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TMS320与nRF24L01的无线图像传输系统

文章来源:沈阳航空工业学院 作者:张芝贤,邱委华,张正吉 访问次数:


该文章讲述了TMS320与nRF24L01的无线图像传输系统的电路原理和应用

  提出一种基于DSP,TMS320的无线图像传输系统,该系统实现图像的采集、压缩、无线传输及显示。概述系统设计过程,并重点讨论DMA在图像采集和JPEG压缩过程中的应用。最终通过对系统图像传输质量和传输速度的测试证明:该系统有效和实用。该系统设计适用于低端低价位无线图像传输产品或消费电子类产品,特别适合于家庭和临时场所使用的低端无线监控系统。

  1 引言

  随着航空航天技术的发展,图像无线传输技术日趋成熟。而嵌入式图像无线传输技术以其安装方便、灵活、适合广泛普及等优点在广大领域备受关注。本文介绍一种基于DSP的无线图像传输系统的设计方案与实现方法。

  2 系统总体设计方案

  图1为该系统设计框图。该系统分为图像采集、图像数据处理及无线通信3个模块。图像采集完成图像数据的采集;图像处理实现图像数据的压缩及相关处理:无线通信传输压缩数据。该系统选用TMS320VC5509A型DSP作为主处理器。

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3 系统硬件设计

  3.1图像采集模块

  图像信号采集电路的基本工作方法分为独立和处理器两种采集法。前者采用专用图像采集器件,自动完成图像采集、存储器地址生成以及图像数据的存储和刷新,除设定采集模式外,处理器不参与采集过程,该方法采集过程不占用CPU时间,实时性好,适合采集活动图像,但电路较复杂;后者采用普通视频A/D转换器和帧存储器实现图像采集。CPU控制完成采集过程,需占用CPU时间,实时性差,不适合实时采集视频图像,但电路简单。因此,本系统采用第1种独立采集方案。由专用图像传感器OV9650,CPLD和相应的外接电路等组成。OV9650是Omnision公司生产的CMOS图像传感器,其内部集成有MD转换器,可提供SXGA(1 280x1 024)分辨率的图像摄入和处理功能;采集图像以全图方式、局部方式或抽样子图方式输出,并且可提供多种输出格式。该系统通过SCCB总线配置OV9650,从而形成8位ITU-R BT.656格式的数字码流。CPLD选用XC95144XL10TQ144C,其最高主频可达178 MHz,144个宏单元和3 200个可用门电路,其TQFP封装有117个可用I/O引脚,满足各种采集设计需要;实现异步存储器Flash扩展;完成对BT.656格式的数字码流解码,包括提取码流中的同步信号、行起始和结束信号、取出亮度(Y)信息、色度信息,进行地址译码;实现SCCB总线接口;在DSF需要读取状态和图像数据时,产生必要的逻辑控制和时序,通过DMA将数据从缓存区读取SDRAM等。

  数据采集时,图像采集模块产生高速数字码流,而DSP对外围设备读取速度较慢。为了解决图像采集模块与图像处理模块的速度匹配问题,在这两模块之间加入数据缓冲区,可采用FIFO或SRAM,本系统采用ISSI公司的64 Kx16 bit存储空间的高速SRAM存储器IS61LV6416作为缓存存储解码BT.656码流得到的图像亮度数据。

  3.2 图像数据处理模块

  TMS320VC5509A内部仅有256 KB的RAM和64 KB的ROM,无法满足处理大量图像数据的需求,必须通过EMIF扩展外部存储器存放原始图像数据和应用程序。该系统外接Hynix公司HY57V641620EP SDRAM,其8 MB的存储空间用于存储图像数据;外接Spansion公司的S29AL008D Flash,其1 MB的存储空间用于存储应用程序和Boofloader。EMIF可与SDRAM无缝连接,接口连接如图2所示。由于TMS320VC5509A最大只能外扩16 KB的异步存储器,因此访问1 MB Flash需按分页方式访问,连接示意图如图3所示。

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3.3 无线收发模块

  nRF24L01是一款2.4 GHz单片无线收发器,全球开放ISM频段免许可证使用,126频道,满足多点通信和跳频通信需要,内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制,最高工作速率2 Mb/s,高效GFSK调制,抗干扰能力强,只需少量外围元件便可组成射频收发电路,适用于工业控制场合。

  4 系统软件设计

  由于图像数据量大,若在接收端实时显示采集端图像,必须提高DSP的工作效率。图像采集时,通过DMA完成图像数据从采集模块到图像处理模块的传输;图像压缩利用DMA完成JPEG压缩过程中的分块操作,避免CPU对外围存储器的读写操作。无线通信时,将McBSP(多通道缓冲串口)配置成SPI接口与无线通信模块nRF24L01进行连接,需要传输的压缩数据由DMA送到McBSP缓冲区,最终完成图像数据传输。DMA具有传输快速、高效的特性,并且数据传输丁作无需CPU参与,从而极大减小CPU的负担,提高系统效率。

  4.1 采用DMA读取采集模块的数据

  图像采

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