DSP原理及应用：第六章 数字图像处理实验箱设计

1、第六章 数字图像处理实验箱设计一.实验系统概述二.系统组成三.实验箱功能 四. 实验简介及总结 一 .实验系统概述 本实验系统采用TMS320VC5416 DSP作为中央处理器，实验箱可实现音视频信号采集、处理，并通过RS232或是USB通信接口实现与PC机的通信，最终在PC机上显示实验结果。 给学生提供了一个能实际动手完成图像处理的平台（包括软件及硬件平台）。在实验箱设计过程中，有本科生参与编写了部分实验程序。二.系统组成实验箱硬件电路系统上位机（PC）软件系统下位机（DSP）软件系统 DSP最小系统视频采集模块音频采集模块数据传输模块系统监控模块电源模块硬件电路系统组成摄像头电源视频采集T

2、VP5150帧存AL422CPLDC5416 DSPSRAMFLASH异步收发器USB通信接口系统监控电平转换计算机仿真器麦克风音频采集AIC23DSP系统：DSP芯片选用TMS320VC5416，160MHz，片内集成了软件可编程的PLL，可由硬件设置或软件编程设置系统的工作频率，本系统采用硬件设置实现。片内集成了128K x 16Bit RAM（包括64K x 16Bit DARAM和64K x 16Bit SARAM），16K x 16-Bit ROM。TMS320VC5416片内外设包括：一个16Bit的定时器/计数器，6个DMA通道，3个多通道缓冲串口（MCBSP），8/16 Bit

3、增强形并行主机接口（HPI 8/16）。电源与复位电路：外部提供12V电源，设计容量为12V/2A，实验箱内部需要5V，3.3V，1.8V，1.6V四组电源。电源部分采用LT1767EMS8-5开关电源芯片产生5V电压，然后通过三个SPX1117分别产生3.3V，1.8V，1.6V电压。复位电路采用专用的DS1832看门狗电路，由软件周期性地对DS1832的计时器进行清除，正常时DS1832不给出复位信号，但当DSP出现故障时，DSP不能及时清除DS1832的计时器，使DS1832计时器溢出，产生复位信号使整个系统复位重新启动。 外部存储器扩展：1M Byte SRAM，1M Byte FLA

4、SHSRAM：1片IS62WV51216，缓存视频和音频数据。FLASH：1片AM29LV80芯片，存储系统的程序，系统上电后，DSP从FLASH中加载监控程序。SRAM和FLASH处于DSP同一地址空间，加载监控程序时，选中FLASH作为外部存储器。系统加载引导结束后，由监控程序负责切换为SRAM作为外部存储器。SRAM、FLASH的1M地址空间分为16页，由CPLD提供页选地址，CPLD中定义了一个页地址寄存器。每一页在DSP数据存储器的0 x80000 xffff地址空间。SRAM和FLASH之间的切换，以及存储器的翻页，都必须操作CPLD中的页地址寄存器。视频采集通道：视频采集通道主要

5、由三部分组成：视频模数转换电路、帧存储器、控制逻辑电路。视频模数转换电路使用TVP5150A，主要功能是：把输入的模拟复合电视信号（CVS）经过数模转换，亮色分离，同步分离，输出数字视频流。帧存储器选用的是AL422B，AL422B是一个先进先出（FIFO），主要功能是作为数字视频流的缓存。控制逻辑电路用1片CPLD（XC9500XL）实现，主要功能是根据DSP的控制命令，在TVP5150A的同步信号和像素时钟的逻辑时序作用下，将一场完整的图像数据采集到AL422B中，同时作为AL422B输出数据的三态控制。CPLD也用做采集图像大小和格式的配置，其内部定义了一系列寄存器，通过这些寄存器的读写

6、来配置图像大小和格式。视频采集通道必须进行初始化后才能开始工作， TMS320VC5416的第二个MCBSP作为GPIO模拟IIC总线，对TVP5150A进行初始化。音频输入输出通道：1片立体声音频编解码芯片TLV320AIC23；音频采样为8kHz 96kHz，可用16至32位量化，码率128Kbps 3072Kbps。输入包括麦克风输入和线性输入两个通道；输出一个耳机输出通道，片内集成了立体声耳机功率放大器。TLV320AIC23与TMS320VC5416的接口有命令接口和数据接口，命令接口是IIC总线，DSP的第二个MCBSP作为GPIO模拟IIC总线，对TLV320AIC23进行初始化

7、。数据接口是多通道缓冲串口，DSP通过MCBSP0与TLV320AIC23与进行数据传输。 实验五 语音采集及滤波语音采集：AIC23到MCBSP口滤波：FIR、IIR滤波器回放输出： MCBSP口到AIC23滤波前后比较：耳朵听、频谱对比实验箱原理硬件仿真器（XDS5416）：先连好仿真器再实验箱通电、开计算机难点：采集与回放如何同时进行难点：如何避免分段滤波导致的无效输出数据模拟滤波器的截止频率与数字滤波器的截止频率之间有何关系 ？如何编程实现：降低模拟低通滤波器的截止频率？通信接口：2种主机通信接口：USB和UARTUSB口版本标准为V1.0，控制芯片选用CH372，相对于DSP来说CH

8、372速度较低，DSP访问CH372时要求插入等待时钟。USB接口理论数据速率为12Mbps，实测数据速率可以达到4Mbps。 上位机软件系统组成用户界面（图像显示模块）图像处理流程控制模块数据通信模块上位机应用程序结构： 通信模块 消息处理模块图像滤波均衡实验模块边缘检测实验模块运动检测实验模块DCT变换实验模块JPEG编码实验模块用户输入模块图像显示模块下位机软件系统组成图像采集模块：采集原始图像图像处理模块：完成图像处理算法数据通信模块：接收、解析上位机命令DSP实验箱图像处理实验程序结构： 通 信 模 块 消 息 解 析图像采集模块图像处理模块 PC机三. 实验箱功能图像采集（CIF或QCIF）图像处理（图像滤波、边缘检测、运动目标检测、DCT变换、JPEG编码）音频采集、滤波及回放RS232异步串行通信(115200bps)USB通信(120KByte)七. 实验简介图像采集与传输实验图像滤波及图像灰度级均衡实验边缘检测实验运动目标检测DCT变换快速实现及其应用JPEG编码实验系统界面实验一：图像采集与传输实验CIF图像QCIF图像目的：熟悉本实验箱 掌握图像采集方法 掌握USB、串口传输方法 本方案优点：在误操作情况下仍可完成图像采集及传输。提供了图像数据的入口信息，学生可以方便地对图像数据进行各种操作。提供固发送缓冲区作为接口，便于学生对处理完的数