“642”管理模式（共7篇）
“642”管理模式 篇1
1工作过程
1.1探索调研
1) 理论研究学习。
我校成立教学模式改革工作小组, 就一体化教学的起源、 国内外一体化教学模式的发展和创新进行了理论性的研究。
一体化教学模式充分体现了学生主体、教师主导的教学思想和工学结合的教学过程, 从美国教育家杜威的“做中学” 到陶行知先生的“教学做合一”, 再到80年代德国开展的“行动导向教学”都是以能力为本位的教学。一体化教学模式的实施, 有利于理论教学与实践教学的结合, 有利于教学效率的提高, 有利于学生快速吸收知识、掌握技能, 有利于“双师型” 教师的培养。一体化教学模式已经成为我国乃至世界职业技术教育所广泛采用的教学模式之一。
2) 学生情况调研。
为配合学校一体化教学模式改革能够落地生花, 学校制作了针对学生群体的《教育教学问卷》, 并对试点班级进行问卷调查。通过对所有问卷回收、统计和数据分析等信息整合后, 我们发现目前中职学生普遍特点是不适应以教师、课堂以及单纯的教材为中心的传统教学模式, 由于自觉性较差、贪玩好耍、基础不牢, 在课堂上参与教学互动的积极性不高, 思考问题的主动性不强, 同时学习方法也略显单一和定势。当然他们也有不少的优点:动手能力比较强, 思维比较活跃, 性格乐观开朗, 兴趣广泛, 参与欲强, 表现欲强, 一心想学一门技术成才, 证明自己的价值和能力。
3) 确定“642”能力本位一体化教学模式。
基于理论研究和调研, 学校结合自身实际, 构建了 “642”能力本位一体化教学模式。
“6”表示行动导向教学实施的六步骤, 即教师教学分析阶段、学生学习准备阶段、学生学习计划阶段、学生学习行动阶段、学生学习检查阶段、师生评价阶段。
“4”表示教学过程中要达到的四个目的, 即学生在学习和做的过程中要逐步形成主动去认知、互动式的讨论评价、能动地解决问题、自我行动起来求知习技。
“2”表示教学目标要达到的学生双核能力培养, 即职业核心能力和专业核心能力。
1.2实施筹备
1) 开发一体化教学材料。
学校编制了理实一体化教案模板、理实一体化教学进度计划表以及相对应的教学日志和教师日志、教学安全记录等教学资料, 为教学运行提供了保障。
同时, 通过典型工作任务分析, 对课程项目及任务的知识点、能力点进行综合提炼, 将生产领域的工作任务转化为教学领域的学习任务, 形成理实一体化的教学材料。将每一个学习任务与生产领域的工作情景对应, 将学习任务根据生产实际分解成几个关联的学习活动, 将知识学习和能力培养融入到学习活动的每一个工作页中。建设期内共开发《发动机构造与维修》等20门一体化课程教材并出版、使用。
2) 打造一体化教师团队。
(1) 加强校内外培训。通过职业师资培训机构、学校内部组织等形式, 建设期内累计开展国家级、省市级培训241人次, 校内自主培训和赴企业实践540人次。着重培养教师的动手能力和专业实践能力, 并进行职业技能考核鉴定。做到培训有目标, 考核有结果。
(2) 从企业的技术人员中引进李虎、邹强、雷勇等“能工巧匠”13人担任技术指导, 建立专兼职相结合的“一体化” 教师队伍。与本校教师相互促进, 形成互补, 促进了教学和实践的结合和一体化教学的有效实施。
3) 构建适应“642”能力本位一体化教学模式要求的教学环境
教学场地一体化建设使教室变成了实践的“工场”, 学生面前既有教材, 又有图纸和技能操作中的工夹量具及设备, 还有电脑等信息化学习用具, 学生在学习理论的同时又可以进行实践操作。学校通过改建、扩建、新建、校企共建完成一体化教学实训场地8个, 极大地增强实训教学培训能力。
1.3实施与监控
1) “642”能力本位一体化教学模式的运行。
学校确定了4个专业8个班级作为理实一体化教学试点班, 采用行动导向教学法, 开展了“642”能力本位一体化教学模式运行与实施的试点。
第一步:资讯, 课题引入, 明确任务。
教学活动:教师提问、复习、引入本次活动, 向各组下达任务书;学生回答问题, 训练语言表达能力, 各组接受工作任务。
第二步:决策, 确定工作过程和所需工具。
教学活动:学生查阅资料收集信息, 思考该如何做;教师督促、指导、检查学生查阅资料, 组织引导讨论;学生根据任务书分工合作, 查阅资料, 相互讨论, 并用卡片记录进行展示。
第三步:计划, 工作计划制定。
教学活动:教师讲解、点评学生的成果, 表扬好的小组, PPT演示教学;学生听取点评, 分享成果;赏识教育, 根据学生掌握情况, 详略得当, 突出重点难点。
第四步:实施, 工作计划的实施, 完成工作任务。
教学活动:教师回答学生疑问, 指导学生完成任务及工作页;学生行动并完成工作页, 学生的专业知识和专业技能都得到了训练和强化。
第五步:检查, 检查学生的工作过程是否符合要求。
教学活动:学生独立检查和教师检查的相比较, 教师指导、监控完成工作页, 检查学生掌握知识情况;学生完善工作页后独立检查, 也是学习效果的自我检验, 培养学生独立工作的能力。
第六步:评价, 讲评结果好坏, 如何改进。
教学活动:学生自评活动, 学生独立思考, 积极发言, 各小组展示最完美的工作页, 小组成员总结收获;教师评价活动, 老师提出反思性问题和拓展性问题, 考核目标为工作页的展示和活动评价表。达到培养学生对知识的灵活应用, 利用可视化成果的展示, 使学生有成就感。
在整个教学实施过程中, 教师只发挥辅导作用, 把更多的学习时间和思考空间留给了学生, 在整个教学活动中逐步形成了学生主动认知、互动讨论、能动解决、自动学习的课堂氛围, 也使学生的职业核心能力和专业核心能力都得到了培养。
2) “642”能力本位一体化教学模式的过程监控。
有效的过程监控是确保教学质量的必要手段。我校在落实推进“642”能力本位一体化教学模式过程中重点对其决策过程、教学过程与教学效果进行了监控。
决策过程主要包括教改试点班的选择、课程教学内容与方法的选择等。决策过程主要引入了学校学术委员会论证评价、专业带头人骨干教师团队集体讨论评价等机制, 确保决策有效。
教学过程监控主要坚持做好“两个例会”“两个检查” “两个评议”等工作。“两个例会”即坚持教学副校长每双周召开一次教学改革工作例会, 坚持专业带头人每单周召集一次专业教学改革实验班教师工作例会, 两个例会及时研究协调解决教改中存在的问题。“两个检查”即教学督导室牵头检查教师教学资料及学生学习资料, 督促检查教师备课情况、上课情况、学生作业批改情况。“两个评议”即坚持教学督导室牵头的随机听课评议制度及学生评议反馈制度, 随机听课及学生评议力求客观评议, 查找问题, 及时沟通, 指导规范改进教学内容与方法, 促进教学质量的提高。
教学效果监控以教学督导室牵头, 采取“阶段抽查”“学生座谈”“问卷调查”“能力测评”等形式进行。“阶段抽查”主要以学期为单位, 对教改试点班进行阶段检查, 随机抽调学生测评了解其学习情况;“学生座谈”“问卷调查”两者结合了解教改教与学的情况;“能力测评”主要采取随机抽取技能测评题对随机抽取的学生进行测评了解教学效果情况。
1.4模式优化
为促进“642”能力本位一体化教学模式的进一步实施, 且便于在其它专业推行应用, 对“642”能力本位一体化教学的六步骤进行了固化, 步骤如下:
