实验4BF561图像采集实验.docx

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实验4BF561图像采集实验

实时数字信号处理

基于ADSP-BF561的图像采集系统

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目录

第一章基于ADSP-561的图像采集系统工作原理3

1.1CMOSSensor图像采集原理3

1.2TFTLCD图像显示原理4

第二章基于ADSP-561的图像采集系统设计6

2.1系统硬件结构框图6

2.2算法流程图设计6

2.2.1Main主程序流程图设计6

2.2.2CmosSensor初始化流程图设计7

2.2.3TFTLCD初始化流程图设计8

2.2.4图像传输行场同步设计9

2.2.5YUV-RGB图像格式转换算法10

第三章基于ADSP-561的图像采集系统实现11

3.1图像采集系统传输参数配置11

3.1.1CmosSensorPPI与DMA初始化参数配置11

3.1.2TFTLCDPPI与DMA初始化参数配置13

3.1.3I2C控制总线配置15

3.1.4TIM定时器配置15

3.2图像采集系统程序实现16

3.2.1Main主程序实现16

3.2.2CmosSensor子程序实现17

3.2.3TFTLCD子程序实现18

3.2.4图像快速处理子程序实现19

3.2.5图像慢速处理子程序实现19

3.3实验结果与分析21

3.3.1YUV格式图像读取21

3.3.2RGB格式图像读取22

第一章基于ADSP-561的图像采集系统工作原理

1.1CMOSSensor图像采集原理

CMOSSensor模组使用的是OV7648的CMOSSensor芯片。

OV7648是美国OmniVision公司开发的CMOS彩色图像传感器芯片，该芯片将CMOS光感应核与外围支持电路集成在一起，具有可编程控制与视频模/数混合输出等功能，该芯片运用专有的传感器技术，能够消除普通的光电干扰，例如噪声、灯光闪烁等，输出清晰、稳定的彩色图像。

其性能特点有：

（1）单芯片1/4尺寸

（2）2.5V操作电压

（3）I2C控制，标准SCCB接口

（4）开窗功能，局部图像输出

（5）视频信号输出：

RGB/RawRGB/YUV/YCbCr

（6）自动曝光控制/自动白平衡/自动增益控制/自动亮度控制

（7）图像质量控制，包括颜色饱和度、锐度、伽马校正等

OV7648具有640*480的图像象素阵列大小，即307200象素，具有12列、6行可选择性质。

时序发生器控制如下功能：

象素阵列控制和帧产生（VAG，QVGA输出）；内部时钟信号产生和分配；帧率时序；自动曝光控制；外部时序（垂直同步信号VSYNC，水平参考信号HREF和象素时钟PCLK）输出以便外部电路读取图像。

OV7648的寄存器和许多功能通过SCCB高速串行接口（SIOC，SIOD）进行操作。

其硬件原理图如下图1.1所示。

图1.1硬件原理框图

Ov7648使用前需要进行一些寄存器配置操作，可分为三种。

（1）OV7648关于CPLD的配置

将OV7648启用，先对寄存器CtrlClrReg2赋值CLK_S0，再对寄存器CtrlSetReg1赋值CTRL_OV7648_OUTPUT。

（2）OV7648复位操作

进入复位，对寄存器CtrlSetReg1赋值CTRL_OV7648_RESET。

退出复位，对寄存器CtrlClrReg1赋值CTRL_OV7648_RESET。

（3）OV7648的寄存器设置

OV7648控制的I2C总线，使用ADSP-BF561的PF口模拟I2C总线的时序。

PF15口模拟I2C总线I2CData。

PF14口模拟I2C总线I2CCLK。

OV7648的I2C地址配置，对寄存器OV7648_IDENT_W赋值0x42，对寄存器OV7648_IDENT_R赋值0x43。

OV7648同步信号由24MHz晶振提供，LINE_VALID、PIXCLK由ADSP-BF561的PPI外设的PPI_FS1和PPI_FS2提供同步信号。

PPI寄存器配置，对寄存器PPI_FRAME赋值480，对寄存器PPI_COUNT赋值640*2-1，对寄存器PPI_DELAY赋值0x01，对寄存器PPI_CONTROL赋值0x001d|DMA32|PACK_EN。

