Đang tải... (xem toàn văn)
Thuật toán xử lý ảnh trên kit DSP Một trong những lĩnh vực được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp,trong y tế,trong quốc phòng là xử lý, phân tích hình ảnh và video. Để phát triển và cho phép người dùng thử nghiệm những ứng dụng này thì những kit phát triển DSP của TI có những tính năng và môi trường làm việc rất phù hợp. Các kit DSP nói riêng và kit DSP EVMDM642 nói riêng có mức độ tích hợp và tốc độ xử lý rất cao.,nó đáp ứng được những yêu cầu trong lĩnh vực xử lý số ,tín hiệu,và xử lý hình ảnh,xử lý video. Vì những ứng dụng rộng rãi của của lĩnh vực này nên nhóm sinh viên chúng em đã quyết định chọn đề tài “Tìm hiểu về DSP Evaluation board EVMDM642 ứng dụng xử lý ảnh”. Để có thể thực hiện và hoàn thành đề tài này em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Lê Dũng và các thầy cô trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về phương tiên,dụng cụ cũng như về mặt kiến thức cho chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Nhóm sinh viên thực hiện đã hoàn thành được những yêu cầu mà đề tài đồ án đặt ra đó là tìm hiểu về hoạt động của board EVMDM642 và cài đặt một số những thuật toán xử lý ảnh sử dụng board này.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: TÌM HIỂU VỀ DSP BOARD EVMDM642 ỨNG DỤNG CÁC THUẬT TOÁN XỬ LÝ ẢNH Giảng viên hướng dẫn: TS.LÊ DŨNG Sinh viên thực hiện: ĐÀO ĐĂNG TOÀN NGUYỄN VĂN TIỆP LÊ CAO BẰNG Khoa : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Lớp : ĐT2 – K53 Hà Nội, 6-2013 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: TÌM HIỂU VỀ DSP BOARD EVMDM642 ỨNG DỤNG CÁC THUẬT TOÁN XỬ LÝ ẢNH Giảng viên hướng dẫn: TS.LÊ DŨNG Sinh viên thực hiện: ĐÀO ĐĂNG TOÀN NGUYỄN VĂN TIỆP LÊ CAO BẰNG Khoa : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Lớp: ĐT2 – K53 Cán bộ phản biện: NCS.TRƯƠNG CAO DŨNG ThS.NGUYỄN QUANG MINH TS.TRẦN ĐỖ ĐẠT TS.NGÔ VŨ ĐỨC TS.NGUYỄN VŨ SƠN Hà Nội, 6-2013 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Đào Đăng Toàn Số hiệu sinh viên: 20082691 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Tiệp Số hiệu sinh viên: 20082676 Họ và tên sinh viên: Lê Cao Bằng Số hiệu sinh viên: 20080171 Khoá:53 Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: Điện tử 1. Đầu đề đồ án: Tìm hiểu về DSP Evaluation board EVMDM642 ứng dụng các thuật toán xử lý ảnh 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Một camera tương tự, một board DSP EVMDM642, một bộ nạp blackhawk bhusb-560m và các dây nối đi kèm. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ……. 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……………………………………………………………………………………… ……………………………… ….……….………………………………………… ………… 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: TS. Lê Dũng 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/3/2013 7. Ngày hoàn thành đồ án: 4/6/2013 Ngày tháng năm Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán bộ phản biện BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Đào Đăng Toàn Số hiệu sinh viên: 20082691 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Tiệp Số hiệu sinh viên: 20082676 Họ và tên sinh viên: Lê Cao Bằng Số hiệu sinh viên: 20080171 Khoá:53 Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: Điện tử Giảng viên hướng dẫn: TS.Lê Dũng Cán bộ phản biện: : NCS.Trương Cao Dũng ThS. Nguyễn Quang Minh TS. TRần Đỗ Đạt TS. Ngô Vũ Đức TS. Nguyễn Vũ Sơn 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: 2. Nhận xét của cán bộ phản biện: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 Ngày tháng năm Cán bộ phản biện ( Ký, ghi rõ họ và tên ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay khi khoa học và công nghệ ngày một phát triển, đặc biệt là lĩnh vực công nghệ số,công nghệ điện tử. Trong lĩnh vực điện tử yêu cầu về tốc độ xử lý, cũng như