嵌入式圖像處理系統(tǒng)的模塊化軟件設(shè)計(jì)

俞曉妮

摘要 隨著我國(guó)智能化、信息化的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在多媒體通信、交通控制以及個(gè)人數(shù)據(jù)處理中得到了廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用范圍也逐漸增強(qiáng)。嵌入式圖像處理系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的有效融合，可用于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、視頻監(jiān)控等領(lǐng)域，采用的是網(wǎng)絡(luò)化嵌入式硬件系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行處理，具有重大的運(yùn)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞 嵌入式；圖像處理系統(tǒng)；軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)TP3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2016）156-0080-02

在很多領(lǐng)域中，由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不可避免的需要使用大量的數(shù)據(jù)，面對(duì)這些算法復(fù)雜的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的圖像處理系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足要求。嵌入式圖像處理系統(tǒng)在通訊、醫(yī)藥等方面都發(fā)揮著非常重要的作用，正是因?yàn)楦鱾€(gè)領(lǐng)域獲得的圖像數(shù)據(jù)越來(lái)越多，如何對(duì)圖像數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確的進(jìn)行處理顯得格外重要。所以需要設(shè)計(jì)出更優(yōu)化的圖像處理。

1 嵌入式系統(tǒng)概述

1.1 嵌入式系統(tǒng)的概念

嵌入式系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上的應(yīng)用型專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其軟件和硬件都可以剪裁，系統(tǒng)對(duì)成本、功耗、功能都提出了更高的要求，具有可靠性強(qiáng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的監(jiān)視、控制和管理。隨著嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到人們的生活中，無(wú)論是在工業(yè)、服務(wù)業(yè)還是消費(fèi)電子等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

與普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)的專用性更強(qiáng)，一般是面向特定運(yùn)用的，嵌入式處理器一般應(yīng)用在用戶設(shè)計(jì)的特定系統(tǒng)中，集成性高、體積小、功耗低，不僅具有方便攜帶的優(yōu)點(diǎn)，操作系統(tǒng)更是實(shí)時(shí)操作的，可以滿足實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的場(chǎng)合要求。將嵌入式系統(tǒng)運(yùn)用到應(yīng)用程序中，在芯片上直接運(yùn)行而不需要操作系統(tǒng)，未來(lái)可以充分利用更多的系統(tǒng)資源，用戶需要選擇RTOS開(kāi)發(fā)平臺(tái)，保障軟件的質(zhì)量。嵌入式系統(tǒng)主要包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，其中硬件系統(tǒng)是基礎(chǔ)，軟件系統(tǒng)是靈魂，復(fù)雜程度非常高。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于RF5軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：

嵌入式圖像處理系統(tǒng)和傳統(tǒng)處理系統(tǒng)一樣，主要包括硬件和軟件兩個(gè)方面，硬件包括系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，軟件包括嵌入式操作系統(tǒng)和圖像處理算法兩個(gè)方面。其中硬件平臺(tái)又包括圖像儲(chǔ)存模塊、通信模塊和顯示模塊等，主要是為系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)提供支持。在圖像處理過(guò)程中，硬件系統(tǒng)可以為其提供計(jì)算、顯示、存儲(chǔ)等條件。RF5是以DSP和XDAIS為基礎(chǔ)的代碼參考框架，在DSP軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中具有重要的作用，參考框架在整個(gè)程序中具有非常重要的作用，是整個(gè)運(yùn)用應(yīng)用程序的藍(lán)本。RF5的數(shù)據(jù)處理元素包括通道、單元、任務(wù)和XDAIS算法，這4個(gè)元素之間具有緊密的聯(lián)系，獨(dú)立又聯(lián)系，他們之間的關(guān)系如下圖1。嵌入式操作系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心系統(tǒng)，提供了包括圖形處理任務(wù)管理在內(nèi)的各項(xiàng)管理，經(jīng)過(guò)硬件的初始化、圖像信息存儲(chǔ)、圖像信息顯示等過(guò)程實(shí)現(xiàn)圖像處理和存儲(chǔ)。

3 軟件模塊化程序?qū)崿F(xiàn)

