基于DM642的桥梁缆索表面缺陷图像采集及传输系统设

V的电压供电，供芯片正常工作。
1.2 图像存储模块
(1)SDRAM
DM642芯片内部只集成了256 KB的RAM，因此需要在外部存储器接口(EMIF)上扩展存储空间。DM642的EMIF为64 bit的数据总线接口，工作的最高频率为133 MHz，分为4个存储空间(CE0-CE3)，每个有256 MB的寻址空间。它在CE0空间提供了64 bit的SDRAM接口总线(无缝连接)，分配给外扩的SDRAM使用[5-6]。本系统采用了2片32 bit的HY57V283220T-7 SDRAM芯片(为了符合64 bit的接口，必须采用2片32 bit的SDRAM)，在片外扩展32 MB的动态存储空间。
SDRAM在CE0空间的具体定位为：0X80000000-0X81FFFFFF。输入模拟视频经数字化后进入视频端口的BT656(Y:U:V 4：2：2)数据流，以便于图像的压缩编码。在CPLD控制下实现图像数据的重抽样，之后通过EDMA的方式存储到SDRAM中。
(2)FLASH
本系统采用4 M×8 bit的AM29LV320D映射到CE1的低地址空间,用来存储程序，实现系统的自启动。它在CE1空间的具体定位为：0X90000000-0X9007FFFF。DM642的CE1空间被配置成8 bit，以适应自启动要求。4 MB的存储空间需要22根地址线来寻址,而DM642的EMIF口可用地址线只有20条。其中FLASH的最高2根地址线由DM642的GPIO中的GPIO1、GPIO2来模拟地址线，从而实现FLASH的页选。系统BOOT LOADING时，先从第一页拷贝1 K的启动代码到DM642，完成芯片初始化，控制GPIO1、GPIO2口线的组合，完成余下代码的导入。
1.3 图像传输模块
在所设计的系统中，3路CCD采集的缆索1周的图像，经数字化后同时送入DM642的视频端口，并且随着缆索爬升装置的爬升，不断重复采集。采集的图像数据量很大，持续时间较长。如果DM642通过图像处理算法，实时检测图像的缺陷，便要运行大量的算法程序，这就给DM642造成了很大的负担，因此本系统DM642只是对采集的图像数据进行压缩编码，并实时传输到地面的服务器（PC），具体图像识别算法在PC机上进行，这就大大减轻了DM642的负担，提高了DM642实时采集、传输的效率。
鉴于高速、大量图像数据的采集，系统采用DM642的网络接口实现传输。该系统中图像分辨率为720×576，帧频为25帧/s，采用H.263压缩编码算法，压缩比可达100：1，即数据流可压缩为：3×720×576×8×25÷100=2 488 340 b/s，约为2 500 kb/s。考虑到以太网传输，数据传输包头、包尾等附加数据，系统最大数据流为3 000 kb/s=3 Mb/s，而选用的网络接口芯片的传输速度为10 Mb/s，故可以实现图像数据的实时处理与传输。
EMAC提供了数据链路层的功能[7]，所以只需要利用一块物理层的网络芯片――以太网PHY收发器LXT971ALC转换信号，经网络变压器与Internet相连，从而把采集到的图像数据发送到地面服务器(PC)，硬件连接电路图如图3。其中：DM642的各信号线与PHY网络收发器芯片LXT971ALC的对应信号线直接连接，输出数据经网络变压器13F-60LDNL以及RJ45接口连接到Internet上，从而发送到PC机。图3中DM642的各信号线说明如表1。

2 系统软件设计
2.1 系统主程序设计
本系统的软件是在TI公司提供的集成开发环境CCS下开发的。通过XDS510 USB2.0仿真器，将在PC上CCS环境下编写、调试完成的程序烧入DM642的FLASH中，便可以在DM642上电后自动运行执行程序，实现图像的采集、处理与传输，达到缺陷检测的目的。
本系统的主程序完成各种寄存器的初始化工作、实时采集并存储摄像机传送来的视频图像，经过DM642的压缩编码，通过网口发送采集的图像数据，通知CPLD继续下一次采集直至检测结束。软件设计流程如图4所示。

具体工作过程为：上电后系统程序自动从FLASH装载到DSP的片内RAM中，装载完毕，DM642自动调用程序RAM中的代码执行。首先通过I²C总线对A/D芯片SAA7113的工作参数进行设置，在图像采集控制电路(由CPLD实现)的作用下，SAA7113按设定的工作参数获取图像(本系统设定的数据输出流为BT656格式即：Y:U:V 4:2:2)，地址译码电路（由CPLD实现）将数字图像数据重新抽样后存储在片外数据存储器SDRAM中，经DM642实时压缩处理后，通过网络芯片接口，TCP/IP协议传输到地面的服务器（PC机）。PC机收到图像信号后进行图像解码，在屏幕上显示并将其保存以供后续的图像处理使用。不断重复上述操作，直至检测完成，便可实现图像的实时采集与传输。
2.2 图像压缩算法设计
视频图像只有通过压缩后才能正确地通过网络传输。本系统的图像压缩采用H.263数字图像压缩算法，由信号处理器DM642来完成。H.263压缩以帧内变换与帧间预测相结合的混合编码技术为核心，适合视频流的实时网络化传输，比H.264算法成熟、稳定，且实现简单。
由于H.263压缩标准只需要CIF格式(Y:U:V 4∶2∶0)的视频图像,故需将数字化的720×576 4∶2∶2的图像抽样为352×288 4∶2∶0的视频图像，再写入SDRAM中。此工作由CPLD完成。重新抽样完成后，再由DM642读取SDRAM中的数据进行压缩编码，输出的视频码流经网口传输到PC上。
本系统H.263压缩编码设计流程有：编码参数设置，视频数据输入，帧内编码，帧间编码，熵编码和码流输出。编码流程图如图5所示。