基于DM6437的图像采集和处理系统小波变换毕业设计论文.docx

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基于DM6437的图像采集和处理系统小波变换毕业设计论文

基于DM6437的图像小波变换

实习题目：

基于DM6437的图像采集和处理系统

调研时间：

2013年5月7日至2013年5月17日

摘要--------------------------------------------------------------------3

Abstract----------------------------------------------------------------3

第1章绪论--------------------------------------------------------------4

1.1课题背景-------------------------------------------------------------4

1.2DM6437达芬奇图像处理套件介绍----------------------------------------6

第2章CCS软件操作------------------------------------------------------８

2.1设计原理------------------------------------------------------------8

2.2环境设置------------------------------------------------------------9

2.3软件操作-----------------------------------------------------------11

第3章上位机软件的应用------------------------------------------------14

3.1安装板卡USB驱动----------------------------------------------------14

3.2界面概述-----------------------------------------------------------15

3.3软件使用-----------------------------------------------------------16

第4章硬件电路设计-----------------------------------------------------18

4.1图像输入输出部分------------------------------------------------------19

4.2TVP5146图像A/DD/A转换部分-------------------------------------------20

4.3DDR2存储部分---------------------------------------------------------21

4.4FLASH部分-----------------------------------------------------------22

4.5JTAG下载部分---------------------------------------------------------23

4.6电源复位部分---------------------------------------------------------23

第5章图像采集和缩放变换----------------------------------------------24

5.1程序运行过程及结果-------------------------------------------------24

5.2摄像头驱动和显示程序-----------------------------------------------26

5.3图像缩放算法程序---------------------------------------------------35

第6章使用USB传送图片-------------------------------------------------37

6.1发送图片到DSP并显示------------------------------------------------37

6.2从DSP读取图片并在ＰＣ端显示----------------------------------------39

第7章变换后的图像读取-------------------------------------------------42

参考文献---------------------------------------------------------------43

附录-------------------------------------------------------------------43

基于DM6437的图像小波变换

[摘要]以TMS320DM6437为主控芯片，讨论一种基于DSP/BIOS类／微型驱动模型的图像采集与视频图形阵列（VGA）显示系统设计方法．在类／微型驱动模型中将驱动模型分为与硬件无关（类驱动）和与硬件相关（微型驱动）的两层，应用程序通过调用类驱动来间接调用微型驱动函数，从而达到控制图像采集及VGA显示的目的．实验结果表明：

系统可以很好地实现DM6437的图像采集与VGA显示。

关键词:

TMS320DM6437芯片；图像采集；类驱动；微型驱动；视频图形阵列

ImageAcquisitionandProcessSystemDesignBasedonDM6437

[Abstract]Inthissystem,TMS302DM6437istakenforthemasterchip.AmethodwhichbasedonDSP/BIOSclass/minidrivermodeisdiscussed,sotheimageacquisitionanddisplayinvideographicsarray（VGA）monitorisrealized.

Theclass/minidriveisdividedintotwolayers.Oneisdevice-independentlayer（classdrive）andtheotherisdevice-specificlayer（minidriver）.InordertocontroltheimageacquisitionanddisplayinVGAmonitor,classdriverAPIisusedtocalltheminidriverfunctionindirectly.TheresultsoftheexperimentsbasedonDM6437systemareshownthatthemethodcanachieveidealeffectofimageacquisitionanddisplayinVGAmonitor.

[Keywords]TMS302DM6437chip;imageacquisition;classdriver;minidriver;videographicsarray

第一章绪论

1.1课题背景

数字图像采集处理技术是20世纪60年代随着计算机技术和VLSYVeryLargeScaleIntegration的发展而产生、发展和不断成熟起来的一个新兴技术领域它在理论上和实际应用中都取得了很大的成就。

在其发展史上首次获得成功应用的是美国喷气推进实验室JPL。

他们对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的几千张月球照片进行图像处理如几何校正、灰度变换、去除噪声等并考虑了太阳位置和月球环境的影响。

随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图为人类登月创举奠定了基础也推动了数字图像处理这门学科的诞生。

从20世纪70年代中期开始随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展数字图像采集处理技术向更高、更深层次发展。

