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DSP圖像采集系統(tǒng)
閱讀�11946�(shí)間:2011-01-27 14:28:21

  DSP(DIGITAL signal processor)是一種獨(dú)特的微處理器,是以數(shù)字信�(hào)�(lái)處理大量信息的器�。其工作原理是接收模擬信�(hào),轉(zhuǎn)換為0�1的數(shù)字信�(hào),再�(duì)�(shù)字信�(hào)�(jìn)行修�、刪�、強(qiáng)化,并在其他系統(tǒng)芯片中把�(shù)�?jǐn)?shù)�(jù)解譯回模擬數(shù)�(jù)�?qū)嶋H�(huán)境格式。它不僅具有可編程�,而且其實(shí)�(shí)�(yùn)行速度可達(dá)每秒�(shù)以千�(wàn)條復(fù)雜指令程�,遠(yuǎn)�(yuǎn)超過(guò)通用微處理器,是�(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片�

基本�(jié)�(gòu)

  1.信�(hào)采集部分

  它主要是將生物特征信�(hào)�(zhuǎn)化成�(shù)字信�(hào)傳給系統(tǒng)。它可能是圖像信�(hào),如虹膜圖像、掌紋圖�、指紋圖像,也可能是采樣信號(hào),如采樣人的�(yǔ)�。但在大多數(shù)生物�(shí)別系�(tǒng)中信�(hào)采集部分�(zhuǎn)化出�(lái)都是圖像信號(hào)。本章介紹的也是基于圖像信號(hào)采集的識(shí)別系�(tǒng)�

  2.處理部�

  處理部分通常是一�(gè)高性能的CPU。它是整�(gè)生物�(shí)別系�(tǒng)的核�。它/不僅儀要完成對(duì)�(shù)�(jù)的運(yùn)�、處理和存儲(chǔ),還要實(shí)�(xiàn)�(duì)整�(gè)系統(tǒng)的控�,特別是I/O部分的控�,以�(dá)到系�(tǒng)整體的要��

  3.RAM部分

  生物�(shí)別系�(tǒng)中一般都有RAM部分,主要基于兩�(gè)出發(fā)�(diǎn):首�,生物識(shí)別系�(tǒng)中速度是一�(gè)重要指標(biāo)。程序在RAM里面�(yùn)行比在存�(chǔ)器里�(yùn)行速度要快得多。其次,生物�(shí)別系�(tǒng)中采集的圖像往往比較�,而且算法所要求的RAM空間也比較大。而CPU�(nèi)部的RAM往往不能�(dá)到這�(gè)要求�

  4.存�(chǔ)部分

  存儲(chǔ)部分主要存儲(chǔ)兩�(gè)部分的內(nèi)容:一是系�(tǒng)的程序;二是生物特征模板。存�(chǔ)空間的大小也主要取決于這兩�(gè)部分的要求。特別是生物特征模板的大�,如果系�(tǒng)要求存儲(chǔ)的人員越�,存�(chǔ)空間要求也就越大�

  5.I/O輸入輸出接口部分

  I/O部分主要是完成系�(tǒng)功能要求。在不同的應(yīng)用領(lǐng)�?qū)�/O的要求也不一�。在考勤�(lǐng)�,就要求I/O具有液晶顯示的功��

  6.通信接口部分

  在網(wǎng)�(luò)�(yīng)用領(lǐng)域,就要求生物識(shí)別系�(tǒng)具有�(wǎng)�(luò)通信的功�;在門禁應(yīng)用領(lǐng)域,就要求系�(tǒng)具有串行通信(RS485、RS232)的功能�

  7.電源部�

  脫機(jī)系統(tǒng)由于它應(yīng)用場(chǎng)合的限制,大多對(duì)電源有嚴(yán)格的限制,主要是要求節(jié)電。而生物識(shí)別系�(tǒng)基本上都是使用高性能的CPU,而它們對(duì)電源系統(tǒng)也有�(yán)格的要求,主要是要求電源�(wěn)�、干擾小�

