基于TMS320C6455的视频动目标检测装置设计

摘要：介绍一种基于高速DSP芯片TMS320C6455构建的视频动目标检测装置，有效地利用6455的大容量内存空间等特点，采用EDMA功能实现了高速数据传输的乒乓缓冲结构设计，软件设计是基于背景更新的动目标检测算法，测试结果证明该装置功能完备，实时性好，环境适应性强，在实时监控等领域有很大的应用前景。
关键词：动目标检测；背景更新；TMS320C6455；SAA7113H

视频动目标检测与跟踪技术是当今世界重要的研究课题，它涉及图像处理、自动控制、计算机应用等学科，广泛应用于军事领域的各个方面：预警、火控、制导等；在民用领域的应用也随着该技术的日益成熟，以及成本的大幅度下降而逐渐得到越来越广泛的推广。
所谓视频动目标检测装置是一个可以完成标准制式视频图像的采集和处理，从而实现运动目标识别与跟踪的智能图像处理系统，这类系统具有运行复杂灵活的算法以及处理大数据量视频图像的能力，还要求系统具有实时性，同时体积、功耗、稳定性等也有较严格的要求。本文从系统设计的角度出发，采用TI公司的TMS320C6455高速DSP芯片，以FPGA、SAA7113H等高集成度的外围电路构建了一种满足实时性要求的动目标检测装置，该装置体积小、功耗低，在实时监控等领域有很大的应用前景。

1 系统硬件设计
1．1 TMS320C6455简介
TMS3206455是TI公司推出的最新高速DSP，其主要特点是结构上采用了Veloei(VLIW：Very Long Instruction Word)超长指令字内核结构，最高时钟频率为1．2 GHz，每个周期可以同时执行8条32 bit的指令，16位定点处理能力可达到9 600 MIPS／MMACS(16-bits)。片内采用2级高速缓存结构，其中L2有2 096 K字节的RAM数据空间可供使用，6455还具有强大的外部存储器接口EMIF，可以连接DDR2等高速外部存储器，同时集成了高速串行接口SRIO，方便多DSP以及DSP与FPGA之间的数据传输。这些都可以满足图像处理算法产生的海量数据对高速交换空间的需求，非常适合作为这类算法的硬件处理平台。
1．2 系统组成
系统的硬件组成是基于TMS3206455构成的数字图像处理系统，输入模拟视频信号经图像解码器SAA7113H将其解码为422YUV(CCIR-656)格式码流，并传送至FPGA进行数字信号处理。TMS3206455通过EDMA方式从FPGA中实时采集数字图像，可以缓存在DSP内部或通过EDMA方式存入DDR2中，DSP程序根据算法提取出运动目标并进行跟踪。另外系统还利用FPGA和SAA7121H视频编码芯片实现了字符的叠加显示功能，可程控字符、十字丝和目标提示框等一系列提示信息的直观实时显示。其硬件总体框图如图1所示。

1．3 视频采集
视频采集芯片选择Philips公司的视频解码SAA7113H，该芯片的主要作用是把输入的模拟视频信号解码成标准的VPO数字信号，相当于视频A／D器件，由DSP通过I2C总线接口对SAA7113H进行初始化设置，输出YUV422格式的数字图像，每帧720x625个像素。
TMS3206455提供有一个标准的I2C接口，可以直接控制本地的外围器件(如A／D、D／A等)，兼容Philips公司的2．1版本I2C规范，快速模式的通讯速率可达400 Kbps，并且支持7位和10位的设备地址模式。SAA7113H、SAA7121H的硬件配置如图2所示。

标准的视频制式有3种：PAL、NTSC和SE-CAM，都采用隔行扫描技术，一帧图像传送两次，分别为奇场图像和偶场图像。SAA7113H的输出也是隔行扫描图像，一般在图像检测处理系统中，只需要采集图像中间的512x256像素，边缘像素数据可以忽略。即在行有效时，取中间的512个像素的数据，在奇、偶场图像分别取中间的256行像素数据作为场图像。为了提高系统实时性，动目标检测装置在处理过程中采用按场处理(50 Hz)的方式，即在20 ms时间内完成对的一场隔行图像的处理，提高输出信息的实时性。