通信系统DSP课程设计基于TI VC5416的黑白图像采集之缩放实现

《通信系统DSP课程设计基于TI VC5416的黑白图像采集之缩放实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信系统DSP课程设计基于TI VC5416的黑白图像采集之缩放实现（18页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 唐胜艳 基于TI VC5416的黑白图像采集之缩放实现 第18页共18页基于TI VC5416的黑白图像采集之缩放实现学生姓名： 指导老师： 摘 要 本课程设计主要是设计一个基于TIVC5416的黑白图像采集之缩放实现，在TIVC5416 DSP芯片上完成对黑白图像采集、缩放的编程，软件编程主要采用模块化的设计思想，把程序细化成易于实现的小模块。编程的语言主要采用执行效率高的汇编语言编写。通过CCS3.0仿真平台最终成功实现了黑白图像的采集和缩放。通过最后的仿真结果可知，基于TIVC5416的黑白图像采集之缩放实现已初步达到了设计指标，达到了预期设计效果。关键词：TIVC5416,黑白图像采

2、集，缩放，汇编语言，CCS仿真Based on TI VC5416 black and white image acquisition of scaling realizedThe students name:Tang Shengyan Guide teacher: Gao MingAbstract：This course is designed to design a black and white image acquisition based on TIVC5416 realize the scale, TIVC5416 DSP chip in to black and white im

3、age acquisition, complete with zoom programming, software programming mainly uses the modular design thought, the program into easy to realize the little refinement module. Programming language mainly adopts high efficiency of the assembly language. Through the CCS3.0 simulation platform ultimately

4、successful realized the black and white image collection and zoom. Through the last of the simulation results, it is known that the TIVC5416 based on the black and white image collection zoom realize the preliminary already reached the design index, achieve the expected effect of design.Key words: T

5、IVC5416, black and white image acquisition, zoom, assembly language, CCS simulation1引 言DSP1（digital singnal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，将其转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据翻译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过了通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速

6、度，是最值得称道的两大特色。DSP既是Digital Signal Processing的缩写(数字信号处理的理论和方法)也是Digital Signal Processor(用于数字信号处理的可编程微处理器)的缩写。我们所说的DSP技术,则一般指将通用的或专用的DSP处理器用于完成数字信号处理的方法和技术。1.1 课程设计的目的科技的进步带动了DSP技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了巨大的变化，我们已经进入了高速发展的信息时代，DSP技术也成为当今科技的主流之一，被广泛地应用于生产的各个领域。对于本次课程设计，其目的在于： (1)算法原理与方法。对算法的原理进行详细的阐述。 (2)实

7、现平台介绍。TI VC54162及实验板的简单描述。 (3)硬件资源的设置。对外设及内核的配置。 (4)算法实现及流程。给出算法的流程图及核心代码。 (5)软仿真、调试及结果。在CCS3.33开发环境下进行软仿真，调试，给出截图并简单叙述过程。 (6)画出系统原理图。采用Protel、Or CAD等原理图软件。1.2 课程设计的要求 本课程设计主要要注意以下几方面的内容： (1)综合运用DSP基本技术和信号系统设计方法设计本系统。 (2)学会文献检索的基本方法和综合运用文献的能力。 (3)通过课程设计培养严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。1.3设计平台CCS集成开发环境。CCS(C

8、ode Composer Studio)是TI开发的一个完整的DSP集成开发环境，也是目前使用最为广泛的DSP开发软件之一。现在，所有的TI DSP都可以使用该软件工具来进行开发。在CCS中，不仅集成了常规的开发工具，如源程序编辑器、代码生成工具(编译、连接器)及调试环境，还提供了DSPBIOSTM开发工具。DSPBIOSTM是一个简易的嵌入式操作系统，它大大方便了用户编写多任务应用程序。使用DSPBIOSTM后，还能增强对代码执行效率的监控。目前，CCS已经成为DSP开发过程中不可缺少的工具。2 基本原理2.1 DSP系统简介数字信号处理4的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此

