摘要：深入研究和分析微光視頻增強(qiáng)技術(shù)，為了解決微光視頻的實時處理能力,，結(jié)合迭芬奇平臺的技術(shù)特性設(shè)計基于TMS320DM6446平臺的微光視頻實時處理系統(tǒng)的圖像增強(qiáng)系統(tǒng),，實現(xiàn)微光視頻系統(tǒng)的實時采集、實時處理和實時顯示模塊,，最后通過測試處理結(jié)果和實時性兩方面進(jìn)行測試表明系統(tǒng)設(shè)計滿足要求,。
關(guān)鍵詞：達(dá)芬奇平臺；微光視頻,；數(shù)據(jù)采集,；嵌入式
O 引言
微光視頻系統(tǒng)在夜視技術(shù)上用途越來越廣泛，然而由于目標(biāo)照度很低,、目標(biāo)和背景反射系數(shù)很接近,、觀察環(huán)境不好等惡劣的條件下，得到的微光視頻圖像總是得不到滿意的效果,。我國現(xiàn)有的硬件生產(chǎn)能力的條件下,，微光像增強(qiáng)器還達(dá)不到應(yīng)用化的效果，但是實時圖像處理技術(shù)能迅速提高微光系統(tǒng)的圖像質(zhì)量,，增加微光視頻系統(tǒng)的視距,，因此把實時圖像處理技術(shù)與像增強(qiáng)技術(shù)相結(jié)合成為縮短國內(nèi)外微光視頻系統(tǒng)差距的一個重要發(fā)展方向,，本文在達(dá)芬奇平臺TMS320DM6446上實現(xiàn)了微光視頻的實時處理系統(tǒng)，對我國的微光視頻系統(tǒng)設(shè)計有重要的參考價值,。
1 微光視頻增強(qiáng)技術(shù)
微光視頻最顯著的表現(xiàn)特征是在圖像畫面上疊加有明顯的隨機(jī)閃爍噪聲,，通過對微光視頻的特征和噪聲進(jìn)行分析，可以從增大微光視頻的對比度和減少微光視頻的噪聲兩方面來設(shè)計微光視頻增強(qiáng)系統(tǒng),。由于系統(tǒng)的特點(diǎn),，需要采用簡單有效的處理算法。直方圖均衡化是增大圖像對比度的經(jīng)典算法,，而且算法簡單,、處理效果較好；高斯平滑算法能有效地去除圖像的高頻分量而保留低頻分量,，這兩種算法與嵌入式處理平臺結(jié)合使用,，可以獲得很好的效果。本文在設(shè)計中使用軟件的設(shè)計方法來達(dá)到圖象增強(qiáng)技術(shù),。
2 基于達(dá)芬奇平臺的微光視頻系統(tǒng)
微光視頻系統(tǒng)的特點(diǎn)是在實時采集和實時顯示的基礎(chǔ)上,，實現(xiàn)微光視頻的增強(qiáng)處理和去噪處理，達(dá)到實時處理的要求,，因此需要較強(qiáng)的實時處理的和數(shù)據(jù)處理能力,，這里選擇TI公司具有DSP+ARM雙核處理功能的的達(dá)芬奇平臺(TMS320DM6446)可以滿足上述的要求。
微光視頻實時處理系統(tǒng)中,，微光視頻的采集,、處理和顯示過程是通過TMS320DM6446平臺上的CCD／CMOS攝像頭或者是圖像解碼器,，對微光視頻實時采集并進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換后,，存儲在讀緩沖區(qū)中，用戶可以利用TMS320DM6446的數(shù)字媒體處理器完成微光視頻的實時處理任務(wù),，并將處理后的微光視頻通過嵌入式處理平臺上的顯示設(shè)備進(jìn)行實時顯示,。微光視頻實時處理系統(tǒng)的原理如圖1所示。
在本微光視頻實時處理系統(tǒng)中,，微光視頻實時采集部分由視頻采集設(shè)備和視頻解碼芯片完成,；微光視頻實時處理部分由TI公司的TMS320 DM6446雙核處理器完成；微光視頻實時輸出系統(tǒng)由LCD顯示器和視頻編碼器完成,。
2．1 微光視頻圖像的采集
論文中模擬視頻數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)ITU-RBT．656,，它是在ITURBT．601(CCIR-601)的基礎(chǔ)發(fā)展的一種新的視頻數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)。由于 CCIR656視頻數(shù)據(jù)流采用8根信號線(傳統(tǒng)方式需要19根信號線)就可以傳輸所有的圖像信息和行同步,、場同步,、偶同步信息，因此采用CCIR656方式進(jìn)行接口設(shè)計時,，便于實時數(shù)字圖像處理硬件平臺以功能單元為單位進(jìn)行模塊化設(shè)計,。
通過CCD／CMOS視頻采集設(shè)備采集模擬的微光視頻,，視頻為PAL或者NTSC制式，模擬視頻通過解碼芯片TVP5146與CCD控制器的BT．656接口進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換,，轉(zhuǎn)化為YCrCb格式的視頻,，同時將采集的微光視頻通過外部存儲器接口(Extmal Memory Interface，EMIF)緩存在DDRAM或SDR-AM中的讀緩沖區(qū)中,，以便微光視頻處理模塊對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,。
