基于dsp器件的圖像邊緣檢測的分析研究畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 及 未來發展 DSP 應用的快速發展為數字信息產品帶來廣闊的發展空間，并將支持通信、計算機和消費類電子產品的數字化融合。目前，在 VoIP（網絡電話） 、 DSL（數字用戶線路） 、Cable Modem（ 電纜調制解調器 ） 、 3G、數字相機和馬達控制等需要實時處理大量數字信息的應用中，都可見到 DSP 的身影， DSP 無疑已經成為推動數字化進程的動力。 其產品介紹如下： 1. TMS320C20xx 系列包括 C24x 和 C28x 系列。 C28x 系列主要用于大存儲設備管理，高性能的控制場合。 2. TMS320C3x 系列包括 C3x 和 VC33，主要推薦使用 VC33。 C3x 系列是 TI 浮點 DSP的基礎。 3. TMS320C5x 系列已不推薦使用，建議使用 C24x 或 C5000 系列替代。 4. TMS320C5000 系列包括 C54x 和 C55x 系列。其中 VC54xx 還不斷有新的器件出現，如： TMS320VC5471（ DSP＋ ARM7）。 C55x 系列是 TI 的第三代 DSP，功耗為 VC54xx 的 1/6，性能為 VC54xx 的 5倍，是一個正在發展的系列。 C5000 系列是目前 TI DSP 的主流 DSP，它涵蓋了從低檔到中高檔的應用領域，目前也是用戶最多的系列 。 5. TMS320C6000 系列包括 C62xx、 C67xx 和 C64xx。此系列是 TI 的高檔 DSP 系列。其中 C62xx 系列是定點的 DSP，系列芯片種類較豐富，是主 要的應用系列。 C67xx 系列中國民航大學本科畢業設計論文 10 是浮點的 DSP，用于需要高速浮點處理的領域。 C64xx 系列是新發展，性能是 C62xx 的10 倍。 6. OMAP 系列是 TI 專門用于多媒體領域的芯片，它是 C55＋ ARM9，性能卓越，非常適合于手持設備、 Inter 終端等多媒體應用。 DSP 的軟件開發工具 CCS 由于 本文 的 主要 目的 是運用 DSP的軟件開發工具 CCS對圖像進行 邊緣檢測的 分析 研究， 故 對其硬件開發 方面 未作涉及，在此作一說明。在 前 一 節 中 簡要的介紹了 一些 DSP的情況 ， 那么在 本 節 中將 著重介紹其軟件開發工具 CCS 的 概況 、 工作模式、 配置 、 開發流程 、功能 以及進行軟件開發時 需注意 的問題 等內容。 CCS 概況 CCS (Code Composer Studio)開發工具是 TI 公司針對 DSP 開發的集成軟件開發環境， TI 公司 的每個 DSP 系列對應不同的 CCS。 本文采用的是 CCS 版本： CCS (Code Composer Studio Version )代碼調試器是一種針對標準 TM320 調試接口的集成開發環境 IDE(Integrated Development Environment)，由 TI 公司在 1999年推出。 CCS 包含源代碼編輯工具、代碼調試工具、可執行代碼生成工具和實時分析工具，并支持設計和開發的整個流程，如圖 。 CCS 采用 Windows 風格界面，集成了代碼的編輯 、 編譯 、 鏈接和調試等諸多功能，而且支持 C/C++和匯編的混合編程。它的出現大大簡化了 DSP 的開發工作。 設計方案 編輯、編譯 和鏈接 生成代碼 調試、語法 檢查和斷點 設置等 實時觀察 分析、統計 和跟蹤 圖 CCS 的開發流程 中國民航大學本科畢業設計論文 11 CCS 的工作模式 CCS 有兩種工作模式： 軟件仿真器模式：可以脫離 DSP 芯片，在 PC 機上模擬 DSP 的指令集和工作機制，主要用于前期算法實現和調試。 