3.1 初始化模塊

軟件系統(tǒng)的初始化模塊主要包括處理器、RF5模塊化初始化、圖像處理算法、視頻捕獲、視頻顯示通道等。處理器和系統(tǒng)板初始化是指設(shè)備重啟之后，通過(guò)軟件配置的方式對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行配置和選擇。系統(tǒng)在進(jìn)行工作的時(shí)候，初始化模塊是其執(zhí)行的第一個(gè)任務(wù)，執(zhí)行完初始化模塊之后，程序的控制權(quán)將會(huì)轉(zhuǎn)變到調(diào)度程序中，由調(diào)度程序來(lái)調(diào)度接下來(lái)的任務(wù)。

3.2 視頻捕獲和顯示模塊

3.2.1 視頻捕獲的實(shí)現(xiàn)

視頻捕獲主要負(fù)責(zé)將外部的視頻解碼器解碼生成的數(shù)字視頻信號(hào)采集收集起來(lái)，并且這個(gè)采集的過(guò)程非常方便，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集，最終形成的圖形處理也是可以實(shí)時(shí)處理的，可以隨時(shí)隨地對(duì)大數(shù)據(jù)的圖像進(jìn)行處理，這也是其最大的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。采集到的數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)入到系統(tǒng)外擴(kuò)的存儲(chǔ)器中，從而實(shí)現(xiàn)視頻的捕獲。視頻采集可以自動(dòng)采集，當(dāng)單元進(jìn)入自動(dòng)采集狀態(tài)，完成了圖像的采集之后，視頻端口都會(huì)向系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出中斷請(qǐng)求，中斷服務(wù)程序便開(kāi)始發(fā)揮自身的功能，對(duì)圖像的存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行連續(xù)更新，圖像存儲(chǔ)區(qū)一旦更新之后，圖像采集系統(tǒng)就會(huì)采集下一個(gè)圖像數(shù)據(jù)，最終進(jìn)入一個(gè)循環(huán)。當(dāng)視頻端口的FIFO裝滿了采集的數(shù)據(jù)之后，會(huì)發(fā)生中斷信息，進(jìn)入EDMA ISR中斷服務(wù)程序?qū)⒁曨l數(shù)據(jù)送入到SDRAM中。

3.2.2 視頻顯示的實(shí)現(xiàn)

視頻顯示的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)視頻圖像顯示模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，視頻圖像處理模塊處理后的圖像經(jīng)過(guò)顯示模塊處理，處理之后將圖像編碼成數(shù)字視頻流，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻流經(jīng)過(guò)系統(tǒng)編碼轉(zhuǎn)化為虛擬視頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)解碼器之后視頻流就變成了標(biāo)準(zhǔn)的模擬視頻信號(hào)，分別經(jīng)過(guò)EDMA控制器和EDMA ISR之后最終進(jìn)入到視頻端口的緩沖區(qū)中，經(jīng)過(guò)緩沖器之后，信號(hào)會(huì)使EDMA中斷，送入新的圖像信號(hào)，并在顯示器上顯示出來(lái)，視頻顯示的流程如下圖2。輸出作用在外部編輯器中。

3.3 圖像處理模塊

圖像處理模塊比較靈活，是指在嵌入式的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的處理。在圖像處理系統(tǒng)中，又包括系統(tǒng)功能模塊和圖像增強(qiáng)模塊。系統(tǒng)功能中包含圖像增強(qiáng)功能，除了圖像功能之外，還包括圖像的幾何變換、形態(tài)運(yùn)輸和圖像分析。在圖像增強(qiáng)模塊中又包括圖像的預(yù)處理和邊緣檢測(cè)、直方圖修正、中值濾波、灰度變換調(diào)整，而圖像預(yù)處理又包括圖像平滑和圖像銳化。圖像平滑就是消除噪聲對(duì)圖像造成的影響，圖像平滑的處理是通過(guò)高斯低通濾波法來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣做雖然可以消除圖像受到噪聲的影響，但同時(shí)也存在著一定的弊端，圖像經(jīng)過(guò)處理之后會(huì)變得模糊。圖像銳化的目的就是讓模糊的圖像重新變得清晰。圖像模糊是由于圖像受到平均或積分運(yùn)算而造成的，圖像銳化就是對(duì)其進(jìn)行逆運(yùn)算，重新使圖像變得清晰。

4 結(jié)論

嵌入式圖像處理系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要包括初始化模塊、視頻捕獲模塊、視頻顯示模塊和圖像處理模塊，在確定了整個(gè)軟件系統(tǒng)的程序流程之后，就可以分別設(shè)計(jì)紛紛模塊的程序，最終完成整個(gè)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。