9、在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过A/D转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过D/A转换器实现的。 数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。 数字信号处理的核心算法是离散傅立叶变换(DFT)，是DFT使信号在数字域和频域都实现了离散化，从而可以用通用计算机处理离散信号。而使数字信号处理从理论走向实用的是快速傅立叶变换(FFT)，FFT的出现大大减少了D

10、FT的运算量，使实时的数字信号处理成为可能、极大促进了该学科的发展。 世界上三大DSP芯片生产商是德克萨斯仪器公司(TI) 、模拟器件公司(ADI) 和摩托罗拉公司(Motorola)。这三家公司几乎垄断了通用DSP芯片市场。 图像信号处理的应用已渗透到各个科学技术领域。譬如，图像处理技术可用于研究粒子的运动轨迹、生物细胞的结构、地貌的状态、气象云图的分析、宇宙星体的构成等。在图像处理的实际应用中,获得较大成果的有遥感图像处理技术、断层成像技术、计算机视觉技术和景物分析技术等。根据图像信号处理的应用特点，处理技术大体可分为图像增强、恢复、分割、识别、编码和重建等几个方面。这些处理技术各具特点，

11、且正在迅速发展中。 2.2 TI VC5416芯片简介 图像处理用TI公司的VC5416是TI公司的一款16bit定点高性能DSP芯片，是VC54XX系列中的第三代芯片。主要特征有：速率最高达160MIPS；3条16bit的数据存储器总线和1条程序存储器总线；1个40bit桶形移位器和2个40bit累加器；1个1717乘法器和1个40bit专用加法器；最大8M16bit的扩展寻址空间，内置128M16bit的RAM和16K16bit的ROM个多通道缓冲串口；配有PCM3002，可对语音进行A/D和D/A转换。由于VC5416功耗低，性能高，其分开的数据和指令空间使该芯片具有高度的并行操作能力，

12、在单周期内允许指令和数据同时存取，再加上高度优化的指令集，使得该芯片具有很高的运算速度并且该芯片本身具有丰富的片内存储器资源和多种片上外设，因此在工程界得到了广泛应用。2.3 CCS软件简介该课程设计是基于CCS开发环境的。CCS是TI公司推出的为开发TMS320系列DSP软件的集成开发环境，是目前使用最为广泛的DSP开发软件之一。它采用Windows风格界面，提供了环境配置、源文件编译、编译连接、程序调试、跟踪分析等环节，并把软、硬件开发工具集成在一起，使程序的编写、汇编、程序的软硬件仿真和调试等开发工作在统一的环境中进行，从而加速软件开发进程。本课程设计通过CCS软件平台上应用执行效率高的

13、汇编语言来实现黑白图像采集及缩放实现。一个典型的CCS集成开发环境用户界面如图2.1所示。图2.1 CCS用户界面由上图知整个用户界面由主菜单、工具栏、工程窗口、源程序编辑调试窗口、输出窗口等组成。工程窗口用来组织用户将若干程序构成一个项目，用户可以从工程列表中选择需要编辑和调试的特定程序，可以在工程中添加文件。在源程序编辑窗口中用户可以编辑程序，又可以设置断点、探针调试程序。输出窗口显示编译信息、程序执行结果。CCS主菜单中共有12项，如图2.2所示，各项功能见表2-1。图2.2 CCS主菜单表2-1 主菜单各项功能简介菜单项功能File（文件）文件管理，载入执行程序，符号数据，文件输入/输

14、出Edit（编辑）文字及变量编辑，如剪切、粘贴、撤销、字符串查找View（查看）工具栏显示设置，内存、寄存器和图形显示等Project（工程）工程管理及编译、构建工程等Debug（调试）断点、探针设置、单步执行、复位等Profiler（性能）包括时钟和性能断点设置等GEL（扩展功能）利用通用扩展语言设置扩展功能Option（选项）设置字体、颜色、键盘属性以及动画速度、内存映射Tools（工具）包括引脚链接、端口链接、命令窗口、链接配置DSP/BIOS（实时分析）用来辅助CCS环境实现程序实时调试Window（窗口）包括窗口排列、窗口列表等Help(帮助)CCS在线帮助菜单，包括用户手册、入门指

