i o nb a s e d0 1 1s i | n g a lc h i pp r o c e s s o r 2 ) c p l d 实现的方案：首先该系统也是基于d s p 的图像处理系统，系统中采用了 一片f i f o 作为图像信息的存储器，系统的时序和进程的调度是由复杂可编程逻辑器件 c p l d 实现的( 系统框图见图2 1 ) 。这种基于d s p 的视频图像系统首先将从c c d 摄像 头摄取得模拟视频图像经过视频解码芯片转换为数字信号。然后将数字视频信号经先入 先出阵列f i f o 存入d s p 的数据空间，以作为后续图像处理的数据来源；视频解码芯片 可同时分离如行、场同步信号和像素时钟参考信号，以作为图像缓存模块的控制信号； 经过编解码处理的视频图像信息存储在快速闪烁存储器f l a s h 中，当用户需要重新查 看的时候可以通过采集卡上的重放按键把存储的数据信息在l c d 上显示出来，也可以 根据需要通过异步串口传送给p c 机。复杂可编程逻辑器件c p l d 在整个系统中的作用 是控制全局逻辑和对各种功能实现调度。该系统的优点是在时序控制和功能的调度上二可 以通过c p l d 来实现自己的编程意愿，使功能之间的调度更加灵活功能更加丰富，避 免了大量复杂数字电路之间的搭配，而且c p l d 是可以通过软件来改写各引脚的功能， 完全避免了在硬件上改动给设计者带来的困难和不便。个人认为这种方案是最理想的， 但是由于工期和技术的一些原因没有采用这种设计的方案。 3 ) 采用的方案：没有一种技术能永远立于科技的前沿，所有的领域中都存在着升 级换代。如上节所说，传统方案在数字处理功能上有着一定的缺陷，要想提高系统在这 方面的性能，处理器的工作速度和存储器的容量是瓶颈。因为视频信号信息丰富，所以 它的特点是数据量很大。单片机的片内存储容量是远远不够的，拿传统的5 l 单片机来 说，它的所有可扩展的存储空间加在一起也一共只有6 4 k ，这已经算是容量比较大的了， 6 东北大学硕士学位论文第二章课题介绍 图2 2c p l d 方案的系统框图 f i 9 2 2c p l dr e s o l u t i o n 但是对于视频信息来说6 4 k 是什么概念? 对于一个3 2 0 * 2 4 0 的屏来说，这个数据量只是 不到一屏图像的信息。虽然可以采用压缩算法来减小图像信息容量，不过单片机没有硬 件乘法器也不能执行并行指令，对于压缩算法来说，这都是致命的影响速度的因素，如 果想实现拍摄和重放，效果基本无法保证。 新方案中仍然采用了d s p 为核心的处理器，以c 6 7 1 1 d s k 平台为例，它目前拥有 的s d r a m 达到了3 2 m b i t ，这个量对于任何制式的图片都是十分富裕的。对于实时图像， 在不扩展存储空间的前提下，对于3 2 0 * 2 4 0 的屏来说，如果采取的是普通的视频信号， 那么一分钟的数据量将接近2 0 m b i t ，s d r a m 能存储一分多钟的视频信号。但是c 6 7 1 1 的主频达到了1 5 0 m ，而且有5 级流水线处理功能，还有8 个并行单元和独立的数据程 序总线，这样的结构特点对于实现压缩算法来将是很合适的，如果我们采用当今最常用 的m p e g i 压缩算法，压缩率可以达到l ：6 0 左右，经过这样的过程s d r a m 就可以存 储将近一个小时的视频信号，这个结果对于可视监控来说将会令人相当满意。可以说基 于d s p 技术的视频信号处理可以满足这个领域信号处理的各种升级的要求，在今后的 一段时间内都是该领域的主流技术。与前面的c p l d 方案不同的是，这里的时序和逻辑 以及功能的调度都是用数字逻辑电路搭建的。相比较而言这样的电路在时序的搭配上要 求稍微苛刻一些，而且对于一些系统的改变有些必须要通过硬件的改变来实现。 7 东北大学硕士学位论文第二章课题介绍 2 2 - 3d s p 视频信号处理系统的整体构架( 框图) c c d 摄像头l 模拟视频信号 sd 瞥a 器器熙匦rm 存储器j o = 竺竺竺竺 lcd 显示模块 数据采集卡 a d ，d a 模块 _ r = r l 地j 1 时，曲线在7 = i 斜线的下方，图4 1 3 中就是1 r 1 的情况； y 1 时，曲线在丫：1 斜线的上方。 2 ) 什么是g a m m a 校正? 一般地从一个数字化的图片文件，到我们最终看到的图片，中间要经过许多环节。 几乎在任何一个环节上，都可以加入一些变换，以改变最终输出和最初输入的关系，y 校正改变的就是输入电压和输出的亮度之间的关系，这种改变的要求是根据系统的具体 特性来决定的，在解码芯片i r 3 y 3 1 m 上有y 校正的控制引脚。对于输入电压和亮度的 曲线，如果想要把输入输出调节成完全线性关系，这就需要把对应曲线中的丫值校正为 1 。不同显示系统的固有y 值一般都是由系统的整体来决定的，这个值一般在系统和系 统之间都是不一样的。比如，对- t = 2 5 的显示器，在数据传递到显示器之前，如果想要 调节成线性关系，将其做一个f 0 4 的变换。