摘 要：本文介绍了以高速 DSP TMS320C6416 为核心器件的图像处理系统，采用视频解码芯片 TVP5146 完成视频信号的 A/D 转换，采用CPLD 完成数据存储、显示以及系统的逻辑控制。
关键词：视频采集处理；实时图像处理显示；TMS320C6416；CPLD

引言
目前，交通监控应用系统大多以紧急报警、车辆定位与语音通信为主，图像方面的应用不多。本文正是基于这样的考虑，设计了车辆图像采集与处理系统。该系统采集车后方的图像信息，实时地传送给前方的显示屏显示，司机可通过显示屏实时观测后方路面及车辆状况，倒车时可以及时发现后方障碍物及行人，安全避让。

图1 实时图像采集处理系统组成框图

(a) 采集一行图像(720个采样点)的时序图

(b) 采集一帧图像的时序图
图2 数字视频信号输出时序图

图3 采用CPLD完成视频采集控制

实时图像采集处理系统的组成及工作原理
本系统由模拟摄像头采集视频数据，通过视频解码芯片将模拟视频信号转换为数字视频信号。CPLD作为采样控制器，完成数字视频数据的存储和时序控制。本设计选用TMS320C6416实现系统控制和数据处理。具体组成如图1所示。

视频采集模块
图像的输入由模拟摄像头完成(本系统选用黑白摄像头)。摄像头输出为标准的复合视频信号(CVBS)，该信号必须经过视频解码和A/D变换后进入数字系统才有效。由于模拟视频信号非常复杂，除了包含图像信号之外，还包括行同步信号、行消隐信号、场同步信号、场消隐信号等。因而，对视频信号进行A/D转换的电路非常复杂。本设计选用TI公司的视频解码芯片TVP5146完成从模拟到数字视频的转换。TVP5146允许10路模拟视频输入，具有4路10bit 30MSPS A/D 转换器；场同步信号VS，行同步信号HS，奇偶场信号FID，时钟输出信号DATACLK等都由引脚直接引出，省去同步时钟电路的设计。

基于DSP的图像处理模块
实时图像处理系统设计的难点是如何在有限的时间内完成大量图像数据的处理。只有图像处理系统的处理速度达到每秒25 帧以上时才能达到实时的效果，所以在系统设计中，处理器是关键，要求处理器运算速度快、实时处理能力强，并且还具有高速的存储器及I/O存取能力。本设计选用TMS3206416DSK作为视频信号处理系统。TMS3206416DSK是一个低成本的开发平台，用户可以根据功能需要扩展硬件设计，便于硬件开发，缩短设计时间。

CPLD控制模块
TMS320C6416DSK 板上含有一片 CPLD，它主要实现系统的逻辑控制和存储器地址解码功能。本设计仍需一片 CPLD 完成视频存储及显示的时序控制，选用 Altera公司的EPM7064ATC100 来完成上述功能，它的工作电压是3.3V，具有64个逻辑单元，68个I/O 可用引脚，引脚间 4.5ns延时，其最高的时钟频率为 222.2MHz。该器件基于EEPROM 结构，可以通过 JTAG 接口现场编辑内部的结构逻辑，编程语言为 VHDL。数字视频信号输出时序如图2所示。

数字视频信号按图2所示时序输出。以 NTSC 制为例，图中 Y[9：0]为输出的亮度视频信号，DATACLK 为行锁定系统的输出时钟，为像素时钟频率的两倍，即27MHz，用来同步数据采集，HS 为行同步信号，VS为场同步信号，VBLK 为场消隐信号，FID为奇偶场信号。HS 的高电平表示一行有效采样点720个，VS 的高电平表示一场有效信号,对于 NTSC制信号，单场为243行,奇偶场信号 FID 为“1”时，表示当前为奇数场, 为“0”表示偶数场。

图像存储模块
为了实现图像的实时采集与处理，往往需要视频的输入转换和图像处理并行进行。传统上实现数据采集与处理同步的方法有：使用 FIFO 存储器；使用双口 RAM；使用双/单口RAM 交替切换存储数据。考虑到图像处理系统需要处理的数据量太大，而且 FIFO 存储器和双口 RAM 的价格因素，本设计使用高速双/单口 SRAM 交替切换存储数据的方法。一帧图像容量为 720×486=349.92K像素，选用 512K×8bit的高速SRAM。T