15、南等常用工具栏由CCS的一些常用命令组成，有6个工具栏，分别是： Standard Toolbar（标准工具条）、GEL Toolbar（GEL工具条）、Project Toolbar（工程工具条）、Debug Toolbar（调试工具条）、Edit Toolbar（编辑工具条）和Plug-in Toolbar（插件程序工具条）。这6个工具栏可在View菜单下找到，如图2.3所示，并可选择是否显示该工具栏。图2.3 View 菜单2.4 黑白图像采集实现原理 在计算机图像处理中，图像缩放（image scaling）是指对数字图像的大小进行调整的过程。图像缩放是一种非平凡的过程，需要在处理效率

16、以及结果的平滑度（smoothness）和清晰度（sharpness）上做一个权衡。当一个图像的大小增加之后，组成图像的像素的可见度将会变得更高，从而使得图像表现得“软”。相反地，缩小一个图像将会增强它的平滑度和清晰度。 压缩卡的图像采集是由VC5416直接完成的。初始化结束后，VC5416按缺省模式或主机命令的要求确定图像的大小和采集速率等参数，然后根据奇、偶场信号和复合同步脉冲信号来采集图像数据。采集流程可分为以下几个步骤：等待场开始。当场开始信号到来时，VC5416进入场处理子程序，开放行中断做好采集一场数据的准备。根据奇、偶场信号可以决定是采集奇场图像还是采集偶场图像。当重复同步信号到

17、来时，VC5416进入中断服务子程序，并将图像数据存入扩展的数据存储器中。当一场或一帧图像各行数据都采集完毕后，关闭中断。基于TIVC5416的黑白图像采集之缩放实现中，DSP接收到场开始信号后进入场处理子程序中。在场处理子程序中，先确定将要采集的图像的大小并设置采集、编码及发送过程中要使用的参数，然后打开行采集中断INT0，延时一定数目的行周期后退出场处理子程序，进入图像采集阶段。采集中断要完成图像采集和其它一些任务。在每行图像采集之间应根据图像大小延时一段时间，以保证采集到的图像位于画面的中心。采集图像时，每隔140ns读取一个A/D转换数据，存入帧缓冲器。由于读取A/D转换结果与写帧缓冲

18、器只用了80ns，因此可以先将图像数据减去128，再存入帧存储器，这样就进行了JPEG编码时就不要执行减128操作了，节约了时间。3 设计步骤3.1程序流程图图像可以看作由无数点（像素）组成，这些点与x轴的每一个角度值相对应，可以利用DSP处理器处理大量重复计算的优势来计算x轴每一点对应的y的值(在x轴取N个点进行逼近)。程序流程图如图3.1所示。3.2 具体实现过程 CCS是一个开放的环境，可以通过设置不同的驱动程序完成对不同环境的支持。CCS setup 配置程序就是用来定义DSP芯片和目标板类型的。在第一次使用CCS之前必须首先运行CCS setup 配置程序。在以后的使用中，若想改变C

19、CS应用平台的类型，可以再次运行该配置程序来改变设置。CCS软件集成了TI公司的Simulator和Emulatord的驱动程序，用户可以直接用TI的仿真器进行开发测试。其配置过程如下，双击桌面上的Setup CCStudio图标，弹出如图3.2所示的对话框。图3.2 CCS配置对话框从Family下拉菜单中选择C54XX，Platform下拉菜单选择xds510 emulator，从该对话框中选择C5416 Device Simulator选项，然后单击Add按钮，如图3.3所示。图3.3用户平台类型该对话框中的Family栏用于设置DSP类型、平台类型、是否进行内存映射等。在配置对话框完成

