实验4_BF561图像采集实验

1、实时数字信号处理基于ADSP-BF561的图像采集系统姓名： 专业： 学号： 日期： 目录第一章 基于ADSP-561的图像采集系统工作原理31.1 CMOS Sensor 图像采集原理31.2 TFT LCD 图像显示原理4第二章 基于ADSP-561的图像采集系统设计62.1 系统硬件结构框图62.2 算法流程图设计62.2.1 Main主程序流程图设计62.2.2 Cmos Sensor初始化流程图设计72.2.3 TFT LCD初始化流程图设计82.2.4 图像传输行场同步设计92.2.5 YUV-RGB图像格式转换算法10第三章 基于ADSP-561的图像采集系统实现113.1 图像

2、采集系统传输参数配置113.1.1 Cmos Sensor PPI与DMA初始化参数配置113.1.2 TFT LCD PPI与DMA初始化参数配置133.1.3 I2C控制总线配置153.1.4 TIM定时器配置153.2图像采集系统程序实现163.2.1 Main主程序实现163.2.2 Cmos Sensor子程序实现173.2.3 TFT LCD子程序实现183.2.4 图像快速处理子程序实现193.2.5 图像慢速处理子程序实现193.3实验结果与分析213.3.1 YUV格式图像读取213.3.2 RGB格式图像读取22第一章 基于ADSP-561的图像采集系统工作原理1.1 CM

3、OS Sensor 图像采集原理CMOS Sensor模组使用的是OV7648的CMOS Sensor芯片。OV7648是美国Omni Vision公司开发的CMOS彩色图像传感器芯片，该芯片将CMOS光感应核与外围支持电路集成在一起，具有可编程控制与视频模/数混合输出等功能，该芯片运用专有的传感器技术，能够消除普通的光电干扰，例如噪声、灯光闪烁等，输出清晰、稳定的彩色图像。其性能特点有：(1)单芯片1/4尺寸(2)2.5V操作电压(3)I2C控制，标准SCCB接口(4)开窗功能，局部图像输出(5)视频信号输出：RGB/RawRGB/YUV/YCbCr(6)自动曝光控制/自动白平衡/自动增益控

4、制/自动亮度控制(7)图像质量控制，包括颜色饱和度、锐度、伽马校正等OV7648具有640*480的图像象素阵列大小，即307200象素，具有12列、6行可选择性质。时序发生器控制如下功能：象素阵列控制和帧产生(VAG，QVGA输出)；内部时钟信号产生和分配；帧率时序；自动曝光控制；外部时序(垂直同步信号VSYNC，水平参考信号HREF和象素时钟PCLK)输出以便外部电路读取图像。OV7648的寄存器和许多功能通过SCCB高速串行接口(SIOC，SIOD)进行操作。其硬件原理图如下图1.1所示。图1.1 硬件原理框图Ov7648使用前需要进行一些寄存器配置操作，可分为三种。(1)OV7648关

5、于CPLD的配置将OV7648启用，先对寄存器CtrlClrReg2赋值CLK_S0，再对寄存器CtrlSetReg1赋值CTRL_OV7648_OUTPUT。(2)OV7648复位操作进入复位，对寄存器CtrlSetReg1赋值CTRL_OV7648_RESET。退出复位，对寄存器CtrlClrReg1赋值CTRL_OV7648_RESET。(3)OV7648的寄存器设置OV7648控制的I2C总线，使用ADSP-BF561的PF口模拟I2C总线的时序。PF15口模拟I2C总线I2C Data。PF14口模拟I2C总线I2C CLK。OV7648的I2C地址配置，对寄存器OV7648_IDE

6、NT_W赋值0x42，对寄存器OV7648_IDENT_R赋值0x43。OV7648同步信号由24MHz晶振提供，LINE_VALID、PIXCLK由ADSP-BF561的PPI外设的PPI_FS1和PPI_FS2提供同步信号。PPI寄存器配置，对寄存器PPI_FRAME赋值480，对寄存器PPI_COUNT赋值640*2-1，对寄存器PPI_DELAY赋值0x01，对寄存器PPI_CONTROL赋值0x001d | DMA32 | PACK_EN。1.2 TFT LCD 图像显示原理TFT LCD模组使用的是TS35ND2501。TS35ND2501是数字真彩液晶屏。其解析度为320*RGB

