基于DSP的無線圖像傳輸系統的設計方案與實現方法

?1 引言
　　隨著航空航天技術的發展，圖像無線傳輸技術日趨成熟。而嵌入式圖像無線傳輸技術以其安裝方便、靈活、適合廣泛普及等優點在廣大領域備受關注。本文介紹一種基于DSP的無線圖像傳輸系統的設計方案與實現方法。
　　2 系統總體設計方案
　　圖1為該系統設計框圖。該系統分為圖像采集、圖像數據處理及無線通信3個模塊。圖像采集完成圖像數據的采集；圖像處理實現圖像數據的壓縮及相關處理：無線通信傳輸壓縮數據。該系統選用TMS320VC5509A型DSP作為主處理器。
　　
　　3 系統硬件設計
　　3．1圖像采集模塊
　　圖像信號采集電路的基本工作方法分為獨立和處理器兩種采集法。前者采用專用圖像采集器件，自動完成圖像采集、存儲器地址生成以及圖像數據的存儲和刷新，除設定采集模式外，處理器不參與采集過程，該方法采集過程不占用CPU時間，實時性好，適合采集活動圖像，但電路較復雜；后者采用普通視頻A／D轉換器和幀存儲器實現圖像采集。CPU控制完成采集過程，需占用CPU時間，實時性差，不適合實時采集視頻圖像，但電路簡單。因此，本系統采用第1種獨立采集方案。由專用圖像傳感器OV9650，CPLD和相應的外接電路等組成。OV9650是Omnision公司生產的CMOS圖像傳感器，其內部集成有MD轉換器，可提供SXGA（1 280x1 024）分辨率的圖像攝入和處理功能；采集圖像以全圖方式、局部方式或抽樣子圖方式輸出，并且可提供多種輸出格式。該系統通過SCCB總線配置 OV9650，從而形成8位ITU-R BT．656格式的數字碼流。CPLD選用XC95144XL10TQ144C，其最高主頻可達178 MHz，144個宏單元和3 200個可用門電路，其TQFP封裝有117個可用I／O引腳，滿足各種采集設計需要；實現異步存儲器Flash擴展；完成對BT．656格式的數字碼流解碼，包括提取碼流中的同步信號、行起始和結束信號、取出亮度（Y）信息、色度信息，進行地址譯碼；實現SCCB總線接口；在DSF需要讀取狀態和圖像數據時，產生必要的邏輯控制和時序，通過DMA將數據從緩存區讀取SDRAM等。
　　數據采集時，圖像采集模塊產生高速數字碼流，而DSP對外圍設備讀取速度較慢。為了解決圖像采集模塊與圖像處理模塊的速度匹配問題，在這兩模塊之間加入數據緩沖區，可采用FIFO或SRAM，本系統采用ISSI公司的64 Kx16 bit存儲空間的高速SRAM存儲器IS61LV6416作為緩存存儲解碼BT．656碼流得到的圖像亮度數據。
　　3．2 圖像數據處理模塊
　　TMS320VC5509A內部僅有256 KB的RAM和64 KB的ROM，無法滿足處理大量圖像數據的需求，必須通過EMIF擴展外部存儲器存放原始圖像數據和應用程序。該系統外接Hynix公司 HY57V641620EP SDRAM，其8 MB的存儲空間用于存儲圖像數據；外接Spansion公司的S29AL008D Flash，其1 MB的存儲空間用于存儲應用程序和Boofloader。EMIF可與SDRAM無縫連接，接口連接如圖2所示。由于TMS320VC5509A最大只能外擴16 KB的異步存儲器，因此訪問1 MB Flash需按分頁方式訪問，連接示意圖如圖3所示。
　　
　　3．3 無線收發模塊
　　nRF24L01是一款2．4 GHz單片無線收發器，全球開放ISM頻段免許可證使用，126頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要，內置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制，最高工作速率2 Mb／s，高效GFSK調制，抗干擾能力強，只需少量外圍元件便可組成射頻收發電路，適用于工業控制場合。
　　4 系統軟件設計
　　由于圖像數據量大，若在接收端實時顯示采集端圖像，必須提高DSP的工作效率。圖像采集時，通過DMA完成圖像數據從采集模塊到圖像處理模塊的傳輸；圖像壓縮利用DMA完成JPEG壓縮過程中的分塊操作，避免CPU對外圍存儲器的讀寫操作。無線通信時，將McBSP（多通道緩沖串口）配置成SPI接口與無線通信模塊nRF24L01進行連接，需要傳輸的壓縮數據由DMA送到McBSP緩沖區，最終完成圖像數據傳輸。DMA具有傳輸快速、高效的特性，并且數據傳輸丁作無需CPU參與，從而極大減小CPU的負擔，提高系統效率。
　　4．1 采用DMA讀取采集模塊的數據
　　圖像采集模塊由CPLD控制，CPLD對OV9650解碼器產生的數據進行相應的譯碼并順序存儲到圖像采集模塊的緩沖區。采集圖像大小為320x200的 8位灰度圖像，為擴展需要，緩沖區采用具有64 K×16 bit存儲空間的高速SRAM存儲器IS61LV6416-10T，存儲一幅完整圖像。一幅圖像采集完后，DMA與CPLD將緩沖區中的圖像數據轉存到 DSP的外部存儲器。DMA的主要寄存器配置參考圖像壓縮的DMA配置。