工作流程

  生物�(shí)別系�(tǒng)的工作流程基本上可以分成兩�(gè)部分�

  (1)生物特征的采集和存儲(chǔ)。用戶通過(guò)I/O通知系統(tǒng)�(kāi)始生物特征的采集和存�(chǔ),處理器則通過(guò)采集器采集生物特征信�(hào),再通過(guò)算法處理看是否能夠轉(zhuǎn)換成特征模板存儲(chǔ)在存�(chǔ)空間�(nèi)。在很多情況下,為了保證特征模板的質(zhì)�,處理器�(huì)采集好幾次生物特征信�(hào)�(lái)生成特征模板。工作完成后,處理器�(huì)通過(guò)I/O 通知用戶�

  (2)身份�(shí)別。但用戶需要身份識(shí)別的�(shí)�,則通過(guò)I/O通知處理器。處理器首先通過(guò)采集器采集用戶的特征信號(hào),然后用�(shí)別算法轉(zhuǎn)化成特征�,再與存�(chǔ)器里面的特征模板比對(duì)。如果相似度大于一定的�,則�(rèn)為是身份�(shí)別正�,否�,身份識(shí)別錯(cuò)誤�

技�(shù)指標(biāo)

  通常圖像采集處理系統(tǒng)有以下幾�(gè)重要的技�(shù)指標(biāo)�

  1.圖像采集時(shí)�

  通常圖像采集有A/D�(zhuǎn)換和�(shù)�(jù)傳輸兩�(gè)部分,圖像采集時(shí)間包括A/D�(zhuǎn)換時(shí)間和�(shù)�(jù)傳輸�(shí)�。為了提高圖像采集時(shí)�,采用高速A/D�(zhuǎn)換芯片和高速串行接�。TI和ADI公司都提供了高速的AD�(zhuǎn)換芯片,此類芯片大多提供并口和SPI之類的數(shù)�(jù)傳輸接口�

  2.圖像處理時(shí)�

  圖像處理�(shí)間是指系�(tǒng)從采集完一�(gè)完整圖像到運(yùn)算處理完圖像所�(jīng)�(guò)的一段時(shí)間。在流媒體的圖像采集處理系統(tǒng)中對(duì)每幀圖像的處理速度直接影響到系�(tǒng)性能,所以在此類�(chǎn)品中通常采用高性能的微處理器。在圖像采集系統(tǒng)�,表�(xiàn)是多樣的,以生物�(shí)別系�(tǒng)為例,對(duì)一幅完整的圖像處理�(shí)�(通常是圖像特征值處理和比對(duì)�(shí)間之�)有十分嚴(yán)格的要求�

  3.存�(chǔ)容量

  有些圖像采集處理系統(tǒng)需要存�(chǔ)一定的圖像�(shù)�(jù),如�(shù)碼相�(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)�。在圖像采集系統(tǒng)中,表現(xiàn)是多樣的,以生物�(shí)別系�(tǒng)為例,能夠存�(chǔ)大量生物體樣本特征值是�(gè)重要的指�(biāo)�

  4.RAM空間

  圖像采集處理器的特點(diǎn)是數(shù)�(jù)量大,占用的�(shù)�(jù)空間�(dá)到幾�。在所有圖像采集處理系�(tǒng)�,大容量的數(shù)�(jù)RAM空間是一�(gè)重要的指�(biāo),直接影響到圖像處理�(shí)間和處理效果�

  5.系�(tǒng)功�

  系統(tǒng)功耗可分為兩�(gè)部分:一是工作電流,是指系統(tǒng)在采�、處理信�(hào)的時(shí)候所消耗的電流。另一�(gè)是靜�(tài)電流,是指系�(tǒng)在沒(méi)有工作狀�(tài)下的電流。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)�(yīng)用場(chǎng)�,系�(tǒng)大部分時(shí)間都處于�(méi)有工作的狀�(tài),靜�(tài)電流更具有實(shí)際意��

  6.成�

  毋庸�(zhì)�,成本對(duì)于任何一�(huì)系統(tǒng)都是一�(gè)重要的技�(shù)指標(biāo)�

�(yīng)�

  �(shù)字圖像處理技�(shù)是計(jì)算機(jī)圖形深入�(yīng)用和高層�(yīng)用的一�(gè)極其廣泛的領(lǐng)�,它把來(lái)自照相機(jī)、攝像機(jī)或者傳真掃描裝�、醫(yī)用CT�(jī)、x光機(jī)等的圖像,經(jīng)�(guò)�(shù)�(xué)變換后得到數(shù)字圖像信�,再由計(jì)算機(jī)�(jìn)行編�、濾�、增�(qiáng)、復(fù)�、壓縮、存�(chǔ)等處�,產(chǎn)生可視圖�,這種技�(shù)稱為圖像處理(Image Processing)。圖像處理技�(shù)在通信科學(xué)、生�(chǎn)與管�、多媒體技�(shù)、高清晰度電�、醫(yī)用圖像處�、商品電子化、目�(biāo)跟蹤等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)�。在通信事業(yè)�,傳�(tǒng)的圖像信息傳輸是以模擬圖像信�(hào)形式出現(xiàn)的。為了提高信息傳�?shù)馁|(zhì)量和速度,近�(lái)�(shù)字圖像信�(hào)處理與傳輸技�(shù)正在迅猛�(fā)�,并逐步取代傳統(tǒng)的模擬信�(hào)處理與傳輸技�(shù)。目�,“信息高速公路”成了發(fā)�(dá)�(guó)家的熱門課題,其中數(shù)字圖像處理技�(shù)則成為它的極其重要的部分。而且,數(shù)字圖像處理技�(shù)還與�(dāng)前乃�21世紀(jì)的一些關(guān)鍵電子技�(shù)及電子產(chǎn)品密切相�(guān)�

  目前�(shù)字圖像處理技�(shù)幾�(gè)引人矚目的高科技�(lǐng)域包括:

  1.高清晰度電�(HDTV)

  高清晰度電視是當(dāng)今國(guó)際高科技�(jìng)�(zhēng)的制高點(diǎn)之一,占�(lǐng)這�(gè)制高�(diǎn)�,必將擁有巨大的�(jīng)�(jì)效益。目前主要有兩種�(fā)展模式:一是日�、西歐等�(guó)家在�(xiàn)有的基礎(chǔ)上�(jìn)行改�;二是美�(guó)推出的全�(shù)字HDTV�1992年美�(guó)推出�4種全�(shù)字HDTV,它們的�(guān)鍵技�(shù)是在視頻圖像信號(hào)處理上采用的信源圖像壓縮編碼技�(shù)。然�,其�(jià)格上分昂貴,難以真正商品�。這種狀況的豐要原因是壓縮編碼方法的效率不高�

  2.商�(yè)電子�

  20世紀(jì)90年代,由于美�(guó)商品零售�(yè)的發(fā)�,出�(xiàn)了新興的零售連鎖集團(tuán),它憑借現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)所帶來(lái)的零�(kù)�、低成本和低售價(jià),迅速占�(lǐng)了市�(chǎng),成為美�(guó)商品零售�(yè)的首批巨�?!斑@種商�(yè)電子化”大市場(chǎng)吸引著越�(lái)越多的創(chuàng)�(yè)者、高科技公司,以致一些世界性大公司紛紛涉足于這一�(lǐng)域�

  商業(yè)零售�(yè)作為市場(chǎng)流通的樞紐與各行各�(yè)密切相關(guān),它使得商業(yè)電子化成為一�(xiàng)�(fù)雜的系統(tǒng)工程,它不僅僅使商場(chǎng)收款�(jī)電子�,而且它還使商�(chǎng)�(wǎng)�(luò)化、貨幣支付電子化甚至訂貨電子化等。在商業(yè)電子化過(guò)程中,商品信息的處理、存�(chǔ)與傳輸是十分重要的環(huán)節(jié)�

  3.可視電�

  目前,國(guó)�(nèi)外已有成型的�(chǎn)�,然�,它仍需占用較多通信線路,而且自身造價(jià)昂貴,其主要原因是圖像壓縮技�(shù)的壓縮倍數(shù)尚不能滿足要�,因此要使可視電話真正商品化,必須在圖像壓縮技�(shù)方面有新的突破才能實(shí)�(xiàn)�

  4.多媒體技�(shù)

  多媒體是指文(text)、圖(image)、聲(audio)、像(video)與計(jì)算機(jī)程序融合在一起形成的信息存儲(chǔ)和傳播媒�。它是近期發(fā)展起�(lái)的新技�(shù),我們過(guò)去熟悉的�、圖、像等媒體幾乎是以模擬信�(hào)�(jìn)行存�(chǔ)和傳�?shù)?,而多媒體卻是以數(shù)字信�(hào)的形式�(jìn)行存�(chǔ)和傳播的�

  目前多媒體的�(kāi)�(fā)和應(yīng)用趨�(shì),大致可分為三類:一是具有編輯和播放和雙重功能的�(kāi)�(fā)系統(tǒng),這種系統(tǒng)適合于人員制作多媒體軟件�(chǎn)�;二是主要以具備交互播放功能為主的教育/培訓(xùn)系統(tǒng);三是主要用于家庭娛�(lè)和學(xué)�(xí)的家用多媒體系統(tǒng)??梢?jiàn),多媒體的潛力和�(yīng)用前景是非常廣闊��

  在多媒體技�(shù)�,數(shù)字圖像處理技�(shù)起著�(guān)鍵性的作用�

  5.醫(yī)用圖像處理技�(shù)

  以“圖像重選”技�(shù)為中心的�(yī)用圖像處理技�(shù)日趨�(fā)展。目�,以�(yī)用超聲成像、x光造影�、X光斷影成�、CT掃描、核磁共振斷層成像技�(shù)等為基礎(chǔ)的醫(yī)用圖像處理技�(shù),將為醫(yī)�(xué)界實(shí)�(xiàn)“將人體�?yōu)橥该黧w”的�(shè)想成為現(xiàn)�(shí),其�,數(shù)字圖像壓縮處理技�(shù)是關(guān)鍵部��

  圖像采集處理系統(tǒng)主要包括圖像采集和圖像處理兩大部分。一般圖像處理都是采用通用的或?qū)S玫腄SP芯片,TI和ADI公司是提供通用的DSP芯片的兩�(gè)主要公司,每一�(gè)公司都推出了浮點(diǎn)和定�(diǎn)通用DSP芯片,不僅如�,還針對(duì)不同�(yīng)用場(chǎng)合,推出了眾多系列的DSP芯片。比如TI公司推出了適合音頻和視頻處理的C5000和C6000系列的DSP芯片,另�,還根據(jù)各種終端�(shè)備的特點(diǎn),推出了TMS320DSC21、TMS320DSC25� TMS320DM310和TMS320DM64等DSP芯片。TI解決方案可以幫助許多消費(fèi)類商品,例如攝錄/像�(jī)、電子書、MPEG-4播放�(jī)/錄制機(jī)、相片打印機(jī)、便攜式�(wǎng)上視頻家�、影片光盤柜、聯(lián)�(wǎng)�(jī)和無(wú)線相�(jī)�

  以TI的DSP芯片為基�(chǔ)的數(shù)碼相�(jī)系統(tǒng)方框圖如圖所示�

DSP芯片為基礎(chǔ)的數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)方框圖

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