第一步:教师教学分析阶段——“定向激发”。为了激发学生学习兴趣, 在课堂教学前教师先设定一个工作任务。通过分析任务, 让学生知道工作任务是什么, 应该做什么, 为什么要做, 目的是什么。达到激发学生的好奇心, 学习兴趣, 使学生能主动去认知。
第二步:学生学习准备阶段——“咨询学习”。在该阶段学生首先要明确起始条件是什么样的, 什么是已知的, 什么是未知, 需要哪些信息、工具, 然后再凭借手中的资料, 以自己或小组的形式进行信息收集整理, 并填报信息表。达到培养学生自学能力, 团结协作能力。激发学生表现欲, 进一步锻炼学生的主动学习能力和互相讨论意识。
第三步:学生学习计划阶段——“计划辅导”。在该阶段学生以小组的方式交流对工作任务的认识, 讨论工作任务, 写出具体的实施步骤是什么, 培养学生分析性思维的能力。
第四步:学生学习行动阶段——“决策行动”。在实施过程中, 小组同学要看解决工作任务的所有工具与材料是否齐全, 是否能按时完成, 是否按照方案实施, 同时要对结果进行展示汇报。在实施阶段学生会逐渐学会用刚学到的新知识解决问题, 从而促进学生的职业工作能力和方法能力的培养。增强自主学习和动手的能力。
第五步:学生学习检查阶段——“检查拓展”。任务完成后, 学生应独立地检查自己是否完成任务, 如果结果不理想, 应思考问题出在哪里, 这有助于培养学生独立工作能力和解决实际问题的能力。
第六步:师生评价阶段——“评价提升”。评价阶段包含学生进行自评、互评, 教师点评 (从学生的职业态度、知识吸收、能力提升三维度) , 评价其采用的行动方式是否有效, 是否在规定的时间内完成, 是否需要改进, 从而使学生在教师授课和同学展示中学到更多的知识, 也使学生的与人沟通、交流合作等关键能力得到培养。
2条件保障
2.1机制保障
学校成立了教学模式改革工作组, 下设改革组织小组和教学试点小组, 分别负责教学模式改革的方案制定、组织实施、 教学质量的监控和考核、学生的管理、过程资料的收集整理。
2.2设施保障
为配合“642”能力本位一体化教学模式的改革, 与之同步建设的一体化教学场地也应跟上, 所以, 学校一体化教学场所建设有专门的教师小组, 负责建设的规划、设计、使用和管理。
2.3资金及奖励保障
1) 严格按照学校制定的学校《建设项目实施管理办法》、《建设项目经费管理实施细则》等制度实施项目建设, 做到项目建设有目标、有规范、有措施、有检查、有监督、有考评。
2) 理实一体化课时费参照现行理论课教学课时费标准计费。
3) 学期末根据理实一体化教学教师的考核成绩进行表彰和奖励, 成绩记入教师业务档案。
4) 教学试点考核结果作为各专业系教学科研成果。
3主要成果与成效
3.1教学质量有效提高
通过实施“642”能力本位一体化教学模式, 学生逐步形成了正确的学习动机, 学习兴趣提高, 学习习惯得到改善, 课堂效率有效提高。
3.2助推人才培养质量提升
1) 学生双核能力稳步提高。
通过教学中学生对信息收集、计划编制、成果检查总结、 展示汇报、评价反思等过程任务的完成, 促使学生4行动起来即主动认知、互动讨论、能动解决、自动学习, 使学生的职业核心能力和专业核心能力得到有效提高。学生参加国家职业核心能力与人交流项目初级测评, 合格率90%。
2) 人才培养质量显著提升。
通过建立和完善“642”能力本位一体化教学模式, 有效促进了学校“校企共育、双核共修、工学结合”人才培养模式改革, 助推了人才培养质量的进一步提升。建设期内, 学校学生参加省部级职业技能大赛获奖29项, 其中, 获省级一等奖3个、国家级奖项2个。其中, 刘文勇同学获重庆市第八届中职技能大赛数控车工大赛一等奖。陈果真同学入围第43届世界技能大赛汽车维修全国集训队。
3) 促进学生高质量就业。
建设期内, 学校累计为社会培养输送高素质劳动者和技能人才2908人, 毕业生就业率达100%、对口就业率达85%、毕业生双证书获证率99%, 企业满意度96%。学生初次就业月薪从2013年平均1600元/月增加至2400元/月。
3.3助力学校品牌特色更加彰显
教学模式的改革, 为学校整体改革发展起到了积极的推动作用。建设期内, 学校荣获国家技能人才培育突出贡献奖、中国职协2015年度优秀科研单位奖、重庆市文明单位等国家级、 省市级以上表彰7项。年招生人数从2013年的2184人增长为2015年的2396人, 增长近10%, 社会吸引力和美誉度更加彰显。
4体会与反思
通过一体化教学, 可以达到以下几个转变:教学从知识的传递向知识的处理和应用转变;教师从授课型向行动导向型转变;学生从模仿型向实践创新型转变;教学手段从简单型向现代信息型转变。各种转变体现了一体化教学的实践性、开放性和实用性, 因此, 对教学模式的改革和创新要有正确的理解和运用, 才能有效提升职业教育的教学质量和水平。
DM642开发与应用 篇2
视频实时处理,由于视频处理中数据量大,要求速度快因此采用TM320DM642。视频处理机应用于视频采集、视频处理、视频输出的视频实时处理。视频处理机的解决方案有多种选择,但是市场主流产品一般选择两种方案:1) 采用CPU+ASIC。2) 采用双CPU结构,即一个嵌入式CPU和一个专用信号处理芯片DSP。受专用DSP芯片处理能力的限制,现有的嵌入式中使视频处理机的视频处理算法基本是H.263以下的标准。
1硬件设计
本文介绍一种基于TMS320DM642 DSP的视频采集设计方案。其操作系统、通信协议、网络协议、音视频处理软件均在一颗TMS320DM642上实现,降低了开发的难度。
TMS320DM642芯片简介:
TI公司的TMS320DM642 (以下简称DM642)是一款专门面向多媒体应用的专用DSP。该DSP时钟高达600MHz,8个并行运算单元,处理能力达4800MIPS;采用二级缓存结构;具有64位外接存储器接口;兼容IEEE-1149.1(JTAG)边界扫描;为了面向多媒体应用,还集成了3个可配置的视频端口、面向音频应用的McASP(Multi Channel Audio Serial Port)、10/100Mb/s的以太网MAC等外设。鉴于DM642的上述优点,本网系视频处理机统以DM642为核心,完成音视频信号的实时采集、压缩及传输功能。
系统电路组成如图1所示。从视频处理机的视频信号和从麦克风输入的音频信号经采集、A/D转换为数字信号后送入DSP。DSP在信源处对音视频信号进行压缩编码和合流,然后通过局域网或因特网将数据传输给视频监控中心。监控中心可同时监视多个现场,接收或发送报警信号,并根据需要通过异步串行总线RS-485实时控制,调整摄像头的方向和位置。
1.1视频采集电路
本系统采用的视频解码芯片是Philips公司的SAA7115。从模拟视频输入口输入的全电视信号在SAA7115内部经过钳位、抗混叠滤波、A/D转换、YUV分离电路之后,在YUV到YCrCb的转换电路中转换成BT.656视频数据流,输入到压缩核心单元DM642中。DM642的3个视频口VP0、VP1、VP2与视频编解码芯片相接。
在本系统中,只有一路视频输入,故VP1、VP2端口,VP0通道配置为8位BT.656视频输入口。视频数据的行/场同步信号包含在BT.656数字视频数据流的EAV(end of active video)和SAV(start of active video)时基信号中,视频口只需视频采样时钟和采样使能信号即可。SAA7115内部寄存器参数的配置和状态的读出通过I2C总线进行。视频接口的原理如图2所示。
1.2视频编码电路
本系统采用的视频编码芯片是Philips公司的SAA7105H。DM642的视频口2用来驱动视频编码器,视频信号经过FPGA芯片,连到视频编码芯片PhilipsSAA7105H。FPGA用于扩展屏幕显示功能。视频输出信号支持RGB,高清晰度视频,PAL/NTSC复合视频和S端子视频信号。通过DM642的I2C总线对的内部寄存器编程实现不同输出。
1.3音频输入/输出电路
本系统采用TI的高性能立体声编解码器TLV320AIC23(以下简称AIC23)实现音频信号的采集和播放。AIC23与DM642的I/O电压兼容,可以实现与DM642的McASP接口无缝连接。在本系统中,AIC23工作于主模式,左右声道的采样字宽均为16bit。数据接口为DSP mode模式。通过I2C总线设置内部寄存器的工作参数和反馈状态信息。
因为网络传输的固有特点,音频数据和视频数据从网络摄像机端到达监控中心不可能是均匀的,如果网络摄像机端不做任何纠正处理,则很难保证音视频的同步输出。为了实现音频和视频的采样同步,本文利用锁相环PLL1708,从SAA7115的LLC引脚输出27MHz时钟,经PLL1708产生AIC23的主时钟MCLK。由于音视频采样信号采用同一个时钟源,就不会出现音视频不同步的问题。PLL1708的SCKO3引脚输出默认时钟频率18.433MHz,作为AIC23的输入主时钟MCLK。AIC23内部采用的时钟可通过设置寄存器由主时钟MCLK分频得到如图3。
1.4以太网接口电路
本系统用LXT971作为快速以太网物理层自适应收发器。由于LXT971支持IEEE 802.3标准,提供MII(media independent interface)接口,可以支持MAC,而DM642内部正好集成有以太网媒体存取控制器,所以LXT971可以和DM642实现无缝连接。连接电路如图3所示,其中BH1102为1∶1的隔离变压器。从DM642传输过来的数据通过LXT971转换为以太网物理层能接收的数据后,通过RJ-45头传输到因特网。
1.5存储器扩展电路
DM642内部有16KB的一级程序缓存,16KB的一级数据缓存和256KB的程序数据共享二级缓存。但这对于直接处理图像数据是不够的,因此扩展了两片32MB的SDRAM来存放原始图像数据,4MB的FLASH来存放应用程序。二者都映射到DM642的外部数据空间。如图4。
1.6 FPGA电路
SPARTAN-3是XILINX公司生产的一种低工耗易开发应用。Spartan-3 FPGA具有两种类型的内存,可以满足不同的设计需求,即最大1.8Mb的真实双端口块RAM和最大520KB的分布式RAM,其封装形式为16位深×1位宽,可用作移位寄存器和FIFO。先进的时钟管理为高性能电路的设计者提供了更大的灵活性和更强的控制能力,最多四个数字时钟管理器(DCM),并带有9个外部输出;8个预设的全球时钟网络,即8根全局时钟线路和丰富的寻址。最多104个18×18乘法器,该乘法器模块允许两个18位二进制作为输入并计算输出36位结果,而专用的进位逻辑和高效级联,可实现更多功能。每秒最多3300亿次乘法和累加运算(MAC/s)、优秀的高速DSP功能的并行实现能力、灵活的串联架构,可实现成本/功能需求的最佳组合。
FPGA在视频处理机中完成屏幕显示功能,在默认模式下,DM642视频口2的数据可直接输出到视频编码芯片,在需要屏幕显示功能时,FPGA把内部FIFO中的数据和视频口输出得数据混和,对FPGA内部FIFO的访问可以通过对DM642的EMIF的CE3的地址空间的同步模式的访问实现。FPGA的同步存储器位于DM642的CE3地址空间,主要用于实现屏幕显示功能和粘和逻辑。
1.7 RS-485接口电路
该接口连接到摄像机的云台,用来控制云台的转动,调整摄像头的方向和位置。RS-485总线抗干扰能力强,能实现多站点远距离通信。本压缩卡拟采用UART芯片SC16C550和MAXIM公司的MAX487E来实现RS-485信号的传输。SC16C550主要功能是把DSP传送过来的并行信号转换为串行信号。SC16C550内部的接收器和发送器各有16B的FIFO,能处理的串行信号的速率高达3Mbps。MAX487E是RS-485总线接口芯片,可以工作在全双工、半双工模式。传输速率可达2.5Mbps。
1.8电源电路
整个压缩卡用一个5V的直流变压器供电。由这个5V的电压器产生1.4V和3.3V电压分别给DSP内核和 I/O端口供电,产生另外一个3.3V给视频编解码及其他芯片供电。注意这两个3.3V电源要分开设计,以免电源噪声相互干扰。
由于DSP需要两种电压,所以要考虑供电系统的配合问题。加电过程中,应当保证内核电源先上电,最晚也应当与I/O电源一起加。关闭电源时,先关闭内核电源,再关闭I/O电源。讲究供电次序的原因在于:如果仅CPU内核获得供电,周边I/O没有供电,对芯片不会产生损害,只是没有输入/输出能力而已。如果反过来,周边I/O得到供电而CPU内核没有加电,那么芯片缓冲/驱动部分的晶体管将在一个未知状态下工作,这是非常危险的。
为了解决这个问题,本文采用了开关电源芯片TPS54310PWP,采用TPS54310PWP管脚SS/ENA接电容来使内核供电与I/O端口供电,这样,只有当1.4V电压有效之后,3.3V电压才开始上电,这就保证了DM642的内核电压先于I/O电压上电。
2软件设计
在本系统中,图像压缩采用H.264标准。H.264具有很高的编码效率,在相同的重建图像质量下,能够比H.263节约50%左右的码率。H.264的码流结构网络适应性强,增加了差错恢复能力,能够很好地适应IP和无线网络的应用。音频编解码采用G.729算法。网络传输采用RTP/RTCP协议以及组播方式,这样可以保证传送的质量。在操作系统方面,采用基于DSP/BIOS 的TI参考架构5(RF5)。基于RF5操作系统的应用程序模块主要包括:音视频采集模块、压缩编码模块、UART控制模块和网络传输模块。
3结束语
本方案能在一颗DM642芯片上实现视频处理机的几乎全部功能,能对音视频进行实时的编解码和实时的网络传输。图像质量高、开发难度低、易于升级,是一种比较理想的视频处机解决方案,可广泛应用于视频监控系统中。
摘要：视频处理机是基于TI的DSP TM320DM642芯片设计,高速信息处理性能,计算能力达4Gips使视频处理达到理想效果,可以做实时的视频采集,实现复杂的音视频压缩算法,带有以太网口,可以通过网络传输数据。主要应用于网络视频监控和其它复杂图象处理的高速DSP应用。
关键词：TM320DM642,视频实时处理,FPGA,HPI,SDRAM,VIDEO ENCODER,VIDEODECODER
参考文献
[1]季昱,林俊超,余本喜.DSP嵌入式应用系统开发典型实例[M].北京:中国电力出版社,2005.
