該設(shè)計以ADI公司的Blackfin系列中的BF561作為處理器，分別采用ADV7181B和ADV7171作為視頻編解碼芯片,，設(shè)計了圖像平移系統(tǒng),。通過采用基于描述子的DMA及MDMA圖像傳輸方式等方法，解決了圖像平移時的實(shí)時性難題,。該圖像平移系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊,，成本低廉，可靠性高,，可以廣泛應(yīng)用于電子穩(wěn)像技術(shù)中,。
1 系統(tǒng)設(shè)計
ADSP—BF561處理器是ADI公司推出的Blaekfin系列中的高性能產(chǎn)品，它采用獨(dú)立的雙核結(jié)構(gòu),，主頻600 MHz,，具有2套乘法器和算術(shù)邏輯單元，豐富的DMA通道,，內(nèi)嵌328 KB超高速L1 SRAM和高速的L2 SRAM,。同時，ADSP-BF561具有2個PPI接口,，可以方便地與視頻解碼器和視頻編碼其相連,，無需外圍邏輯支持。ADSP-BF561把存儲器視為一個統(tǒng)一的4 GB的地址空間,，使用32位地址,。所有資源，包括內(nèi)部存儲器,、外部存儲器和I／O控制寄存器,，都占用公共地址空間的相應(yīng)部分，并且各自對立,。該地址空間的各部分存儲器按分級結(jié)構(gòu)排列,，提供高性價比。其中極快速,、低延遲的存儲器接近處理器放置,、而更大的、低成本,、低性能的存儲器則原理處理器放置,。片外存儲系統(tǒng)通過外部總線接口單元EBIU(External Bus Interface Unit)進(jìn)行訪問。存儲器的DMA控制器提供高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸能力,，能在內(nèi)部L1／L2存儲器和外部存儲器空間之間傳輸代碼和數(shù)據(jù)塊,。該設(shè)計以ADI公司的ADSP—BF561為核心,，Visual DSP++5．0為軟件開發(fā)環(huán)境，對圖像平移系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā),。
2 硬件設(shè)計方案及實(shí)現(xiàn)
2．1 硬件設(shè)計方案
圖像平移就是將圖像中的所有像素點(diǎn)都按照指定的平移量沿水平或者垂直方向移動,。假設(shè)圖像f(x，y)以平移量(α,，β)分別在x軸方向和y軸方向上進(jìn)行平移,，則平移之后的圖像就變成了f(x-α，y-β),。平移算法是幾何變換中最簡單的變換之一,，但是這種簡單的變換卻在電子穩(wěn)像中發(fā)揮著很大的作用。
平移算法的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在算法的實(shí)時性上,。假設(shè)一個視頻采集系統(tǒng)圖像的采集速率為25幀／s,，要想實(shí)時地看到平移后的圖像，那么平移算法必須要在40 ms內(nèi)完成,，而對于大小為720×576×2 B=829．4 KB的圖像要完成數(shù)據(jù)的搬移工作,，如果設(shè)計不好，很可能會產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象,。為此本文將平移算法的平臺設(shè)計在ADI公司的高性能芯片BF561上,，并使用DMA及MDMA等方式實(shí)現(xiàn)算法的平移，該系統(tǒng)框圖如圖1所示,。
該系統(tǒng)設(shè)計方案中主要包含以下主要硬件：
(1)CPU：600 MHz的Blaekfin 561雙核處理器。
(2)FLASH：1片SAMSUNG K4S5616320 8 MB,。
(3)視頻接口：BF561．提供了2個16位的ParallelPeripheral Interface(PPI0和PPI1),，它們可分別與視頻解碼芯片ADV7181B、視頻編碼芯片ADV7171連接,。
(4)外部總線接口(EBIU)：為ADSP—BF561與外部存儲器和通過總線尋址的外部設(shè)備提供了連接通道,。通過EBIU連接2片SDRAM。
(5)SDRAM：2片SAMSIING K4S561632064 MB,；該系統(tǒng)對PAL制式的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,，經(jīng)ADV718lB解碼后轉(zhuǎn)換為ITU-656格式的視頻信號YCrCb采用4：2：2的輸入格式，視頻數(shù)據(jù)所需的存儲空間較大,，故需要擴(kuò)展外部存儲器SDRAM,。
(6)JTAG調(diào)試接口，通過仿真器與PC機(jī)相連,，實(shí)現(xiàn)JTAG硬件調(diào)試功能,。
CCD攝像頭每40 ms采集一幀模擬視頻信號，ADV7181B解碼后轉(zhuǎn)換為ITU-656格式的視頻信號,，通過PPI0利用DMA方式自動將其放入外部SD-RAM中,。為在電視上實(shí)時看到平移后的圖像,，DSP內(nèi)核必須要在40 ms內(nèi)讀取SDRAM中的視頻數(shù)據(jù)，按照平移算法的要求實(shí)現(xiàn)對圖像的上,、下,、左、右平移后,，寫回SDRAM,，并由DSP內(nèi)核讀取該SDRAM中的數(shù)據(jù)，啟動PPI1通過DMA送給ADV7171編碼成模擬的PAL制(圖像的輸出格式為ITU-656格式),，最后由電視屏幕顯示輸出,。