7、*240，输入接口为RGB24。LCD硬件原理图如图1.2所示。图1.2 LCD硬件原理图TFT LCD的配置有三类。(1)TFT LCD关于CPLD的配置TFT LCD启用进行的配置依次为，对寄存器CtrlClrReg1赋值0xff，对寄存器CtrlSetReg1赋值0x02，对寄存器CtrlSetReg2赋值0x03。(2)TFT LCD的数据总线配置TFT LCD同步信号由ADSP-BF561的PPI外设的PPI_FS1、PPI_FS2和PPI_FS3提供同步信号。PPI的寄存器配置为，对寄存器PPI_FRAME赋值0xcb，对寄存器PPI_COUNT赋值959，对寄存器PPI_CONT

8、ROL赋值0x809E。(3)TFT LCD的数据缓冲区配置TFT LCD数据缓冲区由TFT LCD的时间同步数据和图像数据组成。时间同步数据为320*3*22Byte，位于TFT LCD数据缓冲区的首部。图像的尺寸为320*240，颜色类型RGB24，在数据缓冲区中线性连续排布。图像数据大小为320*RGB24*240。PPI外设DMA的寄存器配置：对寄存器DMA0_CONFIG赋值0x1034，对寄存器DMA0_X_COUNT赋值480，对寄存器DMA0_X_MODIFY赋值2，对寄存器DMA0_Y_COUNT赋值262，对寄存器DMA0_Y_MODIFY赋值2。第二章 基于ADSP-56

9、1的图像采集系统设计2.1 系统硬件结构框图系统硬件结构框图可分为三个部分，第一部分为OV7648 CMOS摄像头，第二部分为ADSP核心板，第三部分为TFT LCD显示器。硬件结构框图如下图2.1所示。图2.1 图像采集系统硬件结构框图该系统以BF561为核心板，通过IIC总线控制OV7648，并使用PPI0输入模式接收OV7648数据，使用PPI1输出模式发送数据到LCD。2.2 算法流程图设计2.2.1 Main主程序流程图设计图像采集系统设计中最重要的功能为OV7648图像实时采集以及LCD实时显示。因此在设计中，使用无限循环函数处理接收的连续帧。主函数流程图如下图2.2所示。图2.2

10、 主函数算法流程图其中在循环处理进程中，可以设定算法选择标志，设置0为选择快速图像处理算法，设置1为选择慢速图像处理算法。2.2.2 Cmos Sensor初始化流程图设计OV7648的初始化包含五个部分：(1)关闭并复位OV7648(2)配置CPLD(3)通过IIC发送OV7648寄存器配置信息(4)PPI、DMA、TIM定时器等DSP片上外设设置(5)设置中断向量表Cmos Sensor初始化流程图如下图2.3所示。图2.3 OV7648初始化算法流程图2.2.3 TFT LCD初始化流程图设计LCD的初始化包含四个部分：(1)关闭LCD；(2)配置CPLD；(3) PPI、DMA、TIM

11、定时器等DSP片上外设设置；(4)分配发送至LCD图片数据的缓存空间；LCD初始化流程图如下图2.4所示。图2.4 LCD初始化算法流程图2.2.4 图像传输行场同步设计图像传输可分为行与场两个部分，场由行组成，一幅完整图像由一场的采样数据组成。因此，设计两个定时器实现行场同步。同步时钟设计如下图2.5所示。图2.5 行场同步时钟设计图行同步一个周期为TH，包含四个部分：THP、THB、THD、THF。其中THD为显示区间，即真实有效的图像数据区间。RGB的THD为320*3=960。THP为5个采样周期(dot)。THB=114 dot。THF=60 dot。场同步一个周期为TV，包含262

12、个TH。同理，TVD为显示区间，值为240。TVP为3*1224个采样周期。TVB=15 TH。TVF=4 TH。1 TH=90+114+960+60=1224.定时器行场同步配置流程如下图2.6所示图2.6 定时器行场同步设计流程图2.2.5 YUV-RGB图像格式转换算法转换算法由矩阵变换实现，矩阵参数为设定值。转换矩阵如下图2.7所示。图2.7 YUV-RGB图像装换算法流程图R = Y + 1.4075 *（V-128）G = Y 0.3455 *（U 128） 0.7169 *（V 128）B = Y + 1.779 *（U 128）第三章 基于ADSP-561的图像采集系统实现3.