“642”管理模式 篇3
视频合成技术是图像处理方面的一个重要应用, 它将一个图像的多个状态或者多幅不同图像进行合成, 来实现虚拟面板、图像叠加、模拟场景、图像优化等效果。多路视频合成显示技术是将通过多个途径采集而来的视频信号进行处理, 并按照实际所需进行显示。本硬件系统是双路视频合成系统, 视频信号来源于摄像头。
2、系统工作原理
从C C D摄像头得到的两路视频信号经过视频解码器解码, DM642通过I2C总线控制解码器的工作模式和工作状态, 使解码器把视频信号解码为DM642可以处理的数据格式, 然后两路视频信号分别从vp0、vp1两个视频端口输入到DM642中。由DM642对两路视频信号进行处理, 处理程序可由计算机通过JTAG口下载到FLASH中。采集到的视频数据通过EMIF用EDMA送到扩展出来的SDRAM中, 对数据进行存储。因为DM642的两级缓存的空间不能满足大数据量的存取, 所以要先把视频数据存到SDRAM中, 再对数据进行处理。然后经过处理的视频数据通过vp2视频端口输出到视频编码器, DM642通过I2C总线控制编码器将视频信号编码为显示设备支持的数据格式。最后系统将视频信号输出。
3、系统结构
双路视频合成硬件系统主要包括四个模块:视频采集模块、视频输出模块、DSP视频处理模块和FLASH模块。视频采集模块主要用于对视频信号的解码, 把解码后的数据送到DSP进行数据处理。视频输出模块把经过DSP处理的数据编码输出到显示设备。DSP视频处理模块是整个硬件系统的核心, 它的主要工作是把经过解码的两路视频数据进行合成处理并送到视频输出模块等待输出。FLASH模块用于存储程序, DSP启动加载。各模块详细情况如下:
视频采集模块主要由两个CCD摄像头、两块视频解码器组成。视频采集模块的核心是视频解码芯片, 由于CCD摄像头输出信号为模拟信号, DM642不能直接处理, 因此采用Philips公司的9位视频解码器--SAA7115将模拟视频信号解码。
DM642采用TI公司第二代增长型超长指令集 (Veloci TI.2) , 它的EMIF接口数据总线宽度为64位, 最高数据存取频率133MHz, 可直接与大容量、低成本的SDRAM芯片无缝连接。
视频输出模块包括视频解码器和视频显示设备, 其中视频解码器是本模块的核心。经过DM642处理的图像数据都是数字的, 通过工作在Video Display模式下的视频口VP2向SAA7121的MP口输出BT.656格式的数字视频信号, 经过SAA7121芯片内部数据管理模块分离出Y信号和Cb, Cr信号;然后再送到片内相应的数/模转换模块将数字信号变换为模拟视频信号;最后由CVBS (复合视频信号) 或Y, C (S为端子信号) 引脚输出。SAA7121的时钟信号LLC为27MHz, 由DM642的VPOCLK1提供。DM642通过I2C接口对SAA7121芯片内部的48个寄存器进行配置, 实现对该芯片的控制。
4、FLASH模块
在本系统中, FLASH模块主要用于程序的存储和DSP的启动加载。DM642片内不带FLASH或EEPROM, 系统掉电后DM642存储器中的数据和程序将全部消失, 所以DM642外部通常需要扩展FLASH存储器。FLASH存储器通过DM642的EMIF接口扩展。。因为DM642的EPROM BOOT模式只支持8bit, 而且也只支持EMIF的CE1空间, 所以要采用8bit的FLASH并挂在DM642的CE1空间。本硬件系统选用AM29LV033C芯片。AM29LV033C芯片是AMD公司提供的一种Flash存储芯片, 容量为4Mx8位。该款Flash芯片的数据存储速度可以达到7 0 n s, 也是一种低功耗芯片, 在1 M H z、5MHz和睡眠模式下的电流消耗分别为2m A、10m A和200m A。
由于AM29LV033C芯片的地址线有22条A[21:0], 但DM642的地址线只有19条AEA[22:3], DM642不能遍历FLASH芯片的所有地址单元。为了解决这一问题, 我们引入CPLD器件, 把FLASH芯片的引脚A[221:19]与CPLD器件的输入/输出引脚连接, 通过A[21:19]把FLASH存储区的64个扇区划为8页, 每页包括8个扇区。DM642通过操作CPLD中控制A[21:19]的寄存器来实现遍历FLASH芯片所有地址单元的任务。
在TMS320C6000系列DSP的系统设计过程中, DSP器件的启动加载设计是较难解决的问题之一。C6000系列DSP的启动加载方式包括不加载、主机加载和EMIF加载3种, 比较常用的是EMIF加载方式。EMIF加载方式把DM642通过EMIF接口与外部FLASH连接起来, 视频处理用到的程序都JTAG接口下载到FLASH中, 系统工作时DM642从FLASH中提取程序, 但是DM642片上Bootloader工具只能自动搬移1K的代码量, 而FLASH中的程序量一般都会超过1K。所以, 需要在外部FLASH的前1K范围内预先存放一小段程序, 待片上Bootloader工具把此代码搬移到DM642内部并开始执行后, 由这段代码实现将FLASH中剩余的程序搬入DM642内部, 此段代码可以看作一个简单的二级Bootloader。
“642”管理模式 篇4
关键词：TM320DM642,交通参数,视频
随着我国国民经济的快速发展, 交通需求迅速增加, 交通问题日趋严重, 主要表现在城市交通道路拥挤, 秩序混乱, 交通事故增多等方面[1] 。实现实时的城市交通智能监控管理, 对于交通信息收集、规范交通管理、以及减少交通事故等方面具有着重要的现实意义。
车型分类是高速公路自动收费和交通流量统计的重要依据, 它是智能交通系统 (ITS) 的1个重要组成部分, 目前我国广泛采用人工计数法和机械计数法对车型分类并进行流量统计[2] 。车辆速度作为一个重要的交通流参数, 是进行交通流分析和交通控制决策的重要依据。车辆速度测定的方法有很多:人工测量法、雷达测量法、道路检测器测量法等 [2] 。
本设计采用DSP TMS320DM642来实现车型分类与车辆速度的检测。它是1种非接触式的检测方法, 利用数字图像处理技术, 对高清摄像头拍摄的交通道路画面进行实时处理, 获得被检测车道上车型、车速的交通参数信息, 并经过分析处理以后绘制出相关流量统计曲线, 为交通控制和交通规划提供准确的交通流数据, 从而更有效地进行交通控制和规划。
1 系统硬件平台简介
TDS642EVM多路实时图像处理平台是基于TI 的DSP TMS320DM642芯片设计的评估开发板。板上DSP的计算能力可达到4 Gb/s, 可以进行实时的多路视频采集, 实现复杂的音频视频压缩算法, 带有以太网口, 可通过网络传输数据。主要应用于网络视频监控、音频视频的压缩算法等功能。
TDS642EVM 多路实时图像处理平台功能框图如图1所示。其功能可以分成4个部分:
1) 内核单元。以DM642为核心, 在片外扩展了32 MB的SDRAM和4 MB的Flash 存储器, 配合FPGA, 共同来完成编码算法、底层驱动和视频的输入输出控制。
2) 视频解码。DM642的视频口0和1与Philips公司的视频解码芯片SAA7115H相连, 实现视频的采集功能, 能够支持PAL、NTSC、SECAM和复合视频信号、SVHS视频信号、RGB信号以及高清信号进行采样、量化得到任意分辨率的数字信号, 为DM642提供视频流。
3) 视频编码。视频编码器需要DM642的视频口2来驱动, 视频信号经过FPGA, 连到Philips公司的视频编码芯片SAA7115, 通过DM642的I2C 总线对SAA7115 的内部寄存器编程, 将DM642输出的数字信号转化生成RGB信号、高清晰度视频、PAL/NTSC复合视频和S端子视频信号。