1.2TFTLCD图像显示原理

TFTLCD模组使用的是TS35ND2501。

TS35ND2501是数字真彩液晶屏。

其解析度为320*RGB*240，输入接口为RGB24。

LCD硬件原理图如图1.2所示。

图1.2LCD硬件原理图

TFTLCD的配置有三类。

（1）TFTLCD关于CPLD的配置

TFTLCD启用进行的配置依次为，对寄存器CtrlClrReg1赋值0xff，对寄存器CtrlSetReg1赋值0x02，对寄存器CtrlSetReg2赋值0x03。

（2）TFTLCD的数据总线配置

TFTLCD同步信号由ADSP-BF561的PPI外设的PPI_FS1、PPI_FS2和PPI_FS3提供同步信号。

PPI的寄存器配置为，对寄存器PPI_FRAME赋值0xcb，对寄存器PPI_COUNT赋值959，对寄存器PPI_CONTROL赋值0x809E。

（3）TFTLCD的数据缓冲区配置

TFTLCD数据缓冲区由TFTLCD的时间同步数据和图像数据组成。

时间同步数据为320*3*22Byte，位于TFTLCD数据缓冲区的首部。

图像的尺寸为320*240，颜色类型RGB24，在数据缓冲区中线性连续排布。

图像数据大小为320*RGB24*240。

PPI外设DMA的寄存器配置：

对寄存器DMA0_CONFIG赋值0x1034，对寄存器DMA0_X_COUNT赋值480，对寄存器DMA0_X_MODIFY赋值2，对寄存器DMA0_Y_COUNT赋值262，对寄存器DMA0_Y_MODIFY赋值2。

第二章基于ADSP-561的图像采集系统设计

2.1系统硬件结构框图

系统硬件结构框图可分为三个部分，第一部分为OV7648CMOS摄像头，第二部分为ADSP核心板，第三部分为TFTLCD显示器。

硬件结构框图如下图2.1所示。

图2.1图像采集系统硬件结构框图

该系统以BF561为核心板，通过IIC总线控制OV7648，并使用PPI0输入模式接收OV7648数据，使用PPI1输出模式发送数据到LCD。

2.2算法流程图设计

2.2.1Main主程序流程图设计

图像采集系统设计中最重要的功能为OV7648图像实时采集以及LCD实时显示。

因此在设计中，使用无限循环函数处理接收的连续帧。

主函数流程图如下图2.2所示。

图2.2主函数算法流程图

其中在循环处理进程中，可以设定算法选择标志，设置0为选择快速图像处理算法，设置1为选择慢速图像处理算法。

2.2.2CmosSensor初始化流程图设计

OV7648的初始化包含五个部分：

（1）关闭并复位OV7648

（2）配置CPLD

（3）通过IIC发送OV7648寄存器配置信息

（4）PPI、DMA、TIM定时器等DSP片上外设设置

（5）设置中断向量表

CmosSensor初始化流程图如下图2.3所示。

图2.3OV7648初始化算法流程图

2.2.3TFTLCD初始化流程图设计

LCD的初始化包含四个部分：

（1）关闭LCD；

（2）配置CPLD；（3）PPI、DMA、TIM定时器等DSP片上外设设置；（4）分配发送至LCD图片数据的缓存空间；

LCD初始化流程图如下图2.4所示。

图2.4LCD初始化算法流程图

2.2.4图像传输行场同步设计

图像传输可分为行与场两个部分，场由行组成，一幅完整图像由一场的采样数据组成。

因此，设计两个定时器实现行场同步。

同步时钟设计如下图2.5所示。

图2.5行场同步时钟设计图

行同步一个周期为TH，包含四个部分：

THP、THB、THD、THF。

其中THD为显示区间，即真实有效的图像数据区间。

RGB的THD为320*3=960。

THP为5个采样周期（dot）。

THB=114dot。

THF=60dot。

场同步一个周期为TV，包含262个TH。

同理，TVD为显示区间，值为240。

TVP为3*1224个采样周期。

TVB=15TH。

TVF=4TH。

1TH=90+114+960+60=1224.