硬件在線編程模式：可以實時運 行在 DSP 芯片上 ,與硬件開發板相結合在線編程和調試應用程序。 本文只采用軟件仿真器模式， 仿真 TMS320VC5509 器件 。 在使用軟件仿真方式工作時，無需連接板卡和仿真器等硬件。 CCS 可以工作在純軟件仿真環境中，就是由軟件在 PC 機內存中構造一個虛擬的 DSP環境，可以調試、運行程序。但一般軟件無法構造 DSP 中的外設，所以軟件仿真通常用于調試純軟件的算法和進行效率分析等。 CCS 的 系統配置 設置 CCS 工作在軟件仿真環境： (1)雙擊桌面上圖標： ， 進入 CCS 設置窗口 ； (2)在出現的 窗口中按標號順序進行如下設置 ，如圖 ： ①單擊清除 原先配置 ③單擊輸入 配置 ②單擊選擇 此配置 ④單擊完成 和保存設置 圖 CCS 系統配置框圖 中國民航大學本科畢業設計論文 12 （ 3） 接著在下面出現的窗口中選擇“否 (N)”。 此時 CCS 已經被設置成 Simulator 方式 (軟件仿真 TMS320VC5509 器件的方式 [7])，如果一直使用這一方式就不需要重新進行以上 配置 操作了。 CCS 的開發流程 將 C 語言、匯編語言或者兩者的混合語言編寫的 DSP 源代碼程序編譯、匯編并鏈接成可執行的 DSP 代碼 并調試的過程 。其流程如圖 。 CCS 集成開發環境的功能 CCS 集成開發環境（ IDE） 支持從編輯、匯編、鏈接到調試 DSP 應用程序的整個開發過程。它包括以下特征： 編 寫 C語言源程序序 C 編譯器 生 成 TMS320 匯編源文件 匯編器 生成 COFF 文件 鏈接器 輸出 可執行文件 編寫 TMS320 匯編語言源程序 宏文件 文檔管理器 宏庫 格式轉換 調試器 TMS320 目標系統 軟件調試仿真 寫 FLASH 圖 CCS 的開發流程 中國民航大學本科畢業設計論文 13 1． 強大的源代碼編輯器 CCS 允許編輯 C語言、匯編語言或者兩者的混合語言源代碼，能在 C代碼之后顯示與之對應的匯編指令。 集成編輯環境提供的功能有：關鍵詞、注釋和字符串的高亮度顯示；隨時獲得相關的在線幫助；快速查找，在一個或多個文件中查找或替換等等。 的 應用程序生成特性 CCS 使用 工程 (project)來管理整個應用程序設計的所有文檔，如圖 。工程中包含 C語言源代碼、匯編語言源代碼、庫文件、鏈接文件、頭文件等等。 大大地方便了開發設計人員，加強了 對文件 管理， 大大地 提高了開發設計的效率。 CCS 的調試工具以下功能： ● 設置一個或多個斷點； ● 使用 Watch 窗口查看變量； ● 查看、編輯存儲器和寄存器的值； 圖 工程管理界面 中國民航大學本科畢業設計論文 14 ● 觀察 C 語言指令及其反匯編代碼； ● 使用圖形窗口顯示直觀的實時數據等。 軟件開發時 需注意的 問題 在進 行程序設計過程中，肯 定會遇到這樣那樣的問題，這些問題對程序編寫、 編譯調試 的成功起著至關重要的作用，現把它們歸納總結如下。 1． DSP 的 C語言同主機 C語言的主要區別？ 1)DSP 的 C語言是標準的 ANSI C，它不包括同外設聯系的擴展部分，如屏幕繪圖等。但在 CCS 中，為了方便調試，可以將數據通過 printf命令虛擬輸出到主機的屏幕上 ； 2)DSP 的 C語言的編譯過程為 ： C編譯為 ASM，再由 ASM 編譯為 OBJ。因此 C和 ASM的對應關系非常明確，非常便于人工優化 ； 3)DSP 的代碼需要絕對定位；主機的 C的代碼有操作系統定位 ； 4)DSP 的 C的效率較高，非常適合于嵌入系統。 