20、后，单击Add按钮保存设置即完成了配置。完成配置后即可打开CCS仿真软件进行设计。首先创建源文件。（1） 选择File New Source File 命令，编写源代码(见附录一)image.asm。 （2）创建黑白图像采集的链接命令文件image.cmd（见附录二）。 其次是创建工程文件。（1） 打开CCS，点击Project-New,创建一个新工程，其中工程名及路径如图3.4所示。图3.4 创建一个新工程点击完成即可完成工程创建。（2） 右键点击Projects,选择Add Files to project,添加工程所需文件。如图3.5所示图3.5 添加工程文件在弹出的对话框中的下拉菜单中

21、分别选择image.asm和image.cmd点击打开，即可添加源程序到工程中，在Projects窗口中可见两个源文件都已添加进工程。如图3.6所示。图3.6 已添加源文件窗口然后是设置编译与连接选项，点击Projects，选择Build Options，在弹出的对话框中设置相应的编译参数，一般情况下，按默认值就可以；如图3.7所示。图3.7 编译环境设置 同时在弹出的对话框中选择连接的参数设置，设置输出文件名，堆栈的大小以及初始化的方式。如图3.8所示。 图3.8 编译环境设置 最后是工程编译与调试，点击Projects Rebuild all，对工程进行编译，如正确则生成.out文件；若是

22、修改程序，可以使用Project Build 命令，进行编译连接，它只对修改部分做编译连接工作，可节省编译与连接的时间。编译通过生成.out 文件。点击File load program，在弹出的对话框中载入debug 文件夹下的.out 可执行文件，装载完毕。4 仿真结果 假设原图像如下图4.1所示： 图4.1原图像 将该图像放大两倍，可以有很多种算法，最简单的方法为最近领域插值，即将每一个原像素原封不动地复制映射到扩展后对应四个像素中。如图4.2所示。 图4.2放大两倍的图像 这种方法在放大图像的同时保留了所有的原图像的所有信息，但是会产生锯齿现象。 双线性插值的效果对于放大的图像而言较最

23、近领域插值来得平滑，但是却使得图像变得模糊而且仍然会有一部分锯齿现象。如图4.3所示。 图4.3双线性插值法放大的图像 双三次插值更好比双线性插值更好。如图4.4所示。 图4.4双三次插值法放大的图像 对于低分辨率或颜色很少的（通常是从2到256色）图像的放大问题，效果最好的算法是hq2x算法或类似的缩放算法。这些算法将会产生锐边并保留大量的细节，其效果图4.5所示。 图4.5hq2x算法放大的图像 对于照片（以及有许多色阶的光栅图像）的缩放算法可以参看一种被称为超采样（supersampling）的反锯齿算法。如图4.6所示。 图4.6 缩放前后的图像5 出现的问题及解决方法(1)编写相关程

24、序中部分代码出现问题无法运行，对CCS仿真软件也不大熟悉，通过查看原理及相关资料，了解了黑白图像的采集原理和CCS软件的操作说明书，从而正确编写出了设计程序并运行无错。 （2）理论验证时没有彻底搞清楚原理，黑白图像采集过程中出现了错误，导致程序运行结果与理论验证结果不符。在查看相关书籍，同学和老师的帮助下，最终彻底弄清楚了原理，得到了所要的图像。（3）在查找相关资料时不懂取舍，导致查了很多无关的资料。解决方法是首先弄清楚黑白图像采集的相关原理和课程设计的要求。（4）在写论文的过程中也出现了不少的问题，如Visio 2003不知道使用，原理图的绘制比较麻烦，在同学的帮助下，通过多次练习，终于熟练

25、掌握了Visio画图。6 结束语经过四周的摸索以及老师同学的帮助，经过对课程设计的多次修改，我终于顺利按时完成了本次课程设计任务。在这次课程设计中，我遇到了一些课堂中从未遇到的问题，通过网络查找和同学交流，大大促进了设计进程。并在过程中进一步提高了自身的创作、创新水平，扎实基础，扩展所学。这次课程设计不仅让我更加深刻的了解了黑白图像采集之缩放实现的原理，也更加深刻理解了它在通信系统中的重要作用。在整个设计过程中，对我来说收获最大的是那些分析和解决问题的方法与能力。从分析任务书，到如何找到设计原理，以及采用什么平台来实现原理都是环环相扣的一个过程，哪一个步骤出现了问题都会给最终的设计带来麻烦。我