kích thước của những linh kiện,sản phẩm ngày càng cao. Tốc độ xử lý của chip được cải thiện rất nhanh vì vậy chúng có khả năng xử lý tốt trong các lĩnh vực công nghệ âm thanh và hình ảnh. Một trong những lĩnh vực được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp,trong y tế,trong quốc phòng là xử lý, phân tích hình ảnh và video. Để phát triển và cho phép người dùng thử nghiệm những ứng dụng này thì những kit phát triển DSP của TI có những tính năng và môi trường làm việc rất phù hợp. Các kit DSP nói riêng và kit DSP EVMDM642 nói riêng có mức độ tích hợp và tốc độ xử lý rất cao.,nó đáp ứng được những yêu cầu trong lĩnh vực xử lý số ,tín hiệu,và xử lý hình ảnh,xử lý video. Vì những ứng dụng rộng rãi của của lĩnh vực này nên nhóm sinh viên chúng em đã quyết định chọn đề tài “Tìm hiểu về DSP Evaluation board EVMDM642 ứng dụng xử lý ảnh”. Để có thể thực hiện và hoàn thành đề tài này em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Lê Dũng và các thầy cô trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về phương tiên,dụng cụ cũng như về mặt kiến thức cho chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Nhóm sinh viên thực hiện đã hoàn thành được những yêu cầu mà đề tài đồ án đặt ra đó là tìm hiểu về hoạt động của board EVMDM642 và cài đặt một số những thuật toán xử lý ảnh sử dụng board này. Mặc dù chúng em đã cố gắng và nỗ lực hết mình để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, song chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót và hạn chế. Vì vậy, chúng em rất mong sẽ nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô giáo và các bạn để đề tài tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện TÓM TẮT ĐỒ ÁN Xử lý hình ảnh,video là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 Những năm gần đây sự phát triển của lĩnh vực này ngày càng nhanh,kích thích các trung tâm nghiên cứu phát triển ứng dụng của nó. Đồ án tập trung nghiên cứu cách sử dụng bộ kit phát triển của TI: board EVMDM642 . Bởi vì sự chuyên dụng trong việc xử lý hình ảnh , nên sự nghiên cứu về hoạt động của kit là cần thiết. Đồng thời đồ án cũng đưa ra những kết quả ban đầu trong việc thử nghiệm các thuật toán xử lý hình ảnh,video. Nội dung của đồ án bao gồm 3 chương: Chương I : Khái quát chung Chương II : Quy trình xử lý dữ hiệu video của DSP board EVMDM642 Chương III : Quy trình thực hiện đồ án và các kết quả thu được ABSTRACT Image processing and video processing is a scientific and technological field. In few recent years,the development of the field is growing rapidly, It stimulated research and development centers to develop its applications. We’s thesis focused on the usage of TI development kits: EVMDM642 board. Because the specialization in image processing, so reseaching about the activities of this kit is necessary. Beside, the thesis also provides the initial results of the testing of image, video processing algorithms. The contents of the thesis includes 3 chapters: Chapter I : Overview Chapter II : The procedure video data process of DSP board EVMDM642 Chapter III : The implementation procedure of thesis and the results obtained PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ SINH VIÊN MSSV Nhiệm vụ thực hiện Nhiệm vụ chung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 Đào Đăng Toàn 20082691 Thực hiện thuật toán làm nổi đường biên sobel và quick mask ,tăng giảm độ sáng của ảnh Tìm hiểu về cách thức hoạt động của trình biên dịch Code Composer Studio cũng như hoạt động của board DSP EVMDM642. Quá trình xử lý luồng dữ liệu video. Cách thức hoạt động và lưu trữ của các bộ đệm và bộ nhớ Nguyễn Văn Tiệp 20082676 Cách thức tác động lên từng ô nhớ của bộ nhớ DSP, viết dòng chữ chạy trên màn hình, hiển thị hình ảnh của ảnh đảo ngược,xử lý lọc Gauss cho ảnh. Lê Cao Bằng 