人们已开始研究如何用计算机系统解释图像类似人类视觉系统理解外部世界这被称为图像理解或计算机视觉。

20世纪80年代末期人们开始将其应用于地理信息系统研究海图的自动读入、自动生成方法。

数字图像处理技术的应用领域不断拓展。

数字图像采集处理技术的大发展是从20世纪90年代初开始的。

自1986年以来小波理论与变换方法迅速发展它克服了傅立叶分析不能用于局部分析等方面的不足之处被认为是调和分析半个世纪以来工作之结晶。

Mallat在1988年有效地将小波分析应用于图像分解和重构。

小波分析被认为是信号与图像分析在数学方法上的重大突破。

随后数字图像采集处理技术迅猛发展到目前为止图像处理在图像通讯、办公自动化系统、地理信息系统、医疗设备、卫星照片传输及分析和工业自动化领域的应用越来越多。

进入21世纪随着计算机技术的迅猛发展和相关理论的不断完善数字图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就。

属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等。

该技术成为一门引人注目、前景远大的新型学科。

图像是人类获取和交换信息的主要来源因此图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。

随着科学技术的发展数字图像处理技术的应用领域也将随之不断扩大。

数字图像处理技术未来应用领域主要有以下七个方面

1航天航空技术方面数字图像处理技术在航天航空技术方面的应用除JPL对月球、火星照片的处理之外另一方面是在飞机遥感和卫星遥感技术中。

图像在空中先处理数字化编码成数字信号存人磁带中在卫星经过地面站上空时再高速传送下来然后由处理中心分析判读。

这些图像无论是在成像、存储、传输过程中还是在判读分析中都必须采用很多数字图像处理方法。

现在世界各国都在利用各类卫星所获取的图像进行资源调查、灾害检测、资源勘察、农业规划、城市规划。

在气象预报和对太空其它星球研究方面数字图像处理技术也发挥了相当大的作用。

2生物医学工程方面数字图像采集处理技术在生物医学工程方面的应用十分广泛且很有成效。

除了CT技术之外还有一类是对医用显微技术的处理分析如染色体分析、癌细胞识别等。

此外在X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊断方面都广泛地应用图像处理技术。

3通信工程方面当面通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的流媒体通信。

其中以图像通信最为复杂和困难因图像的数据量十分巨大如传送彩色电视信号的速率达100M/s以上。

要将这样高速率的数据实时传送出去必须采用编码技术来压缩信息的比特量。

在一定意义上讲编码压缩是这些技术成败的关键。

4工业工程方面在工业工程领域中图像采集处理技术有着广泛的应用它大大提高了工作效率如自动装配线中质量检测流体力学图片的阻力和升力分析邮政信件的自动分拣在一些恶性环境内识别工件及物体的形状和排列状态先进设计和制造技术中采用工业视觉等等。

其中值得一提的是研制具备视觉、听觉和触觉功能的智能机器人将会给工农业生产带来新的面貌目前已在工业生产中的喷漆、焊接、装配中得到有效的利用。

5军事公安方面在军事方面图像处理和识别主要用于导弹的精确制导各种侦察照片的判读具有图像传输、存储和显示的军事自动化指挥系统和模拟训练系统等公安方面主要用于指纹识别、人脸鉴别、不完整图片的复原以及交通监控、事故分析等。

目前已投入运行的高速公路不停车自动收费系统中的车辆和车牌的自动识别就是图像采集处理技术成功应用的例子。

6文化艺术方面的应用目前这类应用有电视画面的数字编辑、动画的制作、电子图像游戏、纺织工艺品设计、服装设计与制作、发型设计、文物资料照片的复制和修复、运动员动作分析和评分等等。

目前正在形成一门新的艺术——计算机美术。

7其它方面的应用数字图像采集处理技术已经渗透到社会生活的各个领域如地理信息系统中二维、三维电子地图的自动生成、修复等教育领域各种辅助教学系统研究、制作中流媒体技术领域等等。

1.2DM6437达芬奇图像处理套件介绍

EL-DM6437EVM达芬奇视频开发板通过专用的DDR2存储控制器接口扩展了64MBytes的DDR2SDRAM，为视频应用带来了高吞吐、高容量存储带宽，并可以扩展到最大256MByte；256MBit的NorFlash为视频应用程序脱机运行提供了有力的容量保证；板卡通过一个视频解码芯片和CPU连接，使得CPU可以接受外部的复合视频信号输入和S信号输入，信号都是自动检测，大大提高了视频处理的灵活性；CPU还提供视频DAC，通过几个运算放大器即可把DDR2存储器内的数据输出为用户可观察到的信号，非常方便；除此之外，板卡还包括很多资源，包括音频输入输出、10M/100M的自适应以太网接口、USB2.0接口、实时时钟、4位LED指示和4位DIP开关量输入、CAN总线及UART接口等等一系列功能；最重要的是所有外部存储器接口信号都连接到扩展接口上，用户可以通过设计外部子板扩展自己的功能。