定时器行场同步配置流程如下图2.6所示

图2.6定时器行场同步设计流程图

2.2.5YUV-RGB图像格式转换算法

转换算法由矩阵变换实现，矩阵参数为设定值。

转换矩阵如下图2.7所示。

图2.7YUV-RGB图像装换算法流程图

R=Y+1.4075*（V-128）

G=Y–0.3455*（U–128）–0.7169*（V–128）

B=Y+1.779*（U–128）

第三章基于ADSP-561的图像采集系统实现

3.1图像采集系统传输参数配置

3.1.1CmosSensorPPI与DMA初始化参数配置

OV7648使用DSP的PPI0并行外设接口传输图像数据。

PPI0相关寄存器的初始化配置函数如下图3.1所示。

图3.1PPI0寄存器初始化配置程序图

程序配置的参数有4个：

（1）PPI控制寄存器PPI0_CONTROL

（2）PPI延时计数寄存器PPI0_DELAY

（3）PPI传输计数寄存器PPI0_COUNT

（4）PPI每帧线路数寄存器PPI0_FRAME

对PPI0_CONTROL寄存器首先执行的操作是清零，而后设置其初始值。

0x001d|DMA32|PACK_EN对应的16bit二进制位为0000000110011101。

寄存器初始化配置分析如下：

第0位：

PORT_EN——置1，使能PPI；

第1位：

PORT_DIR——置0，PPI处于接收模式，输入；

第2-3位：

XFR_TYPE——[3:

2]置11，输入模式下，非ITU-R656模式；

第4-5位：

PORT_CFG——[5:

4]置01，在非ITU-R656输入模式下，2或3个内部帧同步；

第7位：

PACK_EN——置1，包装模式使能；

第8位：

DAM32——置1，32bitDMA宽度使能；

第11-13位：

DLEN——[2:

0]置000，数据长度为8bit

第14位：

POLC——置0，PPI在PPIx_CLK上升沿采样数据

第15位：

POLS——置0，PPIx_FS1和PPIx_FS2上升沿有效

PPI0延时计数寄存器设置为0x01，即延时周期数为1。

PPI0传输计数寄存器设置为1280，即每行采样点数为1280。

PPI0每帧线路数寄存器设置为480，即每帧图像共有480行。

DMA相关寄存器的初始化配置如下图3.2所示。

图3.2DMA寄存器初始化配置程序图

程序配置的参数有8个：

（1）DMA配置寄存器DMA1_0_CONFIG

（2）DMA外设映射寄存器DMA1_0_PERIPHERAL_MAP

（3）DMA中断状态寄存器DMA1_0_IRQ_STATUS

（4）DMA起始地址寄存器DMA1_0_START_ADDR

（5）DMA内部循环计数寄存器DMA1_0_X_COUNT

（6）DMA内部循环地址增量寄存器DMA1_0_X_MODIFY

（7）DMA外部循环计数寄存器DMA1_0_Y_COUNT

（8）DMA外部循环地址增量寄存器DMA1_0_Y_MODIFY

DMA1_0_x的含义为1号DMA控制器的0号通道。

DMA16位配置寄存器分析：

第7位：

DI_EN，置1为数据中断使能；

第5位：

RESTART，置1为DMA缓冲清除，直接丢弃；

第4位：

DMA2D，置1为二维DMA模式，X、Y都包含；

第2-3位：

WDSIZE，置10，即WDSIZE_32，为32bit传输，同时代表指针寄存器大小为4，即地址增量为4字节。

第1位：

WNR，置1，指定存储器写。

外设映射寄存器DMA1_0_PERIPHERAL_MAP设置为0x0000。

在1号DMA控制器0号通道的条件下，默认的外设映射为PPI0。

中断状态寄存器DMA1_0_IRQ_STATUS设置为3。

二进制位为0000000000000011。

作用为禁止DMA通道

起始地址寄存器DMA1_0_START_ADDR，当前对象的数据缓冲器的起始地址，为用户输入。

内部循环计数寄存器DMA1_0_X_COUNT设置为（640*2）/4，代表640个像素点，每个点有两组8bit数据（YUV格式）。

内部循环地址增量寄存器DMA1_0_X_MODIFY设置为4，指针寄存器增量为4字节。

外部循环计数寄存器DMA1_0_Y_COUNT设置为480，代表480行。

内部循环地址增量寄存器DMA1_0_Y_MODIFY设置为4，指针寄存器增量为4字节，代表一行的最后一个字与下一行第一个字之间的偏移量。

启动与停止的分析在3.2.2中说明。

3.1.2TFTLCDPPI与DMA初始化参数配置

LCD使用DSP的PPI1并行外设接口传输图像数据。

PPI1相关寄存器的初始化配置函数如下图3.3所示。

图3.3PPI1寄存器初始化配置程序图

程序配置的参数有3个：

（1）PPI控制寄存器PPI1_CONTROL

（2）PPI延时计数寄存器PPI1_DELAY

（3）PPI传输计数寄存器PPI1_COUNT

对PPI1_CONTROL寄存器首先执行的操作是清零，而后设置其初始值。

0x8000|PACK_EN|DMA32|0x0010|XFR_TYPE|PORT_DIR对应的16bit二进制位为1000000110101110。

寄存器配置分析如下：

第1位：

PORT_DIR——置1，PPI处于发送模式；

第4-5位：

PORT_CFG——置10，2或3个外部帧同步。

第15位：

POLS——置1，PPIx_FS1和PPIx_FS2下降沿有效

DMA32与PACK_EN为数据打包选项，将4个字节的数据合成一个32bit数据。

PPI1延时计数寄存器设置为0xcb，即延时周期数为203。

PPI1传输计数寄存器设置为960，即每行采样点数为960。

DMA相关寄存器的初始化配置如下图3.4所示。

图3.4DMA寄存器初始化配置程序图

程序配置的参数有8个：

（1）DMA配置寄存器DMA1_1_CONFIG

（2）DMA外设映射寄存器DMA1_1_PERIPHERAL_MAP

（3）DMA中断状态寄存器DMA1_1_IRQ_STATUS

（4）DMA起始地址寄存器DMA1_1_START_ADDR

（5）DMA内部循环计数寄存器DMA1_1_X_COUNT

（6）DMA内部循环地址增量寄存器DMA1_1_X_MODIFY

（7）DMA外部循环计数寄存器DMA1_1_Y_COUNT

（8）DMA外部循环地址增量寄存器DMA1_1_Y_MODIFY

DMA1_1_x的含义为1号DMA控制器的1号通道。

DMA16位配置寄存器分析：

第5位：

RESTART，置1为DMA缓冲清除，直接丢弃；

第4位：

DMA2D，置1为二维DMA模式，X、Y都包含；

第2-3位：

WDSIZE，置10，即WDSIZE_32，为32bit传输，同时代表指针寄存器大小为4，即地址增量为4字节。

外设映射寄存器DMA1_1_PERIPHERAL_MAP设置为0x1000。

在1号DMA控制器1号通道的条件下，默认的外设映射为PPI1。

中断状态寄存器DMA1_1_IRQ_STATUS设置为3。