4) 外围接口。在TDS642EVM开发板上, 还具备PCI、HPI、Ethernet等接口, 三者之间是复用的关系。此外, 其他外围接口还包括I2C接口, SPDIF接口等。
2 TMS320DM642的软件设计
DSP对实时图像的处理是整个交通参数检测的核心部分, 主要完成对视频信息的处理, 即通过分析处理原始的道路视频信息, 获取到所需的有用交通信息, 包括车辆类型、车辆速度等, 并最终将信息结果以二进制形式发送出去, 在PC相关软件界面上经处理以后显示出来。
程序设计流程图如图2所示。
2.1 初始化
DSP的初始化包括了以下几个方面:
1) 通过高清晰摄像头对道路交通视频信息的实时采集。
2) 通过串口接受PC界面软件发出的虚拟线坐标信息, 并存储在SDRAM中。
3) 通过串口接受PC界面软件发出的虚拟线实际距离, 并存储在SDRAM中。
2.2 虚拟线
虚拟线就是在检测图像上合适位置设置的一定像素宽度的检测线, 检测线的作用类似于埋设在地下的感应线圈检测器, 其方向与车辆行驶方向垂直, 如图3所示。
虚拟线的绘制通过PC界面对DSP的虚拟线坐标发送来完成。通过提取初始背景帧保存位于检测线上的背景像素值, 当车辆经过检测线时, 检测线位置上的像素就会由于车辆的覆盖而发生改变, 认为有运动车辆驶过。
DSP获取车辆进入第一条检测线与第二条检测线之间的时间差值, 结合PC界面输入的虚拟线间的实际距离, 通过处理即可完成对当前车辆的速度检测。
2.3 背景提取
根据交通流理论, 在交通通畅的情况下, 背景出现的概率偏大, 车辆可以看作是随机干扰, 呈现离散状态。利用这个特征, 并结合虚拟线对运动车辆进行的车速估计, 当车速超过一定的阈值时才将当前帧图像纳入统计范畴, 再对纳入统计范畴的各帧图像同一位置的像素点进行统计, 最后将每个像素点出现次数最多的像素作为背景像素值。 (场景原图见图4, 背景提取图片见图5。)
2.4 车辆分割
车辆与背景分割是通过背景差法来实现的, 它是利用序列图像与实时背景图像进行逐像素相减取绝对值, 再利用最大类间方差法确定阈值对差分图像进行二值化, 最后去除孤立的小面积像素点获得运动目标, 即运动车辆, 从而完成背景与车辆的分割。背景与车辆分割以后的图片如图6所示。
2.5 阴影去除
目前已有多种阴影检测算法, 对现有的阴影检测算法进行了分类比较, 主要分为4大类:基于参数的统计学方法、不基于参数的统计学方法、基于模型的确定性方法和不基于模型的确定性方法[3,4]。本设计选取的快速归一化互相关函数法属于1种不基于模型的确定性方法, 利用归一化互相关函数的性质检测运动阴影, 同时又通过引入3个加总表, 大大降低传统互相关函数的计算复杂度。进而对检测到的阴影采取与背景相同的处理方式去除。分割车辆阴影去除效果图如图7所示。
2.6 连通标记
通过多运动目标检测所得到的二值图像, 一般是由几个不连通的子区域组成, 因此, 有必要检测每一个区域的连通情况, 然后通过标记将它们加以区分, 按照这些标记来在原始图像中框定各个运动目标。常用的连通成分标记方法有跟踪算法、斑点着色算法、收缩法、顺序标记算法等[5] 。
通过DSP对运动车辆进行检测以后, 采取顺序标记算法进行连通标记。顺序标记算法只需要对图像进行顺序扫描即可。假设对一幅二值图像从左到右、从上到下进行扫描 (起点在图像的左上方) , 那么要标记当前正被扫描的像素, 就需要检测它与在它之前扫描到的若干个近邻像素的连通性。如当前正被扫描像素的灰度值为1, 应将它标记为与之相连通的目标像素。而如果发现了从灰度值为0的像素到1个孤立的灰度值为1的像素的过度, 那么就会赋予1个新的目标标记。
2.7 数据的计算与输出
数据主要指的是由DSP发送至PC界面的流量数据与车辆速度数据2个方面, 采取8位二进制的发送方式。
数据的输出采用TDS642EVM处理平台自带的RS232串口来完成, PC界面采取中断方式对数据进行接受。
3 DSP的PC界面软件设计
DSP的PC界面软件功能主要是向DSP发送虚拟线坐标、虚拟线实际距离等参数, 用于完成DSP的初始化。其次, 在DSP对道路实时视频信号处理以后, 利用PC界面软件来进行相关数据的显示, 包括道路交通流、实时车辆速度等。其软件设计流程图如图8。
3.1 界面设计
DSP的PC界面软件使用Visual C++来开发, 大部分功能可以通过调用微软基础类库 (MFC) 来完成。其中, 视频采集部分使用Hikvision DS-4000HC视频采集卡及其自带库函数来完成。
3.2 软件初始化
软件初始化主要包括几个方面:
1) 获取当前系统时间, 并通过当前系统时间判断出相应时间段。
2) 对DSP发送已设置并保存的虚拟线坐标与距离信息。
3) 初始化关于饼状图、线图的相关图形数据, 并与当前时段联系起来。
3.3 虚拟线、距离设置
当需要重新对虚拟线绘制时, 使用界面菜单, 软件将自动调用锁定鼠标移动范围, 响应鼠标事件, 记录下鼠标左键按下与弹起对应的视频坐标, 释放鼠标锁定。将所获取的坐标在视频上进行虚拟线的绘制, 同时, 将虚拟线的坐标以串口RS232发送给DSP对DSP进行初始化设置。
距离的设置也同样采取使用界面菜单来完成, 并通过RS232来发送。
3.4 车型数据的接收、处理与显示
1) 接收和处理。
当PC软件通过中断方式获取来自DSP发送的数据以后, 首先对接受数据进行误码判断, 其次, 对接受数据分别通过位与的方式进行车型判断与速度提取。
2) 显示。
通过累加方式计算车型数量等交通参数, 并按不同时段保存, 分别绘制不同时间段内交通参数的相关图形, 如图9、10所示。
4 总 结
通过对DSP TMS320DM642的编程设计, 实现了对交通参数的检测, 特别是车型分类与车辆速度的检测, 都达到了预期的良好效果, 同时, 也对车道进行了实时监管控制。
与传统的检测手段相比, 该设计具备调查范围广, 调查精度高等优点, 特别适合于长期连续性的交通量调查, 节省大量的人力和物力。除此而外, 利用TDS642EVM对交通参数的检测还具有稳定性、可靠性、低功耗、安装使用方便等优点。它毕竟在我国的智能交通建设中发挥重要的作用, 具有很好的推广价值和应用前景。
参考文献
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“642”管理模式 篇5
随着安防监控系统的快速发展，新型智能视频分析技术也愈来愈成熟。智能视频分析系统是以图像处理技术为核心，除具有传统安防监控系统的所有功能以外，还具有对威胁目标检测、识别、跟踪及预警、以太网视频传输等功能，能实现复杂场景的24 h不间断监控并自动预警。
目前广泛使用的安防监控系统基于传统PC平台，成本高、体积大、操作复杂，使用范围受限。
本文以德州仪器公司(TI)DM642为核心，设计及实现了一款低成本的智能视频分析系统，该系统通过分析视频流，实现对威胁目标的检测、识别、跟踪和预警功能，并通过以太网实现视频的压缩传输。产品可广泛用于传统视频监控工程的建设中，提升安防监控系统智能化程度。
1 硬件组成
本文采用了美国TI公司的DM642处理器，该处理器的内核是主频600 MHz TMS320C64xDSP内核，能有效实现复杂的视频处理及分析算法。
智能视频分析系统硬件平台提供1路模拟视频输入、2路RS 232以及1路以太网口，可以外接标准CMOS摄像头和监控后端。该系统的硬件采用了模块化设计，由图像处理板、电源模块、视频IP模块组成，如图1所示。
图像处理板用于接收摄像机的模拟视频，对视频流进行分析处理，将处理后的模拟视频流传给视频服务器IP模块。
