基于TMS320C6455的視頻動目標檢測裝置設計

摘要：介紹一種基于高速DSP芯片TMS320C6455構建的視頻動目標檢測裝置，有效地利用6455的大容量內存空間等特點，采用EDMA功能實現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠古揖彌_結構設計，軟件設計是基于背景更新的動目標檢測算法，測試結果證明該裝置功能完備，實時性好，環(huán)境適應性強，在實時監(jiān)控等領域有很大的應用前景。
關鍵詞：動目標檢測；背景更新；TMS320C6455；SAA7113H

視頻動目標檢測與跟蹤技術是當今世界重要的研究課題，它涉及圖像處理、自動控制、計算機應用等學科，廣泛應用于軍事領域的各個方面：預警、火控、制導等；在民用領域的應用也隨著該技術的日益成熟，以及成本的大幅度下降而逐漸得到越來越廣泛的推廣。
所謂視頻動目標檢測裝置是一個可以完成標準制式視頻圖像的采集和處理，從而實現(xiàn)運動目標識別與跟蹤的智能圖像處理系統(tǒng)，這類系統(tǒng)具有運行復雜靈活的算法以及處理大數(shù)據(jù)量視頻圖像的能力，還要求系統(tǒng)具有實時性，同時體積、功耗、穩(wěn)定性等也有較嚴格的要求。本文從系統(tǒng)設計的角度出發(fā)，采用TI公司的TMS320C6455高速DSP芯片，以FPGA、SAA7113H等高集成度的外圍電路構建了一種滿足實時性要求的動目標檢測裝置，該裝置體積小、功耗低，在實時監(jiān)控等領域有很大的應用前景。

1 系統(tǒng)硬件設計
1．1 TMS320C6455簡介
TMS3206455是TI公司推出的最新高速DSP，其主要特點是結構上采用了Veloei(VLIW：Very Long Instruction Word)超長指令字內核結構，最高時鐘頻率為1．2 GHz，每個周期可以同時執(zhí)行8條32 bit的指令，16位定點處理能力可達到9 600 MIPS／MMACS(16-bits)。片內采用2級高速緩存結構，其中L2有2 096 K字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)空間可供使用，6455還具有強大的外部存儲器接口EMIF，可以連接DDR2等高速外部存儲器，同時集成了高速串行接口SRIO，方便多DSP以及DSP與FPGA之間的數(shù)據(jù)傳輸。這些都可以滿足圖像處理算法產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)對高速交換空間的需求，非常適合作為這類算法的硬件處理平臺。
1．2 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)的硬件組成是基于TMS3206455構成的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，輸入模擬視頻信號經(jīng)圖像解碼器SAA7113H將其解碼為422YUV(CCIR-656)格式碼流，并傳送至FPGA進行數(shù)字信號處理。TMS3206455通過EDMA方式從FPGA中實時采集數(shù)字圖像，可以緩存在DSP內部或通過EDMA方式存入DDR2中，DSP程序根據(jù)算法提取出運動目標并進行跟蹤。另外系統(tǒng)還利用FPGA和SAA7121H視頻編碼芯片實現(xiàn)了字符的疊加顯示功能，可程控字符、十字絲和目標提示框等一系列提示信息的直觀實時顯示。其硬件總體框圖如圖1所示。

1．3 視頻采集
視頻采集芯片選擇Philips公司的視頻解碼SAA7113H，該芯片的主要作用是把輸入的模擬視頻信號解碼成標準的VPO數(shù)字信號，相當于視頻A／D器件，由DSP通過I2C總線接口對SAA7113H進行初始化設置，輸出YUV422格式的數(shù)字圖像，每幀720x625個像素。
TMS3206455提供有一個標準的I2C接口，可以直接控制本地的外圍器件(如A／D、D／A等)，兼容Philips公司的2．1版本I2C規(guī)范，快速模式的通訊速率可達400 Kbps，并且支持7位和10位的設備地址模式。SAA7113H、SAA7121H的硬件配置如圖2所示。

標準的視頻制式有3種：PAL、NTSC和SE-CAM，都采用隔行掃描技術，一幀圖像傳送兩次，分別為奇場圖像和偶場圖像。SAA7113H的輸出也是隔行掃描圖像，一般在圖像檢測處理系統(tǒng)中，只需要采集圖像中間的512x256像素，邊緣像素數(shù)據(jù)可以忽略。即在行有效時，取中間的512個像素的數(shù)據(jù)，在奇、偶場圖像分別取中間的256行像素數(shù)據(jù)作為場圖像。為了提高系統(tǒng)實時性，動目標檢測裝置在處理過程中采用按場處理(50 Hz)的方式，即在20 ms時間內完成對的一場隔行圖像的處理，提高輸出信息的實時性。