二进制位为0000000000000011。

作用为禁止DMA通道

起始地址寄存器DMA1_1_START_ADDR，当前对象的数据缓冲器的起始地址，为用户输入。

内部循环计数寄存器DMA1_1_X_COUNT设置为（320*3）/4，代表320个像素点，每个点有三组8bit数据（RGB格式）。

内部循环地址增量寄存器DMA1_1_X_MODIFY设置为4，指针寄存器增量为4字节。

外部循环计数寄存器DMA1_1_Y_COUNT设置为262，代表262行。

内部循环地址增量寄存器DMA1_1_Y_MODIFY设置为4，指针寄存器增量为4字节，代表一行的最后一个字与下一行第一个字之间的偏移量。

启动与停止的分析在3.2.3中说明。

3.1.3I2C控制总线配置

I2C总线的主要作用为配置OV7648的控制寄存器。

寄存器参数与所在地址如下图3.5所示。

图3.5OV7648控制寄存器参数程序图

获取I2C总线控制权后，数据传输过程如下图3.6所示。

图3.6控制寄存器参数传输程序图

3.1.4TIM定时器配置

TIM定时器配置如下图3.7所示。

图3.7定时器初始化配置程序图

定时器10实现行同步，时钟周期为1224个点采样周期，脉冲宽度为5个点采样周期。

设置为脉冲宽度可调模式。

定时器11实现场同步，时钟周期为1224*262（320688）个点采样周期，脉冲宽度为1224*3（3672）个点采样周期。

设置为脉冲宽度可调模式。

3.2图像采集系统程序实现

3.2.1Main主程序实现

主函数根据算法流程图编写，如下图3.8所示。

图3.8程序主函数图

3.2.2CmosSensor子程序实现

OV7648相关的子程序实现可分为两个部分：

（1）OV7648初始化

（2）OV7648启动与停止

初始化程序依据算法流程图编写，如下图3.9所示。

图3.9OV7648初始化程序图

OV7648启动程序如下图3.10所示。

图3.10OV7648启动部分程序图

启动过程需要进行的主要操作有四个：

（1）再次初始化OV7648所使用的PPI0外设

（2）设置DMA控制寄存器的值，开启DMA

（3）设置PPI0控制寄存器的值，开启PPI0

（4）使能定时器8与定时器9

OV7648关闭程序如下图3.11所示。

图3.11OV7648关闭部分程序图

关闭过程需要做的操作有三个：

（1）DMA控制寄存器置零，关闭DMA

（2）PPI0控制寄存器置零，关闭PPI0

（3）失能定时器8与定时器9

3.2.3TFTLCD子程序实现

TFTLCD相关的子程序实现可分为两个部分：

（1）LCD初始化

（2）LCD启动与停止

初始化程序依据算法流程图编写，如下图3.12所示。

图3.12LCD初始化程序图

LCD启动程序如下图3.13所示。

图3.13LCD启动部分程序图

启动过程需要进行的主要操作有三个：

（1）设置DMA控制寄存器的值，开启DMA

（2）设置PPI1控制寄存器的值，开启PPI1

（3）使能定时器10与定时器11

LCD关闭程序如下图3.14所示。

图3.14LCD关闭部分程序图

关闭过程需要做的操作有三个：

（1）DMA控制寄存器置零，关闭DMA

（2）PPI1控制寄存器置零，关闭PPI1

（3）失能定时器10与定时器11

3.2.4图像快速处理子程序实现

图像快速处理子程序为YUV2RGB_Fast（）。

子程序实现如图3.15所示。

图3.15图像处理快速算法程序图

3.2.5图像慢速处理子程序实现

图像慢速处理子程序可分为两个部分：

（1）640*480图像转换为320*240图像

（2）对转换后图像进行处理，将YUV图像格式改为RGB

尺度变换程序如下图3.16所示。

图3.16图像处理慢速算法尺度转换程序图

输入为640*320图像。

在设置输出像素时，输入指针在每列像素上隔点采样，在每行像素上隔行采样，将其赋予输出指针。

转换后图像大小为320*240。

处理后图像的格式转换程序如下图3.17所示。

图3.17图像处理慢速算法格式转换程序图

3.3实验结果与分析

本次实验实现了图像实时传输，实验结果为OV7648采集到的图像经过实时处理成功显示在LCD屏幕上。

为了增强实验效果，通过VisualDSP++集成开发环境读取不同地址的不同格式图像至PC端显示。

3.3.1YUV格式图像读取

读取地址及图像格式大小的参数配置如图3.18所示。

图3.18YUV图像读取参数配置图

读取图像显示如下图3.19所示。

图3.19YUV图像读取显示图

图像从地址0x40000000读取成功，采用格式为UYUV[4：

2：

2]，大小为640*480。

3.3.2RGB格式图像读取

读取地址及图像格式大小的参数配置如图3.20所示。

图3.20RGB图像读取参数配置图

读取图像显示如下图3.21所示。

图3.21RGB图像读取显示图

图像上方出现黑框的原因是：

实际图像地址并不是从0x20000000开始的，实际地址应该为：

0x20000000+（19*320*3）

转换为16进制为0x20004740。

因此，从0x20004740地址开始读取即可消除黑框。

黑框的数据代表的信息为图像的配置信息，与LCD显示相关。