视频服务器IP模块接收经过分析处理的模拟视频流，输出编码压缩后的视频信息给监控后端。接收监控后端的参数设置及控制信息，并将参数设置信息传给图像处理板，并将控制信息传给外联的现场告警设备控制设备的启停。
2 软件架构及流程
智能视频分析系统软件主要包括视频处理模块、智能分析模块、决策模块、图像压缩模块等。系统软件工作流程如图2所示。所有算法的接口都符合TI公司的xDAIS标准。
视频处理模块包括数据采集、数据处理和预处理，如图3所示。CMOS摄像机的模拟视频信号经过图像处理板的A/D芯片采集后，编码输出标准的YUV数字化视频流，图像处理板对YUV数字化视频流进行视频预处理。
视频预处理模块的算法包括数据处理和预处理两部分内容。数据处理用于对采集到的视频流进行调整、压缩和存储，用于该视频流通过以太网传输。预处理主要包括摄像机标定，以及图像的滤波、增强与恢复等。图像处理板经A/D芯片捕获的原始码流，由于光照、噪声、抖动、镜头畸变等原因，图像的原始质量不高，所以需要对其进行预处理，提取需要的信息。
在使用摄像机设备之前需要对摄像机镜头参数进行标定，包括求取摄像机镜头的外部参数和内部参数。外部参数是指摄像机镜头相对于大地坐标系的位置和方向;内部参数为摄像机镜头的光学特征参数，这些参数包括镜头的焦距值、径向镜头畸变值、轴向镜头畸变值以及其他系统误差参数值。
智能分析模块主要是对预处理后图像中感兴趣的目标信息进行检测和测量，获得这些目标的客观信息。智能分析模块包括目标分割、目标定位、目标跟踪和特征提取等算法，如图4所示。
智能决策模块是利用智能分析模块的结果，通过研究图像中多个目标的性质和它们之间的联系，得出对图像内容含义的理解，包括对连续场景的解释，从而实现对威胁目标的识别、跟踪及预警。智能决策模块包括目标识别、行为理解、威胁估计和决策推理等算法，如图5所示。
3 结语
本设计在DM642平台上实现了智能视频分析系统，通过优化算法，能满足复杂场景的24 h不间断的高效监控的要求，具有误报警率低的优点，实现了低成本的标清智能视频分析，应用前景广阔。
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“642”管理模式 篇6
关键词：DM642,电子稳像,灰度投影法
在车载及机载系统中, 由于车辆或飞机运动的不平稳性, 导致车载或机载系统上的成像设备输出图像序列不稳定, 这一方面易使观测者视觉疲劳, 不利于观测者进行观测;另一方面对后期的处理, 如跟踪识别等方法带来不利的影响[1]。
与机械式稳像技术及光学式稳像技术相比, 电子稳像算法通过直接对所获得数字图像序列进行处理, 确定图像序列帧间运动位移并实施补偿, 具有不依赖硬件设备, 检测精度高等特点[2,3]。
在车载及机载系统中, 受限于质量、体积及功耗等因素, 基于PC的电子稳像系统无法直接使用, 而基于DSP的系统具有体积小、重量轻、功耗低的特点, 加上DSP特殊的硬件结构, 使得其非常适合完成数字信号处理运算。
另一方面, 文章从算法级和程序级两个方面对像算法进行改进, 大大降低了运算量, 因此, 以M 642为核心构建了一个完整的视频稳像系统验证明, 该系统具有很好的稳像效果。
1系统组成
本系统由处理器DM 642、视频采集、视频回放、数据存储、时序控制电路以及电源电路等部分组成。系统结构如图1所示。
系统以DM642为核心处理器, 通过TVP5150完成对CCD摄像头输出视频信号的采集, 将其转换成标准的数据格式为8位ITU-R.BT656数字视频信号作为视频输入, 经稳像处理后的数字视频经SAA7121转换后送入监视器进行显示;系统的存储系统包括SDRAM、FLASH、IDE硬盘接口等部分, SDRAM完成对视频中包括当前帧等少数帧的存储, FLASH储存系统软件, IDE硬盘接口提供数字视频数据的存储通路, 完成存储经稳像处理的数字视频;CPLD完成对存储器接口的扩展, 生成所需的寄存器及控制信号;PWR电源模块负责为整个系统提供所需的电源。系统中同时留有UART串口、RJ45以太网接口, 可进行扩展, 完成外部设备控制及数据传输的功能。
2 硬件设计
2.1 视频模块设计
2.1.1 视频采集模块设计
TVP5150是TI公司的高性能混合信号视频解码器, 可以自动识别NTSC、PAL及SECAM制式的视频信号并转换为数字视频信号。系统中TVP5150与DM642的接口见图2。
2.1.2 视频回放模块设计
SAA7121是Philips公司的视频编码器芯片, 内部集成了数模转换器和同步/时钟产生器两部分电路, 系统中SAA7121与DM642的接口见图3。
2.2 数据存储器模块设计
DM642内部有16 KB的一级程序缓存, 16 KB的一级数据缓存和256 KB的程序数据共享二级缓存, 但这对于直接处理视频数据是不够的。借助于DM642的外部存储器接口EMIF来外接外部存储器来对存储系统进行扩展。本系统中选用了同步动态存储器MT48LC4M32B2-6 SDRAM来缓存信号处理过程中用到的帧视频数据和中间变量, 选用AM29LV033C FLASH芯片来存放系统软件, 利用IDE硬盘保存经稳像处理后的视频数据。
2.2.1 同步动态存储器模块SDRAM及异步存储器FLASH模块
系统中采用了2片MT48LC4M32B2-6 SDRAM芯片, 在DM642的片外扩展了32 Mbytes的SDRAM。同时将DM642的CE0片选信号配置成64-bit宽度的数据总线接口, 提供对SDRAM的直接支持。SDRAM的刷新由DM642自动处理。MT48LC4M32B2与DM642的接口见图4。
系统中采用1片AM29LV033C芯片作为异步存储器来存放系统软件。AM29LV033C具有4 M Byte的容量, 配置在EMIF接口的CE1空间, CE1设置为8位位宽。在系统上电或复位时, Flash芯片通过硬件复位, 通过二级引导的方式运行存储在FLASH内部的程序。DM642仅能提供20位地址线, 因而AM29LV033C的高三位地址通过CPLD产生。AM29LV033C与DM642的接口见图5, 图中P[2..0]表示由CPLD产生的高三位地址。
2.2.2 IDE硬盘接口模块
稳像系统实现对采集视频的实时处理, 并将处理后的视频数据保存至本地IDE硬盘。DM642未提供IDE接口, 系统中由EMIF口扩展出IDE接口为实现视频数据的存储通路。图6为IDE接口示意图。IDE接口配置在EMIF的CE2空间, CE2配置为8位位宽。图中用到的ATA_CS#, ATA_CS[1..0]#信号由CPLD产生。
2.3 电源及可编程逻辑模块设计
车载或机载环境对功耗有较高的要求, 因而本系统选用效率较高的DC/DC电源转换芯片, LT1767具有1.25 MHz的开关频率, 3 V～25 V宽范围的输入电压等特点, 电压转换效率可达90%以上。本系统选用两片电源芯片LT1767分别产生3.3 V及1.4 V的电压。
另外, 系统中选用Xilinx公司的XC9572XL可编程逻辑器件, 用于产生FLASH的高位地址信号, IDE接口需要的控制信号, 控制寄存器等。
3 软件设计
3.1 稳像算法设计
电子稳像算法分为基于图像块、图像特征和像素灰度值等方法。
1) 基于图像块的电子稳像方法:首先在参考帧中对图像进行分块并选取特征块, 继而在当前帧中搜索与特征块匹配程度最高的图像块作为匹配块, 最后利用匹配块与特征块对运动进行估计。这种稳像方法精度高, 但是其计算量大, 效率较低。
2) 基于图像特征的方法通过在参考图像中确定角点、物体边缘等特征作为标识, 并对当前帧进行搜索, 从而实现运动估计;由运动图像中提取代表图像运动的特征时, 特征的稳定性难以得到保证, 对图像的变化不敏感, 此外特征点的选择易受噪声等因素的影响。