2．2 關(guān)鍵技術(shù)問題的解決途徑
在平移算法中由于每40 ms采集1幀數(shù)據(jù)，為了保證能夠使人眼實(shí)時的看到平移后的視頻流,，必須要保證能夠?qū)崟r的完成數(shù)據(jù)搬移工作,。為此本設(shè)計中采用如下關(guān)鍵技術(shù)來解決。
(1)由于圖像輸入后,，要經(jīng)過平移算法對圖像進(jìn)行上,、下、左,、右平移后,，圖像才能輸出到電視上。因此該系統(tǒng)將圖像的輸入存儲區(qū)域和圖像的輸出存儲區(qū)域分別設(shè)為2塊獨(dú)立的區(qū)域,，使得在數(shù)據(jù)輸入的同時還可進(jìn)行數(shù)據(jù)的搬移及輸出顯示工作,。每個輸入／輸出區(qū)域又可以分為4個區(qū)域，用來存儲順次進(jìn)入的輸入／輸出圖像,。其中sFrame0～sFrame3用來存儲輸入的視頻圖像,，sFrame4～sFrame7用來存儲搬移后的視頻圖像。當(dāng)啟動ADV7181B采集完1幀圖像存入后sFrame0,，BF561啟動數(shù)據(jù)搬移工作,，將視頻圖像搬移到sFrame4中，并通過PPI1送給視頻編碼器ADV7171,，最后由電視屏幕顯示輸出,，同時PPI0將數(shù)據(jù)繼續(xù)采集到sFramel。圖像存儲在SDRAM中,，sFrame0～sFrame7各存儲區(qū)域的首地址分別為0x0000C400,，0x1000000，0x1500000,，0x01A00000,，0x01F00000，0x02400000,，0x02900000,，0x03000000,。
(2)為了提高系統(tǒng)的實(shí)時處理能力，將數(shù)據(jù)在不同存儲空間的轉(zhuǎn)移任務(wù)交給DMA來完成,，從而使CPU只專注于數(shù)據(jù)的計算,。為保證連續(xù)采集不斷幀，DMA采用描述子方式,，并將最后一個描述子指向首塊的頭地址,。CCD采集到的視頻圖像首先送到PPI0，經(jīng)過2維DMA方式依次送到由描述子描述的圖像輸入存儲區(qū)域,。
(3)由于圖像的平移,，輸出后的圖像會有一些邊框，為提高系統(tǒng)的實(shí)時性,，將邊框數(shù)據(jù)預(yù)先存放在SDRAM中,，然后再采用MDMA方式將邊框數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的視頻輸出區(qū)域中。存放邊框數(shù)據(jù)的SDRAM定義為sFrame8,，其首地址為0x03600000,。其中sFrame8的大小為1440*288，即為ITU-656格式中一場數(shù)據(jù)的大小,。本算法中上,、下、左,、右平移后的邊界填充為黑色,，按UYVY格式即應(yīng)該填充為0x80，0x10,，0x80,，0x10。邊框數(shù)據(jù)的MDMA方式傳輸在有效數(shù)據(jù)傳輸之前進(jìn)行,，每次MDMA傳輸也是只傳遞1場數(shù)據(jù)，1幀數(shù)據(jù)同樣需要2次MDMA傳輸完成,。邊框數(shù)據(jù)的填充見圖2,。圖2(b)為圖像右移后左邊填充為黑色邊框數(shù)據(jù)的示意圖。
(4)從輸入?yún)^(qū)域到輸出區(qū)域只搬移有效的數(shù)據(jù)(Active Field),，ITU-656格式的文件頭在輸出區(qū)域初始化時已設(shè)置完成,。且有效的數(shù)據(jù)傳輸方式采用MDMA方式，每次傳輸1幀圖像數(shù)據(jù)中的1場圖像,，搬完奇場數(shù)據(jù)后再搬偶場數(shù)據(jù),。
(5)平移后的圖像存儲在圖像輸出存儲區(qū)域(sFrame4～sFrame7)中，平移后的圖像由PPI1通過按描述子的指示輸出到電視上顯示出來,。整個系統(tǒng)的工作框圖如圖3所示,。
軟件設(shè)計流程圖如圖4所示,。
3 平移方案的實(shí)現(xiàn)
該系統(tǒng)通過JIAG仿真，使用Visual DSP++5．0作為開發(fā)環(huán)境,，進(jìn)行了圖像平移實(shí)驗(yàn)及性能分析,。使用該算法后平移的效果如圖5所示。
在該算法中,，完成1場數(shù)據(jù)的MDMA數(shù)據(jù)大約需要4 ms,，而完成整個1幀圖像的傳輸平均需要21 ms，因此在40 ms的周期內(nèi)可以實(shí)對圖像的實(shí)時平移,。
4 結(jié)語
在結(jié)合圖像平移算法以及BF561結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,，作者創(chuàng)新性的實(shí)現(xiàn)了一種基于ADSP—BF561雙核處理器的圖像平移系統(tǒng)的設(shè)計。由于充分利用了BF561的描述子存儲方式,，以及其DMA和MDMA數(shù)據(jù)傳輸方式,，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，實(shí)時性好,。仿真結(jié)果證明了算法的有效性,。