26、的理论知识和实际应用脱节，它需要我将学过的相关知识都系统地联系起来，对学过的理论进行深入的理解，这就为我们以后进行社会生产打下了基础。通过本次课程设计，我真切的体会到了理论与实际工程的联系，架起这座桥梁的就是我们的系统仿真。也正是因为有了系统仿真这个模块才让我们的理论在不至于和实际工程相差很远，也让我们在学校里就可以验证理论知识，说到这里我不得不感到电子世界的奇妙。对于我们在校大学生来说很难遇到很好的机会可以把理论运用到真正的实际工程中去，因为我们没有经验，也因为实际工程的严谨，不存在尝试的可能性，不允许有任何差错。要完整的做好一个设计需要的不仅是懂得理论就可以了。回顾这次课程设计，感慨颇多，

27、在短短的四周时间里，我不仅巩固了以前学过的知识，还学到了很多新知识。这次课程设计使我深刻认识到理论和实践相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把理论和实践结合起来，从实践中得出结论，才是真正自己掌握好的知识，才能提高自己的实际动手能力和独立思考解决问题的能力。同时，完成课程设计的过程中我也发现了自己的很多不足。比如，有时候自己遇到问题做不出来就开始浮躁。通过此次课程设计我知道了做科学需要严谨的态度和广褒的知识，为我以后更好的学习指明了一个努力的方向。我会不断的努力学习，珍惜每次机会，把专业学好，锻炼自己独立思考问题的能力，同时培养自己理论联系实际及动手的能力。最后，这个设计之所以能按

28、时完成离不开老师的指导和同学的帮助，在此对他们表示衷心的感谢，也感谢学校给了我这次锻炼自己和认识自己知识水平的好机会。参考文献1 支长义等.DSP原理及开发应用.北京：北京航空航天大学出版社，2006.2 清源科技.TMS320C54xDSP硬件开发教程.北京：机械工业出版社，2003.3 刘益成.TMS320C54xDSP应用程序设计与开发.北京：北京航空航天大学出版社，2002.4 赵红怡.DSP技术与应用实例（第二版）.北京：电子工业出版社，2008.附件附件一：黑白图像采集源程序/程序名称：image.asm/程序功能：实现黑白图像采集的功能/程序作者：唐胜艳/最后修改日期：2011-

29、11-4/*图像句柄的声明*/VP_Handle vpHchannel0;VP_Handle vpHchannel1;VP_Handle vpHchannel2;/*确定图像的参数*/int numPixels = 720;/每行720个像素int numLines = 576;/每帧576行（PAL）/*采集与显示缓冲区的首址*/Uint32 capYbuffer = 0x80000000;Uint32 capCbbuffer = 0x800675c0;Uint32 capCrbuffer = 0x8009b0a0;Uint32 disYbuffer = 0x80100000;Uint32

30、disCbbuffer = 0x801675c0; Uint32 disCrbuffer = 0x8019b0a0;Uint32 tempYbuffer = 0x80200000; /临时值/*图像格式标志*/Uint8 NTSCorPAL = 0;extern far void vectors();extern volatile Uint32 capNewFrame;extern volatile Uint32 disNewFrame;void main()inti; Uint8 addrI2C;/*等待第一帧数据采集完成*/while(capNewFrame = 0)/*将数据存入显示缓冲

31、区，并清采集完成的标志*/capNewFrame =0;for(i=0;inumLines;i+)/*传送临时Y缓冲区*/DAT_copy(void *)(capYbuffer + i * numPixels), (void *)(tempYbuffer + i * numPixels), numPixels); /*画边框*/ drawRectangle(); for(i=0;i0x33ae0;i+) *(Uint8 *)(disCrbuffer +i) =0x80; *(Uint8 *)(disCbbuffer +i) =0x80;for(i=0;inumLines;i+)/*传送Y缓冲区