3) 基于像素灰度值的电子稳像算法利用灰度变化导致序列图像间差异的特点, 通过图像像素的灰度变化获取图像运动矢量, 是一种重要的运动矢量估计方法, 其计算量小, 效率高, 并且稳像精度较高, 适用于在实时系统中使用, 因此在稳像系统中选定基于灰度投影的电子稳像方法[5,6]。
灰度投影法可以分为图像映射和相关计算两个步骤。
1) 图像映射
把每一帧输入的初始的二维图像信息通过行投影或列投影映射成为两个独立的一维波形, 如下为列投影的映射方法
Colk (j) =
ColProjk (j) =Colk (j) -ColTotk (3)
式中Colk (j) 是第k帧图像第j列的灰度值;Curk (i, j) 是第k帧图像在 (i, j) 处的像素值, Col是列数;ColProjk (j) 是第k帧图像第j列的修正结果, ColTotk是图像列平均灰度值。
2) 相关计算
将第k桢图像的行、列灰度投影波形与参考帧的行、列灰度投影波形做互相关计算, 根据相关曲线的谷值可确定当前帧相对参考帧的行、列位置矢量。下式为用于行、列相关运算的计算公式:
C (w) =
(4) 式中Colr (j) 表示参考帧的第j列灰度投影值, m为位移矢量相对于参考帧在一侧的搜索宽度, 设wmin为C (w) 最小时w的取值, 1≤w≤2m+1。则第k帧图像相对于参考帧图像在垂直方向的位移矢量为
δy=m+1-wmin (5)
同理按行向量进行投影并进行相关计算可以水平方向的位移矢量δx, 在δx、δy已知的情况下, 将当前图像向位移矢量的反方向运动相应大小的像素距离, 则可得到稳定后的图像。
在大多数系统中, 稳像算法作为预处理算法使用, 通过稳像算法得到稳定的视频序列来降低后续算法的处理难度, 并使得输出视频适合观测, 如文中的稳像系统为后续的目标识别系统提供稳定视频。
因此, 通过提高稳像算法的执行效率, 可以进一步节约DM642的内核资源, 从而将目标识别系统中的部分算法前置于DM642完成, 最大限度地挖掘DM642的强大数据处理能力。
同时, 从算法级和程序级两个方面对稳像算法进行改进。算法级的改进通过改进原有算法来降低运算量, 减少运行时间;程序级的改进通过设计适合DSP的稳像程序, 以达到降低DSP运算量的目的, 是一种优化的方法。DSP程序优化的方式多种多样, 包括存储器的分配、减少内嵌循环次数、使用内联函数、使用汇编语句等, 具体方法可参见[7], 这里不作详细介绍。与程序优化相比, 算法级的改进, 能从算法上挖掘潜力, 具有更优的优化效果。系统中从两个方面对灰度投影算法进行了改进, 以降低运算量。
1) 对于车载或机载系统而言, 由于其监控场景较大, 视频的抖动范围有限, 因而通过选取单帧图像中部附近区域的子图像来做灰度投影可以降低运算量。改进算法中选择了原始图像中间面积大小为原始图像1/2大小的子图像作为投影区域, 通过试验验证在大多数情况下, 这种面积的选取是有效的, 算法的运算量降低了75%。
2) 稳像算法中的参考帧需要定时更新, 以适应目标的运动特性。在车载系统中, 不必每帧来更新参考帧, 而是每隔10帧对参考帧更新一次, 通过减少参考帧灰度投影的计算, 算法的运算量降低了约50%。
在监视器上观察输出视频效果, 实验表明, 对于640*480分辨率大小的视频, 基于改进的灰度投影算法可以满足对视频的稳像要求。
3.2 软件开发环境及程序设计
3.2.1 软件开发环境的建立
软件系统中选定DSP/BIOS作为稳像系统的开发系统。通过DSP/BIOS来调度任务, 可更加合理的利用资源并且在程序中减少动态对象的建立, 使得开发者可以将更多的精力投入到特定算法的开发上[8]。
3.2.2 稳像算法流程设计
在DSP/BIOS开发环境中, 系统采用多线程来设计稳像程序, 线程对应于独立的功能单元。
在基于DM642的视频稳像系统中, 按数据流向大致可以分为初始化模块、视频采集模块、视频处理模块以及视频输出模块。系统中对初始化模块采用SWI线程, 而对视频采集模块、视频处理模块及视频输出模块采用TSK线程以简化设计。在多线程下的系统原理示意图如图7:
其执行过程如下:首先进行DSP/BIOS系统 (简称为os) 的初始化;其后在os中依次创建视频采集、视频处理及视频回放任务并安排其优先级, 系统中为这三种任务安排相同的优先级;继而在os中初始化这三种任务并启动它们, 启动后的任务在后台执行;最后主程序进入IDLE状态等待其它任务或ISR中断程序的发生直至任务结束。该流程可以示意如下:
4 结语
文章设计了一种基于DM642的电子视频稳像系统, 同时从算法级和程序级两个方面对稳像算法进行改进。阐述了稳像系统的系统组成、硬件设计、软件设计以及稳像算法, 对基于灰度投影法的稳像算法作了详细推导, 对改进方法作了重点阐述。实验表明, 该系统具有很好的稳像效果, 具有较高的应用价值。
本系统具有体积小、重量轻、精度高、实时性好等优点, 可应用于车载及机载设备中。此外, 系统丰富的接口资源及处理器强大的运算能力使得本系统可以进一步扩展, 并应用于其它相关领域。
参考文献
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“642”管理模式 篇7
近年来随着人们对数据的信息量、处理效率和系统实时控制精确度的要求不断提高,对由数字信号处理器(Digital Signal Processor)简称DSP为中心处理单元的系统要求越来越高。它是一类为高速处理数字信号和算法而设计的处理器,其系统架构和控制策略会影响整个系统的数据处理能力和运行速度。而现场可编程逻辑门阵列(FPGA)可以实时地对外部或内置的RAM、ROM编程,灵活改变逻辑器件的功能,从而实现不同的控制要求。采用基于FPGA的双DM642并行处理器的结构,可以使系统开发周期缩短,容易维护和扩展,大大拓展了单片DSP芯片性能,从而提高了系统的整体性能。
1 系统的硬件设计方法
1.1 系统总体结构
基于FPGA的双DM642通信系统由CMOS图像传感器、两个DM642芯片、FPGA以及SDRAM和FLASH存储器组成。系统总体结构如图1所示。可编程逻辑门阵列(FPGA)作为连接两个DM642之间的桥梁,在系统中担负管理、接口和通信的功能;其中DM642的SPI是由Mcbsp扩展而成,两个DM642分为主从处理器,主DM642的SPI配置成为主接收,用于接收来自从DM642接收的数据信息,从DM642的SPI用于向主处理器发送通信协议信息,同DM642的GPIO中断一起完成两个DSP的两次握手,两个处理器间的图像数据和通信协议是通过其自带的VP口进行数据传输的。
1.2 CMOS图像传感器
目前市场上主流的图像传感器主要分为CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型,中文称“互补金属氧化物半导体”和CCD(Charge-Coupled Device)器件,中文称“电荷耦合器件”两种。
随着CMOS技术的发展,CMOS由于其成本低、功耗低、单一工作电压、集成AD转换器、数字形式数据输出、图像大小可编程控制等优点,在摄像头、微型数码相机、扫描仪、可视电话等领域中得到越来越多的应用;本系统的CMOS图像传感器采用的是Micron公司的CMOS彩色图像传感器MT9T001,它采用Digital Clarity Image Sensor Technology技术,具有300万像素(2048 x 1536)、43dB信噪比、简单的接口和功能寄存器,可以将窗口在水平和垂直方向随意变动、图像坐标原点任意定义、帧速率可调、隔行或列输出等。
1.3 DSP芯片TMS320DM642
