DM642在機(jī)器視覺中的應(yīng)用分析

目前，一般機(jī)器視覺信息處理平臺主要有（1）基于通用PC ：主要是用軟件實(shí)現(xiàn)圖像處理和識別，能夠提供中等的圖像處理和識別能力，但是要占用CPU過多的處理能力；（2）基于通用DSP芯片：優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計簡便、靈活，特別適合于新型產(chǎn)品的研究開發(fā)；（3）基于可編程FPGA：采用的是硬件描述語言（VHDL），用其開發(fā)圖像處理算法難度較大。
　　機(jī)器視覺中，圖像處理與識別技術(shù)的特點(diǎn)是處理的數(shù)據(jù)量大，計算復(fù)雜，計算中間結(jié)果精度要求高，具有大量的乘法運(yùn)算，并且在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人視覺方面實(shí)時性要求較高；而DSP具有運(yùn)算速度快，精度高，有專門的硬件乘法器，可實(shí)現(xiàn)單周期乘法與累加的運(yùn)算等特點(diǎn)，所以特別適合運(yùn)用在對實(shí)時性要求較高的場合。DM642是TI公司推出的專門用于處理視頻圖像和語音的微處理器，具有速度快，并行處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，非常適合于圖像實(shí)時地處理與識別。
　　1 TI DM642 DSP簡介
　　DM642是德州儀器（TI）公司最新推出的針對多媒體處理領(lǐng)域應(yīng)用的DSP。DM642建立在C64x DSP核心架構(gòu)基礎(chǔ)上，采用德州儀器公司開發(fā)的第二代高性能長指令架構(gòu)VelociTI.2TM，其每個乘法器對于每個時間周期內(nèi)可執(zhí)行兩個16位乘以16位的乘法或者四個8位乘以8位的乘法。另外六個算術(shù)邏輯單元，在每個時間周期內(nèi)可執(zhí)行兩個16位或8位的加減、比較、移位等運(yùn)算。在并行架構(gòu)下，每個時間周期最高可執(zhí)行八個指令，且在600MHz頻率下，DM642每秒可執(zhí)行24億次16位的乘累加或48億次8位的乘累加。在這種強(qiáng)大運(yùn)算能力下，對于復(fù)雜度較高與數(shù)據(jù)量較大的視頻編碼以及圖像處理可進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)運(yùn)算，并提供相關(guān)的指令集，例如圖像與視頻處理庫（Image and Video Processing Library），讓開發(fā)者能夠更加容易的開發(fā)圖像或視頻的相關(guān)產(chǎn)品［1，2］。
　　2 系統(tǒng)的總體設(shè)計思路
　　由于圖像識別算法的設(shè)計需要大量的測試和分析，而直接在嵌入式環(huán)境下對其進(jìn)行開發(fā)以及調(diào)試都相對比較困難，因此，本文針對DSP開發(fā)圖像識別算法，總體設(shè)計思路和開發(fā)步驟為視覺處理的相關(guān)算法首先在PC平臺上進(jìn)行驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而移植到DSP平臺上，并加以優(yōu)化。
　　2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　本文硬件平臺系統(tǒng)原理框圖如圖1所示：攝像機(jī)選用普通的PAL制式彩色攝像機(jī)，解碼芯片采用TVP5150；外擴(kuò)2個大小為4MX32位的SDRAM。外擴(kuò)的FLASH大小為4MX8位；RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片選用TL16C752BPT；TVP5150A是一種超低功耗的NTSC/PAL/SECAM的視頻解碼芯片，可以把NTSC/PAL/SECAM轉(zhuǎn)換成8-bit ITU-R BT.656格式［3，4］。
　　
　　圖1 系統(tǒng)硬件原理圖
　　2.2 系統(tǒng)的軟件流程設(shè)計
　　下面以機(jī)器視覺中比較典型的問題――門牌號識別為例，介紹DM642在機(jī)器視覺中的應(yīng)用。門牌號識別算法主要功能模塊如圖2所示。
　　
　　圖2軟件功能模塊流程圖
　　3 視覺相關(guān)算法在PC平臺上的驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)
　　門牌號識別算法方案確定后，需要在PC平臺上進(jìn)行驗(yàn)證，測試其實(shí)際效果，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，為算法移植到DSP平臺上實(shí)現(xiàn)做好準(zhǔn)備。本文使用集成開發(fā)環(huán)境Visual C++，充分利用微軟基本類庫（MFC），從而加快開發(fā)速度、提高開發(fā)效率。本文為了測試識別算法，開發(fā)了基于MFC的測試平臺，前端的圖像采集部分主要利用VFW。小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字樣本通過文件菜單加載進(jìn)去，訓(xùn)練后的輸入層到隱含層的權(quán)值保存在wih.txt中，隱含層到輸出層的權(quán)值保存在who.txt中。
　　4 視覺識別算法在DSP平臺上的實(shí)現(xiàn)
　　在上文算法驗(yàn)證基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)基于DM642的門牌識別系統(tǒng)。根據(jù)PC平臺與DM642平臺的不同，程序移植主要注意以下幾個問題［5-7］：
　　（1）刪除或替換DSP不支持的C函數(shù)
　　PC平臺上所有使用MFC的代碼一律刪除，因?yàn)镈SP不支持任何MFC的類和對象。
　?。?）變量的存取方式調(diào)整
　　在DM642中程序按段存儲，主要包括.text、.cinit、.switch、.bss、.far、.stack、.system等。CCS的C編譯器支持兩種內(nèi)存模式：大內(nèi)存模式和小內(nèi)存模式。不同的內(nèi)存模式影響對.bss段變量的訪問。程序中的全局和靜態(tài)變量都分布在.bss段內(nèi)，小內(nèi)存模式下其總和不超過32KB。由于程序的全局變量和靜態(tài)變量已經(jīng)超過32KB，所以應(yīng)采用大內(nèi)存模式，即在編譯選項(xiàng)中設(shè)置為-ml3。
　?。?）更改數(shù)據(jù)類型
　　PC機(jī)平臺上long型是32位的，而DSP的long型是40位的。因?yàn)镈M642通用寄存器為32位，訪問40位數(shù)據(jù)時需要對兩個寄存器進(jìn)行讀寫操作，從節(jié)省程序運(yùn)行時間的角度考慮，應(yīng)把程序中所有的long型改成INT32或UINT32。