单片机与DSP中的基于双DSP的运动目标智能跟踪系统的设计和实现
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2020-12-13
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单片机与单片机与DSP中的基于双中的基于双DSP的运动目标智能跟踪系统的设计的运动目标智能跟踪系统的设计
和实现和实现
图1 嵌入式运动目标智能跟踪系统功能图 摘 要：本文针对视频监控领域中对运动目标的检测与跟踪，设计了
一种以双DSP为核心处理器的嵌入式实时控制方案，并阐述了系统的硬、软件结构，以低成本成功实现了集实
时视频处理、云台运动控制、摄像机自动调节于一体的智能视频跟踪系统。实践证明，系统工作性能良好。关
键词：双DSP；嵌入式实时系统；检测与跟踪；差分图像 引言随着DSP芯片集成度、运算速度、数据吞吐率等
性能的不断提高，DSP不再局限于传统视频处理、离线信号处理等方面的应用,它已被广泛地应用于许多实时视
频处理和传输领域。本文设计了一种以ADSP-BF533为核心处理器，集视频处理、云台运动控制
图1 嵌入式运动目标智能跟踪系统功能图
摘 要：本文针对视频监控领域中对运动目标的检测与跟踪，设计了一种以双DSP为核心处理器的嵌入式实时控制方案，并
阐述了系统的硬、软件结构，以低成本成功实现了集实时视频处理、云台运动控制、摄像机自动调节于一体的智能视频跟踪系
统。实践证明，系统工作性能良好。
关键词：双DSP；嵌入式实时系统；检测与跟踪；差分图像
引言
随着DSP芯片集成度、运算速度、数据吞吐率等性能的不断提高，DSP不再局限于传统视频处理、离线信号处理等方面的应
用,它已被广泛地应用于许多实时视频处理和传输领域。本文设计了一种以ADSP-BF533为核心处理器，集视频处理、云台运
动控制、摄像机自动调节于一体的嵌入式实时控制系统。该系统体积小，灵活性高，易于升级，可应用于无人值守的智能监控
系统，如银行，金库，仓库等重地。当发现异常情况出现时，该系统能够自动报警或采取其它相应的措施，从而更有效、可靠
地实现了安全防范，同时也在很大程度上减少了监视人员的工作量和疲劳度，大大提高了工作效率。
图2 嵌入式运动目标智能跟踪硬件系统结构
图3 嵌入式运动目标智能跟踪系统硬件设计
系统的功能和结构
如图1所示，嵌入式运动目标智能跟踪系统的基本功能为：系统采用高速DSP实现图像信号的实时采集，经过图像预处理模块
实现对数字图像的复原、增强，然后分别发送给自动控制模块、运动目标检测模块、运动估计模块等。各功能模块对图像进行
处理后，通过现场总线控制网络自动向解码器发出控制指令，驱动对应云台、摄像机作相应动作。当然系统也可以通过手动控
制模块接收从监控中心发送的控制数据，直接控制摄像机、云台动作。
如图2所示，嵌入式运动目标智能跟踪硬件系统主要由 CCD 摄像机、高速数字云台、视频 ADC、图像帧存储器、DSP处理控
制器、视频合成及DAC、报警模块等部分构成。视频 ADC的作用是通过视频解码芯片将模拟视频信号转换成标准的数字视频
信号；帧存储器可以按照一定的时间周期存储图像数据；视频合成及DAC的作用是将视频信号与工作状态字符、报警标记、
报警次数等字符叠加起来，同时转换成模拟视频信号，供监视器显示；报警电路的作用是当有活动目标进入视场或进入设定的
警戒区域时，通知DSP处理器启动报警装置。其核心DSP处理控制部分由两块DSP芯片组成，一块负责图像的实时采集,运动
目标跟踪算法的处理，实现对高速数字云台的驱动控制以及报警发生电路的控制等；另一块负责视频合成和编码输出。
图4 PAL制式下ITU-656 YUV 4 : 2 : 2数据流格式描述
图5 嵌入式运动目标智能跟踪软件设计框图
图6 对单目标运动物体的跟踪
系统的硬件设计和实现
整个系统的设计如图3所示,下面将从DSP核心处理器、视频处理通道、帧存储器、一体化球型摄像机控制等几个方面进行阐
述。
DSP核心处理器
系统采用了ADI公司最新推出的BLACKFIN DSP，主频可以达到750MHz，它是基于ADI公司与Intel公司联合开发的微信号结
构(MSA)，外部存储器接口可以和SDRAM、FLASH、异步RAM实现无缝连接。PPI接口可以和视频解码器、编码器实现无缝
连接，加强了系统的稳定性。 除通用I/O、实时时钟和定时器外，所有其他的外设都有独立的DMA通道，片内还有一个独立的
存储器DMA通道，专用于在DSP的不同存储空间进行数据传输，包括外部的SDRAM和异步存储器。片内总线能以133MHz的
速度运行，提供了足够的带宽以保证处理器内核的速度能够与片内和片外外设匹配，特别适合于图像处理。
系统使用ADSP-BF533 (DSP(1))和ADSP-BF531(DSP(2))组成核心处理部分。750MHz的DSP(1)通过PPI接口的DMA通道进行
实时图像采集，实现运动目标的跟踪算法，然后通过UART接口对一体化球型摄像机进行控制。同时使用通用I/O口模拟I2C总
线，对视频解码芯片SAA7113H和视频编码芯片SAA7185B进行初始化设置和控制。400MHz的DSP(2)通过PPI接口，将视频
合成后的图像采用DMA的方式编码输出。
视频处理通道
如图3所示，模拟视频信号(CVBS)通过SAA7113H芯片进行视频解码，输出标准的ITU 656 YUV 4 : 2 : 2 视频流(8-bit)，然后
通过DSP(1)的PPI接口，由其DMA通道0，传送到帧存储器中。DSP(1)处理完的数据经SPORT接口传送到DSP(2)的帧存储器
中，由其DMA通道0，通过PPI接口送至SAA7185B，输出标准的模拟视频信号。因为PPI接口可以实现与视频编、解码器的无
缝连接，所以简化了视频同步和锁相控制电路的硬件设计，同时还大大加强了系统的可靠性。通过PPI _CONFIG控制寄存器
还可以进行数据过滤，选择感兴趣的数据，系统中滤掉了同步控制字符，保留了有效视频数据，节省了帧存储器存储空间。如
图4所示，每行中的前288个字节同步控制字符可以被过滤掉，只保留有效视频数据。DSP(1)的PPI接口工作在ITU 656下的输
入模式，DSP(2)的PPI接口工作在ITU 656下的输出模式。
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