32、*/DAT_copy(void *)(tempYbuffer + i * numPixels), (void *)(disYbuffer + i * numPixels), numPixels);/*启动显示模块*/bt656_display_start(vpHchannel1);/*建立显示的实时循环*/for(;)/*当采集区的数据已经采集好，而显示缓冲区的数据已空*/if(capNewFrame = 1)&(disNewFrame = 1)/*将数据装入显示缓冲区，并清采集完成的标志*/capNewFrame =0;disNewFrame =0;for(i=0;inumLines;i+)

33、/*传送临时Y缓冲区*/DAT_copy(void *)(capYbuffer + i * numPixels), (void *)(tempYbuffer + i * numPixels),numPixels);/*画边框*/ drawRectangle(); for(i=0;inumLines;i+)/*传送Y缓冲区*/DAT_copy(void *)(tempYbuffer + i * numPixels), (void *)(disYbuffer + i * numPixels),numPixels);/*画矩形边框函数的定义*/void drawRectangle()int i,j;

34、/*画上边*/ /奇数行 for(i=intALines-4;iintALines;i+) /边框长度 for(j=intAPixels-6;jintDPixels+6;j+) /奇数行边框宽度*(Uint8 *)(tempYbuffer + i*numPixels + j) = 0x00;/偶数行for(i=numLines/2+intALines-4;inumLines/2+intALines;i+) /边框长度for(j=intAPixels-6;jintDPixels+6;j+) /偶数行边框宽度*(Uint8 *)(tempYbuffer + i*numPixels + j) = 0

35、x00;/*画下边*/奇数行for(i=intDLines;iintDLines+4;i+)/边框长度for(j=intAPixels-6;jintDPixels+6;j+) /奇数行边框宽度 *(Uint8 *)(tempYbuffer + i*numPixels + j) = 0x00;/偶数行for(i=numLines/2+intDLines;inumLines/2+intDLines+4;i+)/边框长度for(j=intAPixels-6;jintDPixels+6;j+) /偶数行边框宽度*(Uint8 *)(tempYbuffer + i*numPixels + j) = 0x

36、00;/*画左边*/奇数行for(i=intALines;iintDLines;i+)/边框长度for(j=intAPixels-6;jintAPixels;j+) /奇数行边框宽度 *(Uint8 *)(tempYbuffer + i*numPixels + j) = 0x00;/偶数行for(i=numLines/2+intALines;inumLines/2+intDLines;i+)/边框长度for(j=intAPixels-6;jintAPixels;j+) /偶数行边框宽度 *(Uint8 *)(tempYbuffer + i*numPixels + j) = 0x00;/*画右边

37、*/奇数行for(i=intALines;iintDLines;i+)/边框长度for(j=intDPixels;jintDPixels+6;j+) /奇数行边框宽度*(Uint8 *)(tempYbuffer + i*numPixels + j) = 0x00;/偶数行for(i=numLines/2+intALines;inumLines/2+intDLines;i+)/边框长度 for(j=intDPixels;jintDPixels+6;j+) /偶数行边框宽度 *(Uint8 *)(tempYbuffer + i*numPixels + j) = 0x00; 附录二：图像缩放处理算法

38、函数体程序/程序名称：image.cmd/程序功能：实现图像缩放的功能/程序作者：唐胜艳/最后修改日期：2011-11-4/*图像缩放处理算法函数体程序*/void zoom() int i,j; /定义变量 int int CapX, int CapY; /定义横纵坐标 for (i=0;inumLines;i+) /定义循环变量 for (j=0;j=0) & (intCapXnumPixels) if (i=0) & (intCapY=numLines/2) & (i=numLines/2) & (intCapYnumLines) /传送亮度信号*(Uint8 *)(tempYbuffer + i*numPixels + j) = *(Uint8 *)(capYbuffer + intCapY*numPixels + intCapX); else *(Uint8 *)(tempYbuffer + i*numPixels + j) = 0xFF; else *(Uint8 *)(tempYbuffer + i*numPixels + j) = 0xFF;