發(fā)布時(shí)間：2020-07-26 16:57

【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(jì)方式限制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(lái)源,這不僅直接影響著其所在圖像處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,也對(duì)目標(biāo)圖像視頻數(shù)據(jù)的格式和幀類型造成約束。同時(shí),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(jì)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。因此,在嵌入式系統(tǒng)中針對(duì)特定平臺(tái)實(shí)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(tái)實(shí)現(xiàn)了裸機(jī)和嵌入式Linux操作系統(tǒng)兩種開(kāi)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(gè)方面:(1)針對(duì)Zynq-7000平臺(tái)的USB總線接口結(jié)構(gòu),完成裸機(jī)環(huán)境下的USB EHCI主機(jī)協(xié)議棧的軟件系統(tǒng)層次劃分;(2)研究了USB2.0標(biāo)準(zhǔn)、EHCI主機(jī)規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,在Xilinx SDK開(kāi)發(fā)平臺(tái)完成了EHCI主機(jī)協(xié)議棧HCD層級(jí)的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì);(3)研究了USB視頻類標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備規(guī)范UVC1.1,實(shí)現(xiàn)了主機(jī)協(xié)議棧USBD層級(jí)及接口層級(jí)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì);(4)實(shí)現(xiàn)了Zynq-7000平臺(tái)上Linux操作系統(tǒng)的移植,并基于V4L2驅(qū)動(dòng)框架及相關(guān)應(yīng)用程序接口實(shí)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(jì);(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(jì)與實(shí)現(xiàn),在進(jìn)行YUV2到RGB色彩空間的格式轉(zhuǎn)換時(shí),摒棄了原先在系統(tǒng)軟件中的繁瑣計(jì)算方式并提出了基于查找表的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,進(jìn)一步提升了圖像處理系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在實(shí)現(xiàn)裸機(jī)和Linux操作系統(tǒng)兩種環(huán)境下的軟件程序設(shè)計(jì)之后,本文基于Xilinx Zc702開(kāi)發(fā)板分別進(jìn)行了系統(tǒng)功能性測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示:裸機(jī)環(huán)境下的EHCI主機(jī)協(xié)議�？梢猿醪綄�(shí)現(xiàn)UVC設(shè)備的識(shí)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(shí)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(shí)間,具有良好的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;TN914
【圖文】：

二章 基于 Zynq-7000 平臺(tái)的 USB 總線系統(tǒng) 平臺(tái)內(nèi)包含兩個(gè) USB 控制器：USB Controller0 和 USB Controller1，G 三種工作模式。當(dāng)配置為主機(jī)模式時(shí)，系統(tǒng)可通過(guò)板上的 USB 接采集操作。在進(jìn)行 Host 主機(jī)協(xié)議棧系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)之前，必須詳細(xì)的 總線系統(tǒng)架構(gòu)并熟悉相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議規(guī)范，本章將從平臺(tái)級(jí)總線架構(gòu)個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。SB 總線接口的圖像處理系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jī)功能的實(shí)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(jī)的系統(tǒng)自帶的驅(qū)動(dòng)程序提供對(duì) USB 總線 Host 功能的支持從而實(shí)現(xiàn)基于集。后續(xù)的圖像數(shù)據(jù)處理、顯示以及存儲(chǔ)等部分都是基于 PC 機(jī)而統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì) PC 機(jī)的依賴性極大，開(kāi)發(fā)成本高、可移動(dòng)性差且不易于系

圖 2-2 嵌入式平臺(tái)圖像處理系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介一種通用串行總線，本文所使用的 Zynq-7000 平臺(tái)上的 USB 接口相比于 USB1.1 總線標(biāo)準(zhǔn)只支持 LS 和 FS 兩種傳輸速率，USB2.0極限速率可達(dá) 480Mbit/s，極大的擴(kuò)展了 USB 總線的應(yīng)用范圍[11]，統(tǒng)實(shí)時(shí)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(jiàn)的嵌入式圖像處理系統(tǒng)中實(shí)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(jī) Host 和設(shè)備 Device 之間通過(guò)的角度看可以將 USB 總線系統(tǒng)簡(jiǎn)化為圖 2-3 所示的簡(jiǎn)單模型，但具個(gè) USB 總線系統(tǒng)中可以有一個(gè)或多個(gè)附屬的 USB Device，且各種類型，可以是 USB 標(biāo)準(zhǔn)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(gè)或多個(gè)主機(jī)控制器和一個(gè)根集線器組

圖 2-4 USB 系統(tǒng)分層與 Host 不同，USB 設(shè)備的實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，其主要用于向主機(jī)提供特定的額外功能。根據(jù)對(duì)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(shí)現(xiàn)的功能各不相同，但它們所提供的訪問(wèn)接口是標(biāo)準(zhǔn)的，這就使得主機(jī)可以以同樣的方式對(duì)各種類型的設(shè)備進(jìn)行控制，從而降低應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。為了便于 Host 識(shí)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(zhǔn)協(xié)議規(guī)定設(shè)備必須向主機(jī)提供某些用于確認(rèn)其“身份”的信息，這將通過(guò)設(shè)備“枚舉”操作來(lái)實(shí)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(jī)提供的信息，這部分通用信息主要用于向Host報(bào)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(jí)的角度來(lái)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(jī)可以以相同的方式對(duì)各種類型的設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)。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?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型而非單一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。圖 2-5 所示即為 USB 總線系統(tǒng)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，Host 通過(guò)根集線器向外提供若干連

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9 ;NEC VERSA S260——?jiǎng)?chuàng)造自我AV新世界[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2002年

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本文編號(hào)：2771034