这里要注意的一点是，通常我们说做一个 f c 的校正，意思是指做o u t p u t = i n p u t “( 1 c ) 的变换，有一个倒数关系。 图4 1 4g a m m a 定义的示意图 f i g 4 1 4g a m m a d e f m i t i o n 3 ) 为什么要进行g a m m a 校正? 通常的感觉是，系统t 值高，图像会发暗，而校正后，画面变亮。我们可以通过图 4 1 4 一图4 1 7 来比对一下这种效果。 6 1 东北大学硕士学位论文 第四章驱动电路部分 可见当系统y 值高时，看到的图像暗部影调丰富；反之，则亮部丰富。我们可以根 据系统图像的特点来进行相应的丫校正。但是在一些算法中，比如r g b 和y u v 的转换 中，都是建立在系统的7 值为1 的前提上。总之，不将显示系统丫值校正到1 并没有什 么太大的错误，这完全取决于系统的要求和用户自己的欣赏品位。 图4 1 5 灰度图0 - 1 2 8 ，y = 1 0 f 选4 1 5f 1 0 盟y v a i u ec h a r t 图4 1 6 灰度图o - 1 2 8 ，f 2 5 f i g 4 1 6 f 2 t 5g m y v a l u ec h a r t 图4 1 7 灰度图1 2 8 - 2 5 5 ，f 1 0 f 辔4 1 7f 1 0g r a y v a l u ec h a r t 图4 1 8 灰度图1 2 8 - 2 5 5 ，y _ 2 5 f i g 4 1 8 v = 1 0g r a y v a l u ec h a r t 在系统中i r 3 y 3 1 m 的3 0 ，3 1 引脚是用来进行y 校正调整的，调整是通过电压的变 化来决定的，范围是0 - - 4 5 v 。 4 3 3 7 其它功能引脚的设计说明 c o l o r 增益引脚：用来控制l c d 显示的色度增益，具体接法见图4 1 8 。根据实际效 一6 2 东北大学硕士学位论文第四章驱动电路部分 果来决定c o l o r 引脚的电压值。 图4 1 9 c o l o r 控制图 f i g 4 1 9c o l o rc o n t r o lc h a r t r g b a m p l i t u d e 引脚：通过外加电压值来控制r g b 模拟输出信号的反转电平和 非反转电平之间的电压宽度。根据液晶显示器的特点，实际上液晶平板两端加的不是直 流电压，而是以场为周期变化的交流电，由于设计中采用的是v c o m 恒定的设计方案， 这样在奇偶场中电压高低对应的灰度是不一样的，每隔一个周期需要反转一次。但是一 般情况下，灰度对应的电压值并不是在其范围内完全反转，而是在一定电压范围才进行 反转。该引脚控制的是不需要反转部分电压的宽度。正常的情况下，该电压值在上电后 已经内部设置完毕，在0 7 v 左右。如果实际效果不好，可以再加调整。其硬件的连接 方式和c o l o r 引脚完全相同。 r y - b f y 角度控制引脚：通过调节该引脚的电压可以控制在p a l 制中色差之间的相 位值。在n t s c 制下该引脚接v e t 。设计中采用的是后者。 v c oi n 和v c oo u t 引脚：晶振连接引脚，p a l 制时选择4 4 3 m 晶振，n t s c 制 时选择3 5 7 m 晶振。设计中采用后者。连接方式见图4 1 9 。 图4 2 0 晶振连接图 f i g 4 2 0c r y s t a lc o n n n e c t i o n b r i g h tr & b 引脚：该引脚上的电压是来分别调节l c d 模块上r ，b 分量的亮度， 该引脚在芯片内部受g a m m a 校正电路的影响，在上电后的值已经设置好，正常情况 下为1 5 v ，可以根据实际效果进行调节连接方式和c o l o r 引脚完全相同。 b r i g h t 引脚：该引脚上的电压同时调节r g b 输出分量的亮度值，引脚电压不受 内部g a m m a 电路的影响。可以与b r i g h t r & b 引脚分开使用。 c o n t r a s t 引脚：通过调节该引脚的电压值可以调节r g b 输出通道信号的对比度， 连接方式同c o l o r 引脚。 t i n t 引脚：通过调节该引脚上的电压可以分别使一行内r ，g b 信号脉冲的幅值的 单位一致。不会造成采样丢失现象。该引脚的连接方式同c o l o r 引脚。 6 3 东北大学硕士学位论文第四章驱动电路部分 4 4 本章小结 本章主要介绍了视频处理的相关理论和l c d 驱动电路的设计方案。理论部分主要 包括模拟视频信号的分类，色度空间的种类，视频采集格式的样式，以及液晶本身的一些 特性。这些内容作为设计之前的一些信息对设计是相当重要的，也是必不可少的。在设 计部分本章介绍了l c d 驱动电路的具体设计方法。采集卡输出的模拟信号开始一直到 l c d 显示模块，整个信号的流程都是本章设计部分要说明的主体。