2．2 微光視頻處理功能的設(shè)計
根據(jù)視頻格式，然后將該分量從RGB格式轉(zhuǎn)換為YUV格式,，再在嵌入式處理平臺中對該分量講行處理,，處理完畢后用該分量代替Y分量，將灰度圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像進(jìn)行輸出等操作,。視頻處理模塊的結(jié)構(gòu)如圖3所示,。
采集模塊采集完一幀微光視頻后，視頻處理模塊從DDRAM／SDRAM中的讀緩沖區(qū)(Read Buffer)中獲取一幀微光視頻,，依次對微光視頻進(jìn)行增強(qiáng)和去噪處理,，處理后再次緩存在DDRAM或者SDRAM中的寫緩沖區(qū)(Write Buffer)中，供顯示模塊使用,。
2．3 微光視頻顯示功能的設(shè)計
在本系統(tǒng)中我們利用了Framebuffer技術(shù)和達(dá)芬奇的視頻處理子系統(tǒng)VPSS技術(shù)對圖像進(jìn)行顯示,。Framebuffer即幀緩沖區(qū)，是Linux內(nèi)核中的一種驅(qū)動程序接口,，這種接口將顯示設(shè)備抽象為幀緩沖區(qū),。用戶可以將它看成是顯示內(nèi)存的一個映像而不必關(guān)心物理顯存的位置、換頁機(jī)制等具體細(xì)節(jié),。因為這些細(xì)節(jié)都是由Framebuffer設(shè)備驅(qū)動來完成的,。程序員只要將要顯示的圖像映射到進(jìn)程地址空間，它便顯示在屏幕上,。顯示模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示,。
采集模塊采集到的視頻經(jīng)過處理模塊進(jìn)行增強(qiáng)和降噪處理后，利用內(nèi)存映射的方式,，使用FrameBuffer技術(shù)進(jìn)行顯示,。
3 微光視頻實時處理系統(tǒng)軟件設(shè)計
由于DM6446集成了ARM和DSP雙核，ARM端是主控設(shè)備,，DSP端用來處理圖像處理,，這樣就極大的提高了系統(tǒng)的處理能力。本系統(tǒng)在軟件設(shè)計中主要可分為微光視頻采集模塊,、微光視頻處理模塊和微光視頻顯示模塊三個部分,，系統(tǒng)開始由視頻采集設(shè)備采集微光視頻，并且將采集的模擬視頻圖像通過BT．656標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化,，將數(shù)字化后的微光視頻存儲在SDRAM／DDBAM的讀緩沖區(qū)中,，供微光視頻處理模塊使用,；微光視頻處理模塊從讀緩沖區(qū)中讀取微光視頻，并對微光視頻做預(yù)處理,，提取需要處理的擬合分量,，然后再對該分量進(jìn)行增強(qiáng)處理和去噪處理，處理后將灰度圖像還原為彩色圖像,，并寫入 SDRAMIDDRAM中的寫緩沖區(qū)中,，供顯示模塊進(jìn)行顯示；微光視頻實時處理系統(tǒng)的功能漠塊交互如圖5,。
4 系統(tǒng)測試
在達(dá)芬奇平臺TMS320DM6446上對實現(xiàn)部分進(jìn)行測試,，在實現(xiàn)實時采集和實時顯示的基礎(chǔ)了進(jìn)行實時處理，系統(tǒng)各模塊測試的結(jié)果如下,。采集的原始微光視頻如圖6所示,。
圖6是經(jīng)過微光視頻系統(tǒng)的原始圖像，可以看出圖像對比度比較低,，并且表面存在顆粒噪聲,。基于TMS320DM6446平臺的視頻采集的實時性測試結(jié)果如表 1所示,，可以看出加入圖像處理算法之前時,，視頻采集達(dá)到了25fps，達(dá)到了實時性的要求,，ARM和DSP中CPU的利用率以及視頻比特率如表1所示,。
圖7是在實時采集的基礎(chǔ)上，對微光視頻進(jìn)行實時處理測試,。對采集的一幀微光視頻采用本文的增強(qiáng)算法處理后的圖像,。
圖7即為微光視頻增強(qiáng)效果，微光視頻處理的實時性測試見表2所示,，經(jīng)過采集,、處理后視頻以24fpe的速度顯示，基本滿足實時性的要求,，此時CPU的利用率和視頻比特率如表2所示。
從圖6～7和表1～2中,，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在圖象處理能力和系統(tǒng)CPU利用率方面都比原來的系統(tǒng)得到了增強(qiáng),，達(dá)到了微光系統(tǒng)處理的能力。
5 結(jié)束語
達(dá)芬奇平臺集通用處理器和數(shù)字信號處理器雙內(nèi)核于一體,，相對以往的單核處理平臺來講,，具有性能更高、功耗更低等特點(diǎn),，無論是在運(yùn)算能力還是在控制功能上都能達(dá)到要求,。本文給出的微光系統(tǒng)設(shè)計方案對相關(guān)的視頻處理系統(tǒng)的設(shè)計具有很重要的參考價值,。