基于DSP的嵌入式视频监测

近几年，随着DSP及嵌入式技术的快速发展，采用DSP嵌入式系统的视频设备已在各领域中被广泛应用。本文利用ADSP Blackfin533(BF533)为核心处理器，设计了视频检测系统，实现了视频图像的采集、处理和网络传输，该系统具有体积小、功耗低、性能高、可便携等优点。

　　1 系统硬件平台设计

　　系统工作原理：由图像传感器采集到的图像信号以YUV(4：2：2)的格式输出，通过BF533的PPI接口以DMA方式存入SDRAM。当采集完一帧数据后，BF533从SDRAM中读入数据进行位图数据格式转化，将位图图像数据通过以太网接口传输到远程PC机上，然后系统继续采集下一帧图像。

　　1.1 处理器

　　Blackfin处理器是ADI公司与Intel公司2003年4月联合开发的体现高性能体系结构的首款第四代DSP产品，主要面向嵌入式音频、视频和通信等领域。ADSP-BF533是目前Blackfin系列数字信号处理器中性能较高的一款，具有600MHz的主频、双16位的MAC(乘加器)和两个40位的ALU(算术逻辑单元)、四个8位的视频处理单元、八个算术寄存器、10个地址寻址单元，并且集成了大量的外围设备和存储器接口，每秒运算速度最高达到1200MMAC(兆次乘法加法运算)，并且ADSP-BF533在达到600MHz性能水平时的功耗仅为280mW，能耗很小。在图像处理上的优点更为突出，可针对图像特点运用二维DMA传输数据，大大加快和方便图像数据的传送和处理。ADSP-BF533系列DSP具有接口丰富，性能优良，更具有视频处理接口及独立的视频指令，特别适用于各种音视频、网络设备领域，充分满足了系统技术指标的要求，在实际中获得了广泛的应用。

　　1.2 图像传感器

　　美国Omnivision公司的彩色图像传感器OV7660具有30万像素，芯片的像素阵列达到1300x1280，具有高灵敏度采光、低功耗电源供电等特点且功耗低、体积小，在摄像手机、网络视频等方面应用比较广泛。通过先进的传感器技术，还可以通过减少或者消除图像瑕玷中的普通光/电资源(如固定样式噪音(FPN)、拖尾效应、闪光等)来产生比较清晰、完全、稳定的彩色图像。对于本系统来说，是一种很好的选择。

　　0V7660图像传感器，内置自动曝光控制(AEC)、自动增益控制(AGC)、自动白平衡(AWB)等功能，支持SXGA、VGA、QVGA、QQVGA、CIF、QCIF和QQCIF，可输出RGB、YUV和YCbCr等多种视频数据格式。0V7660通过一个专用的Camera InteRFace接口与核心处理芯片BF533的PPI接口连接，接口电路如图1所示。

　　为使芯片正常上作，需要通过串行视频控制总线(SCCB)总线来配置OV7660的内部寄存器，使芯片输出格式正确的彩色图像数据。

　　1. 3 系统硬件结构

　　要完成系统的功能，除了处理器和图像采集模块，通过B1ackfin533的丰富接口，在开发过程中还要用到以下模块。

　　(1)SDRAM模块为系统提供内核运行、程序运行、数据缓存的空间;

　　(2)FLASH模块为系统提供存储空间;

　　(3)系统调试、移植、交叉编译、需要UART接口和JTAG调试接口;

　　(4)图像数据的网络传输需要以太网接口。

　　当然系统还应有电源模块、系统复位电路、时钟模块等，系统硬件结构如图2。

2 系统的软件设计

　　系统的软件部分包括三部分，嵌入式uClinux(操作系统，图像传感器0V7660和网络控制器CS8911A的驱动程序，系统的应用程序。

　　2.1 嵌入式uClinux操作系统

　　本系统采用开源、可剪裁、安全性和实时性好的嵌入式uClinux操作系统作为软件开发平台，保证了系统的稳定性和数据的快速准确传输，并提供了完善的网络支持。uClinux并为应用程序的设计提供了众多API接口函数，方便了编程实现过程。

　　嵌入式uClinux系统是由Boot Loader引导程序、系统内核、根文件系统组成。软件交叉编译环境为Windows系统下的coLinux，该操作环境具有模拟uClinux操作系统的功能，在拥有colinux环境的基础上，选择合适的开发工具可以加快开发速度，节省开发成本。软件编程语言为标准C语言，具有良好的可移植性。

　　2.2 OV7660和CS8911A驱动程序

　　Blackfin533 uClinux kernel中带有一些硬件驱动模块，缩短了开发周期。系统上电后，将自动检测视频设备OV7660，视频设备被检测到后，将自动调用在配置内核时已经加载到uClinux中的OV7660的驱动程序模块PPI_ov7660。

　　图像数据的网络传输在Linux的平台上采用服务器/客户端模型，网络控制器CS8911A的驱动程序因为已经很成熟了并且对外公开，直接采用了开发好并已经移植到uClinux内核中的设备驱动程序。

　　2.3 系统应用软件设计

　　本系统的应用软件设计分为图像采集设备初始化、数据格式转化和图像的捕捉三部分。视频图像采集的程序流程图如图3。

　　2.3.1 图像采集设备初始化

对于uClinux操作系统，它将设备看作文件，因此，想