完成了混合视频信号 到r g b 信号的转变，并对转换出的r g b 信号进行亮度、色度、饱和度等指标的调节。 同时也完成了时序的搭配，完成了从输入的行场同步信号到l c d 显示模块需要的各种 信号的转换以及各信号之间的搭配。在应用中实际效果比较好。 6 4 东北大学硕士学位论文第五章结论 第五章结论 本论文主要完成视频图像采集处理系统l c d 液晶驱动电路的硬件电路设计以及 d s p 平台相应的软件调试。根据系统的功能和设计要求，完成了系统的整体结构设计， 硬件部分详细阐述了系统中各部分之间的接口设计的具体思路以及具体实现方案。软件 部分对系统的初始化程序设计进行了较为详细得介绍，其中包括d s p 平台b i o s 模块的 初始化以及s a a 7 1 1 1 a 的初始化，并对当今d s p 领域的发展、视频信号和视频显示标 准作了简要介绍。 本系统主要功能是视频信号的采集与重放，以及通过l c d 驱动电路对模拟信号进 行实时显示。可以完成部分单幅图像的采集和重放过程，其中需要在d s p 中完成采集 图像的存储和简单的预处理过程，系统中前后分别用到了d s p 的存储器接口，串行口 和e d m a 等功能来完成相应的任务。其区别于一般处理器的视频图像采集系统特点是 处理速度快，容量大，系统资源丰富。 通过本系统的设计，对t i 公司的t m s 3 2 0 c 6 0 0 0 系列高性能d s p 和视频处理的知 识有了更进一步的了解。d s p 丰富的片内外设和强大的接口能力以及c c s 工具的出现， 不但降低了系统设计的复杂程度，而且在软件的调试上带来了很大的方便。 总体来说，系统的搭建比较顺利，d s p 模块程序都可以协调工作，功能部分已经实 现。但是还有许多不足，不足之处在于系统的抓拍和重放的部分一些复杂时序搭配有问 题，在实现功能上还有些障碍，系统的电源模块考虑不够周到，虽然在设计之初预估了 系统负载电流和功耗问题，但是没有做好散热工作，导致系统满负荷运作时芯片发烫。 其次，本系统只能对单幅图像进行采集和重放，暂时还无法实现多图像的连续采集和重 放过程。作为改进措施可以引入双体存储交替访问的方案，即再增加一片高速图像缓存 s r a m 和原来的高速图像缓存构成双体存储区。由d s p 和a d 和d a 转换器以乒乓方 式交替访问这两个缓存，因此，d s p 和a d ，d a 转换器能并行工作而无需互相等待， 从而完成系统多图像采集的任务。 一6 5 东北大学硕士学位论文参考文献 参考文献 1 t m s 3 2 0 c 6 7 11h a r d w a r ed e s i g n e r sr e s o u r c eg u i d e j 】2 0 0 2 ，2 0 - 2 6 2 t m s 3 2 0 c 6 7 1 1f l o t i n g - p o i n t d i g i t a l s i g n a l p r o c e s s o r s 【习2 0 0 4 ，1 1 1 5 3 a p p l i c a t i o n su s i n gt h et m s 3 2 0 c 6 0 0 0e n h a n c e dd m a j 2 0 0 4 4 周建江，戴明桢p c 机与单片机& d s p 数据通信技术选编 m 】北京：北航出版社，2 0 0 3 ， 5 t m s 3 2 0 c 6 0 0 0t o o l s ：v e c t o rt a b l ea n db o o tr o m c r e a t i o n 阴2 0 0 4 ，2 2 4 5 6 t m $ 3 2 0 c 6 7 l ld s kt e c h n i c a lr e f e r e n c e 2 0 0 4 7 t m s 3 2 0 c 6 0 0 0d s p b i o su s e r sg u i d e 2 0 0 3 8 李方慧，王飞，何佩t m s 3 2 0 c 6 0 0 0 系列d s p s 原理与应用 m 北京：电子工业出版 社，2 0 0 3 9 彭启琮，管庆d s p 集成开发环境c c s 及d s p b i o s 的原理与应用 m 】北京：电子工业 出版社，2 0 0 4 1 0 王新成高级图像处理技术【m 】北京：中国科学技术出版社，2 0 0 1 1 1 t m s 3 2 0 c 6 0 0 0c p ua n di n s t r u c t i o ns e tr e f e r e n c eg u i d e j 2 0 0 3 ，1 5 1 6 1 2 何立民，2 c 总线应用系统设计 j 】b 京：航空航天大学出版社，1 9 9 5 1 3 t m s 3 2 0 c 6 7 11i m a g e v i d e op r o c e s s i n gl i b r a r yp r o g r a m m e r sr e f e r e n