板上还包括灵活的端口复用切换，使得用户可以根据不同场合使用不同的端口配置，最大的利用CPU各种功能。

板卡通过标准接口提供电源输入，采用单5v的供电方式，注意供电电流需要大于1安培，电源调节模块为微处理器及其他外设提供3.3V和1.04/1.2V（对应不同频率CPU）电压。

在使用该系列板卡开发过程中可以通过J1接口连接仿真器。

可以通过下面图片预览：

第二章　CCS软件操作

2.1设计原理

视频图形阵列（VGA）是一种视频传输标准，具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点。

VGA技术在一些既要求显示高分辨率图像又无需使用计算机的设备上应用却很少见到。

一个完整的图像处理系统不但要具备图像数据的采集功能，还应对图像进行实时显示，最重要的是完成对图像数据的算法研究。

DM6437DSP芯片采用了C64+系列处理器，主频达到600MHz，能够快速地处理图像数据，广泛用于移动物体检测系统的设计。

图为视频采集及显示系统。

系统主要包括图像采集和图像显示两个部分。

图像采集模块由CCD传感器、视频解码芯片TVP5146和DM6437的视频处理前端（VPFE）构成。

图像显示模块由视频处理后端（VPBE）和视频图形阵列（VGA）显示器构成。

DM6437通过

总线对TVP5146芯片进行配置，例如输入时钟频率、视频制式及视频输入格式等。

TVP5146芯片在同步信号的控制下，通过８位数据线将采集的图像数据，以YCbCr视频数据流的格式传输至VPFE；然后，由VPFE的CCDC模块对图像进行预处理，并存入DDR2中。

此外，DM6437的视频处理后端（VPBE）读取存储在DDR2中的视频图像信号，将数字信号转换成模拟信号在行同步和场同步信号下完成VGA的显示。

视频采集及显示系统

Videoacquisitionanddisplaysystem

2.2环境设置

1、打开CCS3.3的设置程序

，出现如下界面：

如果左边栏SystemConfiguration有其他配置，请选中，并点击下方的Remove删除掉。

2、中间栏里选项太多，我们通过3个属性进行筛选：

Family、Platform、Endian，如下：

3、然后把DM6437EVMXDS510USBEMULATOR拖到左边栏即可：

4、还需要替换GEL文件以适合我们的开发板，在CPU_0点击鼠标右键－》

：

Gel文件位于光盘目录“EL_DM6437Sample_Code”下的EL_dm6437.gel。

4、点击Save&Quit，会询问是否开启CCS。

2.3软件操作

2.3.1连接CCS和EL_DM6437开发板

1、连接好仿真器和EL_DM6437的JTAG口，插入EL_DM6437电源，打开CCS：

2、点击菜单Debug－》Connect，或者快捷键Alt+C进行连接：

3、连接成功后显示信息，如下所示，连接时CCS会根据Gel文件自动初始化CPU。

2.3.2打开和创建工程

1、如果CCS安装在C:

\CCStudio_v3.1，在C:

\CCStudio_v3.1\myprogects文件下新建一个practice文件夹。

2、把C:

\CCStudio_v3.1\tutorial\target\consultant文件夹下的内容复制到新建的文件夹里。

目标与当前CCS的配置有关。

在使用CCS前必须进行配置，CCS里没有默认的配置。

关于CCS配置的详细介绍请参照第三章。

3、选择Project->New。

4、在ProjectName框里输入工程名：

（例如:

practice）。

5、在Location框里输入或者浏览第一步创建的文件夹。

6、工程类型默认为可执行的（.out）文件，目标设置为CCS当前的配置。

7、点击Finish，CCS创建一个叫做practice.prj的工程文件。

文件里存储了工程配置和工程所需要的各种相关文件。

8、选择Project->AddfilestoProject，把文件加到工程里。

你也可以在左边的工程视图窗口里右击工程，选择AddfilestoProject。

9、从你所创建的文件夹里添加main.c,DoLoop.c,和lnk.c（映射内存的连接命令文件）。

浏览C:

\CCStudio_v3.1\c6000\cgtools\lib\目录，为所配置的目标添加相应的rts.lib。

2.3.3编译构建程序

创建了一个功能程序后，你就可以构建（build）它。

构建主要完成编译（compile）与连接（link）。

第一次使用全构建（BuildAll）功能便可以构建工程，以后可以使用增量构建（Buildtheprojectincrementaly）。

一个输出窗口将会显示构建过程和状态。

当构建完成后，输出窗口将会显示Buildcomplete0errors,0warnings。

当工程选项或文所有件发生改变后，执行RebuildAll命令重建工程。

2.3.4加载程序

程序成功构建后，执行File->LoadProgram加载程序。

加载过程是将上述构建成功，生成的可执行文件加载到目标板，目标板可以是软件仿真环境，也可以是硬件目标板。

默认情况下，CCS集成开发环境将会在你的工程路径下创建一个Debug子目录，把生成的.out文件放在里面。

点击Open加载程序。

注意：

如果你修改并且重新构建了工程，切记通过file－>Reload重新加载程序。

2.3.5设置断点（UsingBreakpoints）

把光标置于所需行上，按F9设置一个断点。

此外，你还可以通过选择ToggleBreakpoint工具条按钮创建断点。

设置断点后，一个红色图标将出现在选择空白区。

再按F9或ToggleBreakpoint按钮将除去断点。

当程序暂停在Main函数处时，通过按F5，选择Debug->Run，或者选择Run工具条来运行程序。

一旦程序运行到断点出，程序将挂起。

2.3.6运行程序

第三章上位机软件的应用

3.1安装板卡USB驱动

双击“EL_DM6437视频开发板.exe”即可开始安装，按照提示一步一步操作即可，有一个注意点：

安装程序会自动安装USB驱动，所以期间会弹出安装驱动但是没有数字签名的对话框，点击“仍然继续”即可：

安装完成在桌面生成如下两个快捷方式：

安装USB驱动器，将下载线插入开发板，桌面弹出驱动安装：

3.2界面概述

打开开始菜单－》所有程序－》北京达盛科技有限公司－》EL_EM6437视频开发板－》DM6437ImageExchanger，即可看到软件界面如下：

3.3软件使用

1）点击“载入图片”，出现打开图片文件对话框：

这里我们选择一个图片，并打开，这时右边区域将显示图片，并且鼠标上实时显示RGB数据，如果图片尺寸大于720*480的一个参数，程序会按照720*480的尺寸按比例缩小图片。

如下图所示，说明图片比较宽，按比例缩小后宽度未能达到720*480的尺寸，右边出现一个空白区域：

2）此时可以点击“图象处理”方框内的处理事件，比如“灰度”，效果如下图所示：

左下方的进度栏也会指示处理进度。

注意，这里的处理是指电脑处理，并非DSP处理！

3）处理完毕的数据可以通过USB传送到DSP并显示到电视屏幕上，点击“发送图片”显示的图片将发送到DSP上。

注意，如果板卡没有连接，也可以打开软件，不过会提示找不到USB设备：

第四章硬件电路设计

硬件电路设计需要了解DM6437芯片的结构组成以及整个系统的设计原理，再次给出设计原理图

可见系统流程为：

后端读取信号

存入存储器

传入前端处理

A/D转换

视频信号输入

显示器显示

把原理图分成模块，用ProtelDXP2004绘制出原理图。

原理图分为如下六个部分：

图像输入输出部分，TVP5146图像A/DD/A转换部分，DDR2存储部分，FLASH部分，JTAG下载部分，电源复位部分。

4.5JTAG下载部分

4.6电源复位部分

第五章图像采集和缩放变换

5.1程序运行过程及结果

1、连接好电脑和仿真器、EL_DM6437和仿真器；

2、用视频线一头连接板卡的P3或者P5，另一头连接显示器的AV输入，并调到AV模式；

3、用视频线连接摄像头输出和板卡的P9插座，注意摄像头输出制式为PAL；

4、给EL_DM6437和摄像头上电，打开CCS并连接；

5、打开WaveletTransform文件夹的工程WaveletTransform.pjt，此工程功能为：

把摄像头捕捉到的一幅图象进行小波变换处理，并将之输出到显示器；

6、下载程序out文件，如果没有就先编译一下Project－》Build（

）；

7、把摄像头对准需要捕捉的图象场地；

8、设置第一个断点，在video_test.c的438行处：

9、点击运行

，稍等片刻后程序停止在断点，此时可以从显示器看到彩色源图象：

10、继续点击运行

，如果成功，显示出缩小1/2后的图象：

并显示：

5.2摄像头驱动和显示程序

voidvpfe_init（Uint32buffer,Uint32width,Uint32height）

{//同步、模式设置

VPFE_CCDC_SYN_MODE=0//0x00032F84;//interlaced,withVDporityasnegative

|（0<<19）//使能SDRAM端口输出到resizer的输入，0＝disable

|（0<<18）//使能视频口videoport,输出到SDRAM，0＝disable

|（1<<17）//数据写使能，控制CCD列数据是否写入DDR，0＝disable

|（1<<16）