2． C 程序代碼和數據的定位 .cinit 存放 C 程序中的變量初值和常量 ； .const 存放 C 程序中的字符常量、浮點常量和用 const 聲明的常量 ； .switch 存放 C 程序中 switch 語句的跳針表 ； .text 存放 C 程序的代碼 ； .bss 為 C程序中的全局和靜態變量保留存儲空間 ； .far 為 C程序中用 far 聲明的全局和靜態變量保留空間 ； .stack 為 C程序系統堆棧保留存儲空間，用于保存返回地址、函數間的參數傳遞、存儲局部變量和 保存中間結果 ； .sysmem 用于 C 程序中 malloc、 calloc 和 realloc 函數動態分配存儲空間 。 3． Link 的 cmd 文件的作用是什么？ cmd 文件由 3 部分組成： 1)輸入／輸出定義： .obj 文件：鏈接器要鏈接的目標文件 ， .lib 文件：鏈接器要鏈接的庫文件 ， .map 文件：鏈接器生成的交叉索引文件 ， .out 文件：鏈接器生成的可執行代碼 ； 中國民航大學本科畢業設計論文 15 2)MEMORY 命令：描述系統實際的硬件資源 ； 3)SECTIONS 命令：描述 “ 段 ” 如何定位 。 Link 的 cmd 文件用于 DSP 代碼的定位。由于 DSP 的編 譯器的編譯結果是未定位的，DSP 沒有操作系統來定位執行代碼，每個 用 戶設計的 DSP 系統的配置也不盡相同，因此需要用戶自己定義代碼的安裝位置。 中國民航大學本科畢業設計論文 16 第 3 章 邊緣檢測 算法 我們知道，邊緣檢測的實質是采用某種算法來提取出圖像中對象與背景間的交界線。我們將邊緣定義為圖像中灰度發生急劇變化的區域邊界。圖像灰度的變化情況可以用圖像灰度分布的梯度來反映，因此我們可以用局部圖像微分技術來獲得邊緣檢測算子。 邊緣檢測的一般 步驟 圖像 邊緣檢測 流程 如圖 ： 圖像 的邊緣檢測一般分為四個步驟：濾波、增強、檢測、定位。 濾波：邊緣檢測算法主要是基于圖像強度的一階和二階導數，但導數的計算對噪聲很敏感，因此必須使用濾波器來改善與噪聲有關的邊緣檢測器的性能。需要指出，大多數濾波器在降低噪聲的同時也導致了邊緣強度的損失，因此，增強邊緣和降低噪聲之間需要折衷。 本文采用的是空間低通濾波法進行平滑濾波。 增強：增強邊緣的基礎是確定圖像各點鄰域強度的變化值。使用各種算法可以得到邊緣增強的圖像。增強算法可以將鄰域（或局部）強度值有顯著變化的點突顯出來。邊緣增強一般是通過計算梯度幅值來 完成的。 得到 的 邊緣增強圖像，為 256 灰度級的圖像。此時，圖像灰度變化平緩的區域已經沒有了，圖像中只剩下了灰度突變的地方，其灰度值得到了增強。 檢測：在圖像中有許多點的梯度幅值比較大，而這些點在特定的應用領域中并不都是邊緣，所以應該用某種方法來確定哪些點是邊緣點。最簡單的邊緣檢測判據是梯度幅值閾值判據。 本文采用的是一維最大熵閾值分割方法進行閾值判斷 [8]。最后 用 計算出的圖 圖像邊緣檢測流程 中國民航大學本科畢業設計論文 17 閾值 對增強圖像 二值化 ，將 256 級圖像變為 2值圖像，將邊緣突變明顯的 地方 顯示出來，這樣 就得到邊緣圖像。 定位 ： 確定邊緣所在的像素，如果要更加精確 地確定邊緣位置，也可以在子像素分辨率上來估計邊緣位置，邊緣的方向也可以被估計出來。 在邊緣檢測算法中，前三個步驟用得十分普遍。這是因為在大多數情況下，僅僅需要邊緣檢測指出邊緣出現在圖像某一點像素的附近，而沒有必要指出邊緣的精確位置或方位。 常見的 邊緣檢測算子 梯度算子 對于圖像 f(x,y)，在 (x,y)處的梯度定義為 （ 31） 梯度是一個矢 量，其大小和方向分別為 ： （ 32） （ 33） 梯度的方向是 f(x,y)在該點灰度變化率最大的方向。 對于離散圖像處理而言，常用到梯度的大小，因此把梯度的大小習慣稱為“梯度” 。 在實際應用中，通常用絕對值來近似梯度 幅值： （ 34） 或 梯度的幅值實際上與邊緣