13、1 图像采集系统传输参数配置3.1.1 Cmos Sensor PPI与DMA初始化参数配置OV7648使用DSP的PPI 0 并行外设接口传输图像数据。PPI 0 相关寄存器的初始化配置函数如下图3.1所示。图3.1 PPI0寄存器初始化配置程序图程序配置的参数有4个：(1)PPI控制寄存器PPI0_CONTROL(2)PPI延时计数寄存器PPI0_DELAY(3)PPI传输计数寄存器PPI0_COUNT(4)PPI每帧线路数寄存器PPI0_FRAME对PPI0_CONTROL寄存器首先执行的操作是清零，而后设置其初始值。0x001d|DMA32|PACK_EN对应的16bit二进制位为00

14、00 0001 1001 1101。寄存器初始化配置分析如下：第0位：PORT_EN置1，使能PPI；第1位：PORT_DIR置0，PPI处于接收模式，输入；第2-3位：XFR_TYPE3:2置11，输入模式下，非ITU-R 656模式；第4-5位：PORT_CFG5:4置01，在非ITU-R 656输入模式下，2或3个内部帧同步；第7位：PACK_EN置1，包装模式使能；第8位：DAM32置1，32bitDMA宽度使能；第11-13位：DLEN2:0置000，数据长度为8bit第14位：POLC置0，PPI在PPIx_CLK上升沿采样数据第15位：POLS置0，PPIx_FS1和PPIx_F

15、S2上升沿有效PPI0延时计数寄存器设置为0x01，即延时周期数为1。PPI0传输计数寄存器设置为1280，即每行采样点数为1280。PPI0每帧线路数寄存器设置为480，即每帧图像共有480行。DMA相关寄存器的初始化配置如下图3.2所示。图3.2 DMA寄存器初始化配置程序图程序配置的参数有8个：(1)DMA配置寄存器DMA1_0_CONFIG(2)DMA外设映射寄存器DMA1_0_PERIPHERAL_MAP(3)DMA中断状态寄存器DMA1_0_IRQ_STATUS(4)DMA起始地址寄存器DMA1_0_START_ADDR(5)DMA内部循环计数寄存器DMA1_0_X_COUNT(6

16、)DMA内部循环地址增量寄存器DMA1_0_X_MODIFY(7)DMA外部循环计数寄存器DMA1_0_Y_COUNT(8)DMA外部循环地址增量寄存器DMA1_0_Y_MODIFYDMA1_0_x的含义为1号DMA控制器的0号通道。DMA16位配置寄存器分析：第7位：DI_EN，置1为数据中断使能；第5位：RESTART，置1为DMA缓冲清除，直接丢弃；第4位：DMA2D，置1为二维DMA模式，X、Y都包含；第2-3位：WDSIZE，置10，即WDSIZE_32，为32bit传输，同时代表指针寄存器大小为4，即地址增量为4字节。第1位：WNR，置1，指定存储器写。外设映射寄存器DMA1_0_

17、PERIPHERAL_MAP设置为0x0000。在1号DMA控制器0号通道的条件下，默认的外设映射为PPI0。中断状态寄存器DMA1_0_IRQ_STATUS设置为3。二进制位为0000 0000 0000 0011。作用为禁止DMA通道起始地址寄存器DMA1_0_START_ADDR，当前对象的数据缓冲器的起始地址，为用户输入。内部循环计数寄存器DMA1_0_X_COUNT设置为(640*2)/4，代表640个像素点，每个点有两组8bit数据(YUV格式)。内部循环地址增量寄存器DMA1_0_X_MODIFY设置为4，指针寄存器增量为4字节。外部循环计数寄存器DMA1_0_Y_COUNT设置

18、为480，代表480行。内部循环地址增量寄存器DMA1_0_Y_MODIFY设置为4，指针寄存器增量为4字节，代表一行的最后一个字与下一行第一个字之间的偏移量。启动与停止的分析在3.2.2中说明。3.1.2 TFT LCD PPI与DMA初始化参数配置LCD使用DSP的PPI 1 并行外设接口传输图像数据。PPI 1 相关寄存器的初始化配置函数如下图3.3所示。图3.3 PPI1寄存器初始化配置程序图程序配置的参数有3个：(1)PPI控制寄存器PPI1_CONTROL(2)PPI延时计数寄存器PPI1_DELAY(3)PPI传输计数寄存器PPI1_COUNT对PPI1_CONTROL寄存器首先

19、执行的操作是清零，而后设置其初始值。0x8000|PACK_EN|DMA32|0x0010|XFR_TYPE|PORT_DIR对应的16bit二进制位为1000 0001 1010 1110。寄存器配置分析如下：第1位：PORT_DIR置1，PPI处于发送模式；第4-5位：PORT_CFG置10，2或3个外部帧同步。第15位：POLS置1，PPIx_FS1和PPIx_FS2下降沿有效DMA32与PACK_EN为数据打包选项，将4个字节的数据合成一个32bit数据。PPI1延时计数寄存器设置为0xcb，即延时周期数为203。PPI1传输计数寄存器设置为960，即每行采样点数为960。DMA相关寄

