【摘要】：在嵌入式圖像視頻處理系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計方式限制著整個系統(tǒng)的運行效率。其中前端圖像視頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是后續(xù)所有系統(tǒng)模塊的數(shù)據(jù)來源,這不僅直接影響著其所在圖像處理系統(tǒng)的實時性,也對目標(biāo)圖像視頻數(shù)據(jù)的格式和幀類型造成約束。同時,該前端模塊所采集到的圖像質(zhì)量在很大程度上決定著后續(xù)圖像處理系統(tǒng)設(shè)計的準確性和穩(wěn)定性。因此,在嵌入式系統(tǒng)中針對特定平臺實現(xiàn)更為快速、精確且穩(wěn)定的圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)至關(guān)重要。本文面向JPEG2000編解碼系統(tǒng),基于Zynq-7000 SOPC平臺實現(xiàn)了裸機和嵌入式Linux操作系統(tǒng)兩種開發(fā)環(huán)境下的USB圖像視頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)針對Zynq-7000平臺的USB總線接口結(jié)構(gòu),完成裸機環(huán)境下的USB EHCI主機協(xié)議棧的軟件系統(tǒng)層次劃分;(2)研究了USB2.0標(biāo)準、EHCI主機規(guī)范等標(biāo)準協(xié)議,在Xilinx SDK開發(fā)平臺完成了EHCI主機協(xié)議棧HCD層級的驅(qū)動程序設(shè)計;(3)研究了USB視頻類標(biāo)準設(shè)備規(guī)范UVC1.1,實現(xiàn)了主機協(xié)議棧USBD層級及接口層級的系統(tǒng)軟件設(shè)計;(4)實現(xiàn)了Zynq-7000平臺上Linux操作系統(tǒng)的移植,并基于V4L2驅(qū)動框架及相關(guān)應(yīng)用程序接口實現(xiàn)了Linux系統(tǒng)下的圖像數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序設(shè)計;(5)完成了圖像數(shù)據(jù)采集后的預(yù)處理優(yōu)化方案的設(shè)計與實現(xiàn),在進行YUV2到RGB色彩空間的格式轉(zhuǎn)換時,摒棄了原先在系統(tǒng)軟件中的繁瑣計算方式并提出了基于查找表的優(yōu)化設(shè)計方案,進一步提升了圖像處理系統(tǒng)的運行效率。在實現(xiàn)裸機和Linux操作系統(tǒng)兩種環(huán)境下的軟件程序設(shè)計之后,本文基于Xilinx Zc702開發(fā)板分別進行了系統(tǒng)功能性測試。測試結(jié)果顯示:裸機環(huán)境下的EHCI主機協(xié)議�？梢猿醪綄崿F(xiàn)UVC設(shè)備的識別與控制器;Linux操作系統(tǒng)下基于V4L2的應(yīng)用程序可以正常的實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采集;基于查找表的圖像預(yù)處理優(yōu)化方案可以顯著的降低色彩空間轉(zhuǎn)換所需時間,具有良好的系統(tǒng)實時性。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;TN914
【圖文】：

二章 基于 Zynq-7000 平臺的 USB 總線系統(tǒng) 平臺內(nèi)包含兩個 USB 控制器：USB Controller0 和 USB Controller1，G 三種工作模式。當(dāng)配置為主機模式時，系統(tǒng)可通過板上的 USB 接采集操作。在進行 Host 主機協(xié)議棧系統(tǒng)軟件設(shè)計之前，必須詳細的 總線系統(tǒng)架構(gòu)并熟悉相關(guān)標(biāo)準及協(xié)議規(guī)范，本章將從平臺級總線架構(gòu)個方面進行詳細闡述。SB 總線接口的圖像處理系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)用于視頻圖像數(shù)據(jù)采集的攝像頭設(shè)備都是基于 USB 接口的，屬于 U在嵌入式系統(tǒng)中通常僅將 USB 接口作為設(shè)備，總線主機功能的實現(xiàn)1 所示為傳統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通常將攝像頭設(shè)備連接到 PC 機的系統(tǒng)自帶的驅(qū)動程序提供對 USB 總線 Host 功能的支持從而實現(xiàn)基于集。后續(xù)的圖像數(shù)據(jù)處理、顯示以及存儲等部分都是基于 PC 機而統(tǒng)結(jié)構(gòu)對 PC 機的依賴性極大，開發(fā)成本高、可移動性差且不易于系

圖 2-2 嵌入式平臺圖像處理系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準簡介一種通用串行總線，本文所使用的 Zynq-7000 平臺上的 USB 接口相比于 USB1.1 總線標(biāo)準只支持 LS 和 FS 兩種傳輸速率，USB2.0極限速率可達 480Mbit/s，極大的擴展了 USB 總線的應(yīng)用范圍[11]，統(tǒng)實時性的要求。此外，USB 接口還支持雙向數(shù)據(jù)傳輸和即插即用此適用于在常見的嵌入式圖像處理系統(tǒng)中實現(xiàn)圖像視頻數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)統(tǒng)是一種基于主-從結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，主機 Host 和設(shè)備 Device 之間通過的角度看可以將 USB 總線系統(tǒng)簡化為圖 2-3 所示的簡單模型，但具個 USB 總線系統(tǒng)中可以有一個或多個附屬的 USB Device，且各種類型，可以是 USB 標(biāo)準設(shè)備類型也可以是用戶自定義的設(shè)備類型SB Host。所謂的 Host 由一個或多個主機控制器和一個根集線器組

圖 2-4 USB 系統(tǒng)分層與 Host 不同，USB 設(shè)備的實現(xiàn)較為簡單，其主要用于向主機提供特定的額外功能。根據(jù)對不同設(shè)備的傳輸及控制特性的不同可以將不同的設(shè)備劃分為多種設(shè)備類型，如 HID、UVC 和 UAC 等。種類繁多的 USB 設(shè)備可實現(xiàn)的功能各不相同，但它們所提供的訪問接口是標(biāo)準的，這就使得主機可以以同樣的方式對各種類型的設(shè)備進行控制，從而降低應(yīng)用程序設(shè)計的復(fù)雜度。為了便于 Host 識別所連接的設(shè)備類型并確定其所能提供的功能，USB 標(biāo)準協(xié)議規(guī)定設(shè)備必須向主機提供某些用于確認其“身份”的信息，這將通過設(shè)備“枚舉”操作來實現(xiàn)。不同類型的 USB 設(shè)備在枚舉階段所提供的信息大致可分為兩大部分：設(shè)備通用信息和設(shè)備類型專用信息。顧名思義，設(shè)備通用信息是所有類型的設(shè)備都將且必須向主機提供的信息，這部分通用信息主要用于向Host報告設(shè)備自身的設(shè)備類型、接口狀態(tài)等。設(shè)備專用信息則與具體的設(shè)備有關(guān)，用于向 Host 提供該種設(shè)備類型所特有的信息，如UVC 設(shè)備所提供的繁雜的設(shè)備配置集合。但從系統(tǒng)層級的角度來看，雖然不同類型的 USB 設(shè)備自身特性及其所提供的功能也各有差異，但由于它們都向外部提供了統(tǒng)一的接口，因此 Host 主機可以以相同的方式對各種類型的設(shè)備進行訪問。雖然 USB 總線系統(tǒng)主要基于 Host-Device 形式的主-從結(jié)構(gòu)，但其物理拓撲結(jié)構(gòu)為星型而非單一的點對點結(jié)構(gòu)。圖 2-5 所示即為 USB 總線系統(tǒng)的星型拓撲結(jié)構(gòu)，Host 通過根集線器向外提供若干連

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本文編號：2771034