D S P芯片选用的是T I公司2 0 0 3年推出的TMS320DM642,它是一款32位定点DSP芯片,属于C6000系列处理器,它采用第2代高性能增强型超长指令字(VelociTI.2)结构的DSP核及增强的并行机制,保留了C64x原有的内核结构,工作频率由内部倍频器设置,当工作在720MHz的时钟频率下,其处理性能最高可达5760MI/s。它的EMIFA接口数据总线宽度为64位,最高数据存取频率达133 MHz,可直接与大容量、低成本的SDRAM芯片无缝连接。DM642片上带有3个双通道(VP0、VP1、VP2)数字视频口,可同时处理多路数字视频流,集成了诸如SPI,IIC,VP,EMAC等丰富的接口,为进行视频图像采集和数据交换提供了很好的解决方案。
1.4 FPGA芯片EP3C16F484C8
根据FPGA要实现的数字信号处理功能以及存储容量和时序控制逻辑的规模,评估了所需要要FPGA的逻辑资源、管脚数量、片内存储资源等因素,最终选取了Altera公司Cyclone III系列的EP3C80F484C8。Cyclone系列的FPGA是Altera公司针对低成本高性能的应用而推出,具有很高的性价比。EP3C16F484C8的最大可用IO数量347,片内504Kbit的RAM可以配为单双口RAM,ROM,FIFO等各式存储模块;四个高精度的锁相环,方便地为片内的各个模块提供所需要的时钟;15408个LE(逻辑单元)为接口电路的实现提供丰富的逻辑资源。FPGA系统时钟50MHz,采用主动串行(AS)配置方式,配置芯片选择EPCS16。Altera公司的QuartusⅡ集成开发环境简便易用,内含大量IP核,其内嵌的Signal TapⅡ逻辑分析仪更是为用户的调试提供了很大方便。
1.5 系统的接口设计
1.5.1 主DSP配置方法
1)主DSP利用Mcbsp口配置成SPI,扩展引脚与FPGA相连,模式为从接收。
2)主DSP利用VP1作为视频显示,VP2作为视频采集,扩展引脚与FPGA相连。
3)主DSP的EMIF总线与FPGA相连完成对图像传感器参数的配置。
4)主DSP利用GPIO通知从DSP发送的协议还是图像。扩展引脚与FPGA。
1.5.2 从DSP配置方法
1)从DSP利用Mcbsp口,配置成SPI,扩展引脚与FPGA相连,模式为主发送。
2)从DSP利用VP0作为视频显示,VP2视频采集,扩展引脚与FPGA相连。
3)从DSP通过GPIO与主DSP通信,实现握手,扩展引脚与FPGA相连。
1.5.3 FPGA IO和中断管理配置方法
当有数据需要传输到DSP时,IO管理模块发出中断信号给DSP。DSP接收到中断信号后,查看FPGA内部状态寄存器中具体发生中断位。(状态寄存器位详见表1)DSP根据所判断的位寻找对应的数据,并从接口中将数据读走。DSP完成数据的读取后,将清除寄存器中对应位赋值为0,结束一次读取任务。
此协议为主DSP与FPGA之间的通讯协议。该协议的数据位宽为32位,对应所需要配置的数据,配置地址是基地址和偏移地址之和。
2 系统的软件设计方法
本系统采用TI公司针对C6000系列芯片开发的DSP/BIOS操作系统进行软件设计,采用多线程技术进行多任务间同步通信;对硬件的访问是通过DSP/BIOS架构的MiniDriver方式进行的,这就保证了系统的稳定性和可靠性。
2.1 驱动程序设计
TI公司为设备驱动开发者提供了一种类/微型驱动模型(class/minidriver model)。该模型在功能上将设备驱动程序分为依赖硬件层和不依赖硬件层两层,两层之间使用通用接口。如图2所示,类/微型驱动模型中的微型驱动直接控制外部设备。只要微型驱动创建了规定的函数,应用程序就可以方便地通过GIO类驱动进行调用。这些规定的函数包括:通道绑定函数(mdBindDev)、通道创建/删除函数(mdCreateChan/mdDeleteChan)、I/O请求发送函数(mdSubmitChan)、中断服务函数(ISRs)和设备控制函数(mdControlChan)。这些规定的函数将放入微型驱动的函数接口表(IOM_Fxns)中的相应位置,供应用程序通过适配模块或GIO类驱动调用。
对硬件的访问都封装成对应的驱动模块,并且需要用到TI的DDK和NDK开放包,主要包括:1)对VP1和VP2的驱动设计,在DDK中TI为了降低设计难度,已经针对VP口提供了常用编码器和解码器的驱动模块,因此可以在其提供的库文件中进行修改,具体来说就是修改VPORT_CAP_Params和VPORTDIS_Params结构中位宽定义字段修改为需要的位宽格式,然后把相关函数中参数和实际用到的变量对应修改即可。修改后要重新编译工程,并将生成的库文件加入系统工程。2)对SPI的驱动设计,可以在DDK中的视频口驱动的基础上,根据GIO驱动模型,将Mcbsp配置成SPI主发从接,SPI从发主接二种模式,并且配置相应参数重新编译工程,将库文件加入即可。3)对以太网口驱动设计,TI已经在NDK中提供了TCP/IP协议栈的支持,但NDK要在自己的设计板子上运行,还需要在用户板级驱动包中添加对EMAC和MDIO初始化操作。这里在BIOS的全局初始化函数中首先对物理层芯片进行复位,然后实现两个回调函数_getConfig和_linkStatus,分别实现对MAC地址配置和以太网链路状态信息的读取。
2.2 主程序设计
主程序设计流程如图3所示。开始上电,完成主DSP和从DSP上电自启功能,实现两个DSP处理器的两次握手。从DSP初使化完成后通过SPI进行通知主DSP已经完成初始化。主DSP进行系统初始化参数配置后,进行通过SPI接收从DSP的协议;如果从DSP接收到主DSP触发GPIO到来的中断,开始启动图像采集线程,完成第一次握手。然后主DSP通过VP1发送一数据帧协议进行初始化从DSP视频口通道,从DSP通过VP2视频口接收数据帧进行采集一幅图像。通过协议解析,若判断其为一协议,则完成从DSP参数的配置,然后删除,创建视频口通道;最后通过SPI发送从DSP视频口创建完成协议,实现双DSP的第二次握手。主DSP发送开始采集信号,打开图像传感器,从而进行正常的工作,从DSP完成算法处理,然后通过VP1发送算法处理后的图像数据到主DSP的VP2口,最终通过以太网口传输到上位机进行图像显示。
3 仿真及实验验证
实验使用Altera公司提供的Quartus下的signalTap为调试工具,主DSP发送给从DSP握手协议格式包括前导码、数据长度,命令字和数据,其中前导码是进行两个DSP发送数据之间的同步;数据长度为命令字和数据长度的总和,如表2所示。FPGA配置主从DSP的VP口,SPI、GPIO如图4、图5所示。通过Signal Tap II下观测所传输的数据,启动从DSP的SPI在帧下降沿发送数据,主DSP的VP1口时钟上升沿使能。主从DSP接收的数据分别如图4、图5所示,分别对应表2的三个协议数据。实验中我们处理了300帧大小为320x240的视频图像数据,通过统计得出,每帧图像的平均算法处理时间约为15ms,视频图像传输流畅,并且通过时序仿真波形图也可以看出:基于FPGA架构的双DM642通信系统能够进行实时、准确的数据通信。
4 结束语
采用FPGA实现双DM642耦合互联进行数据交换,适合于数据吞吐量大,实时性、稳定性要求高的系统,以此架构的双DM642处理器系统已经应用在工业瓷砖生产质量检测中,系统的运行速度与先前单个DSP处理器有了很大的提高,系统的稳定高速运行使生产的效率大大提高。与传统的单DSP系统相比,该系统还能够实现系统在线模拟,即可以保持现场环境不变的情况下,重新将采集出来的图像数据下载到双DSP系统中进行分析,为系统级测试提供了很好的解决方案。该系统可进行升级和扩展,性价比较高,具有广泛的应用前景。
参考文献
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