20、存器的初始化配置如下图3.4所示。图3.4 DMA寄存器初始化配置程序图程序配置的参数有8个：(1)DMA配置寄存器DMA1_1_CONFIG(2)DMA外设映射寄存器DMA1_1_PERIPHERAL_MAP(3)DMA中断状态寄存器DMA1_1_IRQ_STATUS(4)DMA起始地址寄存器DMA1_1_START_ADDR(5)DMA内部循环计数寄存器DMA1_1_X_COUNT(6)DMA内部循环地址增量寄存器DMA1_1_X_MODIFY(7)DMA外部循环计数寄存器DMA1_1_Y_COUNT(8)DMA外部循环地址增量寄存器DMA1_1_Y_MODIFYDMA1_1_x的含义为1

21、号DMA控制器的1号通道。DMA16位配置寄存器分析：第5位：RESTART，置1为DMA缓冲清除，直接丢弃；第4位：DMA2D，置1为二维DMA模式，X、Y都包含；第2-3位：WDSIZE，置10，即WDSIZE_32，为32bit传输，同时代表指针寄存器大小为4，即地址增量为4字节。外设映射寄存器DMA1_1_PERIPHERAL_MAP设置为0x1000。在1号DMA控制器1号通道的条件下，默认的外设映射为PPI1。中断状态寄存器DMA1_1_IRQ_STATUS设置为3。二进制位为0000 0000 0000 0011。作用为禁止DMA通道起始地址寄存器DMA1_1_START_ADD

22、R，当前对象的数据缓冲器的起始地址，为用户输入。内部循环计数寄存器DMA1_1_X_COUNT设置为(320*3)/4，代表320个像素点，每个点有三组8bit数据(RGB格式)。内部循环地址增量寄存器DMA1_1_X_MODIFY设置为4，指针寄存器增量为4字节。外部循环计数寄存器DMA1_1_Y_COUNT设置为262，代表262行。内部循环地址增量寄存器DMA1_1_Y_MODIFY设置为4，指针寄存器增量为4字节，代表一行的最后一个字与下一行第一个字之间的偏移量。启动与停止的分析在3.2.3中说明。3.1.3 I2C控制总线配置I2C总线的主要作用为配置OV7648的控制寄存器。寄存器

23、参数与所在地址如下图3.5所示。图3.5 OV7648控制寄存器参数程序图获取I2C总线控制权后，数据传输过程如下图3.6所示。图3.6 控制寄存器参数传输程序图3.1.4 TIM定时器配置TIM定时器配置如下图3.7所示。图3.7 定时器初始化配置程序图定时器10实现行同步，时钟周期为1224个点采样周期，脉冲宽度为5个点采样周期。设置为脉冲宽度可调模式。定时器11实现场同步，时钟周期为1224*262(320688)个点采样周期，脉冲宽度为1224*3(3672)个点采样周期。设置为脉冲宽度可调模式。3.2图像采集系统程序实现3.2.1 Main主程序实现主函数根据算法流程图编写，如下图3

24、.8所示。图3.8 程序主函数图3.2.2 Cmos Sensor子程序实现OV7648相关的子程序实现可分为两个部分：(1)OV7648初始化(2)OV7648启动与停止初始化程序依据算法流程图编写，如下图3.9所示。图3.9 OV7648初始化程序图OV7648启动程序如下图3.10所示。图3.10 OV7648启动部分程序图启动过程需要进行的主要操作有四个：(1)再次初始化OV7648所使用的PPI 0外设(2)设置DMA控制寄存器的值，开启DMA(3)设置PPI 0控制寄存器的值，开启PPI 0(4)使能定时器8与定时器9OV7648关闭程序如下图3.11所示。图3.11 OV7648

25、关闭部分程序图关闭过程需要做的操作有三个：(1)DMA控制寄存器置零，关闭DMA(2)PPI 0控制寄存器置零，关闭PPI 0(3)失能定时器8与定时器93.2.3 TFT LCD子程序实现TFT LCD相关的子程序实现可分为两个部分：(1)LCD初始化(2)LCD启动与停止初始化程序依据算法流程图编写，如下图3.12所示。图3.12 LCD初始化程序图LCD启动程序如下图3.13所示。图3.13 LCD启动部分程序图启动过程需要进行的主要操作有三个：(1)设置DMA控制寄存器的值，开启DMA(2)设置PPI 1控制寄存器的值，开启PPI 1(3)使能定时器10与定时器11LCD关闭程序如下图3.14所示。图3.14 LCD关闭部分程序图关闭过程需要做的操作有三个：(1)D