20080171 Chuyển đổi từ ảnh mầu sang ảnh grayscale.phân chia ,hiển thị nhiều ảnh lên màn hình. TÓM TẮT ĐỒ ÁN 6 PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ…………………………………………………………….8 DANH SÁCH HÌNH VẼ 10 DANH SÁCH BẢNG BIỂU 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 14 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG 17 1.1 Tổng quan về các ứng dụng của các bộ DSP 17 1.1.1 Các ưu điểm của xử lý số tín hiệu 17 1.1.2 Sử dụng DSP để thực hiện: 17 1.1.3 Các lĩnh vực ứng dụng DSP: 17 1.1.4 Đặc điểm của các bộ DSP: 18 1.2. Quá trình thực hiện 19 1.3. Nội dung tìm hiểu về board TMS320DM642 20 1.3.1. Lắp đặt phần cứng 20 1.3.2. Các thành phần phần cứng của board 21 1.4. Code Composer Studio và ngôn ngữ lập trình 30 1.4.1. Giới thiệu tổng quan về CCS 30 1.4.2. Ngôn ngữ lập trình trên CCS với DSP 31 1.4.3. Download,cài đặt và làm việc với Code Composer Studio 32 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU VIDEO CỦA DSP BOARD EVMDM642 47 2.1 . Sơ đồ đường đi của luồng dữ liệu video 47 2.2 . Video Capture Port 48 2.2.1. Cấu hình Video Capture FIFO 48 2.2.2. Chọn chế độ thu video 50 2.2.3. Chế độ thu video chuẩn BT .656 51 2.2.4. Các kênh thu BT.656 51 2.2.5. Mã tham chiếu thời gian BT.656 52 2.2.6. Cửa sổ video BT.656 54 2.2.7. Lấy mẫu dữ liệu BT.656 56 2.2.8. Cách thức đóng gói trong bộ đệm của BT.656 56 2.2.9. Các chế độ thu videoY/C 59 2.2.10. Chế độ bắt dữ liệu Raw 63 2.3. Các cổng video hiển thị. 67 2.3.1. Các chế độ lựa chọn hiển thị 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 2.3.2. Chế độ hiển thị video dạng BT.656 72 2.3.3. Chế độ hiển thị video Y/C 75 2.3.4. Chế độ hiển thị ảnh thô (RAW) 77 2.3.5. Tổ chức trường và khung hình trong hiển thị video 79 2.3.6. Hiển thị video dạng dữ liệu thô (raw data mode) 81 2.3.7. Hiển thị video dạng BT.656 hoặc chế độ Y/C 83 CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN VÀ CÁC KẾT QUẢ THU ĐƯỢC 86 3.1. Chương trình gốc 86 3.2. Thu dữ liệu từ camera,hiển thị video lên màn hình 87 3.3. Các phần đã thực hiện 89 3.3.1. Chuyển video từ mầu sang ảnh grayscale và chia màn hình làm bốn phần, mỗi phần hiển thị một ảnh 89 3.3.2. Thực hiện thuật toán nổi đường biên.Tăng giảm độ sáng của ảnh 94 3.3.3. Phương pháp lọc gauss, thuật toán viết dòng chữ chạy và đảo ảnh 101 KẾT LUẬN 112 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 DANH SÁCH HÌNH VẼ Chương 1 Hình 1. 1 Ví dụ về cài đặt phần cứng 21 Hình 1. 2 Sơ đồ khối DM642 EVM 22 Hình 1. 3 Giao diện bộ nhớ Flash 24 Hình 1. 4 Sơ đồ board layout 27 Hình 1. 5 Bản đồ bộ nhớ KIT DM642 28 Hình 1. 6 Sơ đồ biên dịch của chương trình 31 Hình 1. 7 Bắt đầu cài đặt CCS 3.1 34 Hình 1. 8 Lựa chọn cài đặt CCS 3.1 34 Hình 1. 9 Lựa chọn dòng chip hỗ trợ 35 Hình 1. 10 Hoàn thành cài đặt CCS3.1 35 Hình 1. 11 Biểu tượng của chương trình sau khi cài đặt 36 [...]... một ngôn ngữ xử lý tín hiệu Nó nhấn mạnh vào thiết kế hệ thống chứ không phải là toán học Do vậy ANSI C không phải là ngôn ngữ tự nhiên nhất để thực hiện thuật toán DSP Các bộ vi xử lý DSP có nhiều yếu tố để tăng sự tương thích, chẳng hạn như chế độ tối ưu địa chỉ Do vậy trong thiết kế vi xử lý, DSP thường sử dụng assembly trong các đoạn mã yêu cầu hiệu năng quan trọng Với tất cả các lý do trên , hiệu... và hòa âm Máy tính: điều khiển servo đĩa quang, mạng máy tính ,đồ họa hai chiều và ba chiều, bộ đồng xử lý toán học,máy tính laze , hệ thống đa nhiệm , âm thanh số … Đo lường : lọc số , các bộ phân tích phổ, các máy phát tín hiệu 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Xử lý ảnh: Nhận dạng ảnh , nhận dạng vân tay , nén ảnh , … Âm thanh số: phát thanh số , thiết bị tự động trả lời, máy nhắn tin, nhạc cụ và các bộ tổng hợp... các bộ DSP 1.1.1 Các ưu điểm của xử lý số tín hiệu - Ít linh kiện hơn - Hoạt động ổn định - Ứng dụng rộng dãi - Độ kháng nhiễu cao - Ổn định với thay đổi nguồn nuôi - Khả năng tự kiểm tra - Không cần hiệu chỉnh - Độ chính xác cao - Dễ thay đổi 1.1.2 Sử dụng DSP để thực hiện: Các bộ lọc số ( FIR,IIRF,thích nghi,…) Các hàm xử lý số: các phép tính số học,các phép tính lượng giác, ma trận Các hàm xử lý tín... tính toán thống nhất Một lập trình viên có thể giả định chương trình của mình sẽ có kết quả tương tự trên nền 31 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP tảng nào Tuy mô hình thực thi trên các nền tảng có khác nhau C cũng giả định một bộ nhớ nền tảng lớn Trên thực tế, hiệu năng truy cập bộ nhớ trong một số trường hợp có thể là nhân tố chính ảnh hưởng tới hiệu suất ứng dụng Các tính năng phần cứng là rất cấn thiết để xử lý hiệu... chương trình trên TMS320DM642 board *.cdb là file cấu hình khi sử dụng DSP/ BIOS 30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1 6 Sơ đồ biên dịch của chương trình 1.4.2 Ngôn ngữ lập trình trên CCS với DSP Các ứng dụng DSP thường có yêu cầu hiệu năng cao Do vậy các lập trình viên thường sử dụng ngôn ngữ assembly Tuy rất nó hiệu quả nhưng thời gian đưa ra sản phẩm lâu dẫn đến việc sử dụng C trong lập trình cho DSP trở nên... DFT,IDFT, biến đổi sin,cosin … Các hàm xử lý dữ liệu: mã hóa/giải mã Các hàm điều chế: điều biên ( AM ) ,điều tần (FM ), điều pha (PM ) và kết hợp giữa chúng 1.1.3 Các lĩnh vực ứng dụng DSP: Bưu chính viễn thông : Các bộ dồn kênh,tổng đài số , điện thoại có hình ảnh, bảo mật thông tin , các trạm thu phát vệ tinh … Chuyển phát dữ liệu : Modem , máy fax , mạng LAN … Xử lý tín hiệu âm thanh: tổng hợp âm thanh,... công nghiệp : Điều khiển tốc đọ cao , phân tích dung động, kỹ thuật robot, điều khiển thích nghi , nén nhiễu , nhận dạng ảnh Trong y tế : khuếch đại âm thanh, phân tích ảnh X-quang , chuẩn đoán siêu âm Truyền hình: truyền hình số , màn hình độ phân giải cao Xử lý tiếng nói : tổng hợp tiếng nói, nhận dạng tiếng nói 1.1.4 Đặc điểm của các bộ DSP: Thực hiện các phép tính số học nhanh,linh hoạt , khả năng... điện áp của Texas Instrument Nguồn cung +1,4V được sử dụng cho DSP core” trong khi nguồn cung +3.3V được sử dụng cho DSP I/O buffer” và tất cả các chíp khác trên board Dây nguồn là loại 2,5 mm barel-type plug Bảng 1 9 Nguồn cung cấp cho các thành phần của board Test Point Voltage Thiết bị sử dụng TP4 +1.4V DSP Core 29 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TP8 DSP I/O and logic TP13 +1,8V FPGA TP15 +3.3V Bộ mã hóa video... hiện trong external FPGA Hình 1 5 Bản đồ bộ nhớ KIT DM642 1.3.2.5 Thiết lập switch cấu hình EVM board có hai vị trí switch cấu hình cho phép người sử dụng điều khiển các trạng thái hoạt động của DSP khi mà nó vừa mới thoát khỏi trạng thái reset Switch cấu hình được gắn nhãn là S1 và S2 trên EVM board Switch 1 cấu hình “boot mode” sẽ được sử dụng khi DSP bắt đầu thực hiện Mặc định,switch được cấu hình... 66 Hình 2 20 Đóng gói dữ liệu raw 16-bit 66 Hình 2 21 Đóng gói dữ liệu raw trong FIFO 67 Hình 2 22 Quá trình quét 1 ảnh I 68 Hình 2 23 Quá trình quét 1 ảnh P 68 Hình 2 24 Khung hình 1 ảnh I 69 Hình 2 25 Khung hình 1 ảnh P 70 Hình 2 26 Hoạt động bộ đếm FLCOUNT 71 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2 27 Hoạt động của bộ đếm FLCOUNT 71 . chữ chạy trên màn hình, hiển thị hình ảnh của ảnh đảo ngược ,xử lý lọc Gauss cho ảnh. Lê Cao Bằng 20080171 Chuyển đổi từ ảnh mầu sang ảnh grayscale.phân chia ,hiển thị nhiều ảnh lên. trong lĩnh vực xử lý số ,tín hiệu,và xử lý hình ảnh ,xử lý video. Vì những ứng dụng rộng rãi của của lĩnh vực này nên nhóm sinh viên chúng em đã quyết định chọn đề tài “Tìm hiểu về DSP Evaluation. trong việc thử nghiệm các thuật toán xử lý hình ảnh, video. Nội dung của đồ án bao gồm 3 chương: Chương I : Khái quát chung Chương II : Quy trình xử lý dữ hiệu video của DSP board EVMDM642 Chương