王鵬程，吳金津，龍永新

（湖南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院，湖南株洲412007）

DM642圖像數(shù)據(jù)可視化

王鵬程，吳金津，龍永新

（湖南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院，湖南株洲412007）

采用Matlab和CCS的探針導(dǎo)入功能，將靜態(tài)圖像分解成對應(yīng)的DAT數(shù)據(jù)文件，再導(dǎo)入DM642進(jìn)行圖像處理，通過探針的導(dǎo)出功能和Graph工具，在硬件平臺上可以觀察動(dòng)態(tài)圖像的處理結(jié)果。介紹了CCS的數(shù)據(jù)文件DAT格式，以及靜態(tài)圖像和實(shí)時(shí)圖像生成DAT文件的方法。通過應(yīng)用實(shí)例說明了本方法能給算法調(diào)試帶來便利，避免了實(shí)驗(yàn)環(huán)境的干擾。

DM642；CCS數(shù)據(jù)文件；圖像處理

隨著DSP（digital signal processing）技術(shù)的不斷發(fā)展，DSP芯片的集成度、運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)吞吐率等不斷地提高，它能應(yīng)用到各種領(lǐng)域，如傳統(tǒng)的控制、離散信號處理、實(shí)時(shí)視頻處理與傳輸?shù)阮I(lǐng)域。TMS320DM642芯片[1]是TI（Texas Instruments）公司生產(chǎn)的DSP C6000[2]系列中最新的定點(diǎn)DSP，其核心是C6416型高性能數(shù)字信號處理器，具有極強(qiáng)的處理性能、高度的靈活性和可編程性，同時(shí)外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備及接口，特別適用于機(jī)器視覺、醫(yī)學(xué)成像、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控、數(shù)字廣播以及基于數(shù)字視頻/圖像處理的消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。但是，利用DSP進(jìn)行圖像處理時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的變化、硬件設(shè)備的干擾等，無法準(zhǔn)確地觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也不能對不同算法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。針對DM642芯片的圖像數(shù)據(jù)可視化問題，本文提出在圖像處理前先將圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入CCS[3](code composer studio)中，再將處理后的數(shù)據(jù)顯示出來，該操作能給研究人員提供很大的幫助。本文介紹了CCS數(shù)據(jù)文件格式以及如何將靜態(tài)圖像和視頻圖像存儲(chǔ)為相應(yīng)的DAT數(shù)據(jù)文件，再介紹怎樣將圖像的DAT數(shù)據(jù)導(dǎo)入DSP進(jìn)行算法調(diào)試，最后在硬件平臺將實(shí)時(shí)處理的圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)出并顯示出來。

1 CCS數(shù)據(jù)文件

CCS是由TI生產(chǎn)的DSP開發(fā)工具。在Windows操作系統(tǒng)下，CCS采用圖形接口界面，提供了環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤和分析等工具。 CCS可識別的數(shù)據(jù)文件格式為DAT[3]，其具有特定的文件格式，由21個(gè)字符構(gòu)成文件頭信息，文件頭信息之外的數(shù)據(jù)即為圖像數(shù)據(jù)文件。文件頭由固定標(biāo)識、數(shù)據(jù)格式、起始地址、頁類型和數(shù)據(jù)塊大小5部分組成[4]。固定標(biāo)識為1651，數(shù)據(jù)格式包括十六進(jìn)制、十進(jìn)制、十進(jìn)制長整形和十進(jìn)制浮點(diǎn)型4種格式，分別用1, 2, 3, 4表示。起始地址為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的起始地址。頁類型包括數(shù)據(jù)和程序2種類型，分別用0和1表示。數(shù)據(jù)塊大小表示數(shù)據(jù)的長度[4]。一個(gè)CCS數(shù)據(jù)文件格式如下所示：

從上面的示例可以看出，該數(shù)據(jù)的格式為1，即十六進(jìn)制；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的起始地址為0x8000000；數(shù)據(jù)長度為3。CCS的探針點(diǎn)可以從個(gè)人電腦的文件中讀取DAT數(shù)據(jù)，并將讀取到的數(shù)據(jù)保存到對應(yīng)的目的地址，供算法使用，也可以將對應(yīng)地址的數(shù)據(jù)保存到個(gè)人電腦對應(yīng)的文件中。上述操作需用到CCS中數(shù)據(jù)提取和保存函數(shù)，DATA LOAD[5]函數(shù)讀取DAT數(shù)據(jù)，DATA SAVE[5]函數(shù)完成DAT數(shù)據(jù)保存。

2 靜態(tài)圖像的數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用

色彩空間是顏色集合的數(shù)學(xué)表示。最常用的顏色模型是：RGB[6]（常用于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中）；YIQ，YUV或YCbCr（常用于視頻系統(tǒng)中）；CMYK（常用于彩色打?。６鳦CS能處理和顯示的顏色模型是RGB和YUV，前者針對的是靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)，后者針對的則是視頻數(shù)據(jù)。靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)的處理過程如圖1所示[7]。利用DM642芯片對靜態(tài)圖像進(jìn)行處理前，需要先將靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的DAT數(shù)據(jù)文件。CCS提供了2種讀取RGB數(shù)據(jù)的方式：一種是分開讀取RGB的3個(gè)分量，另一種是讀取交叉存取的RGB數(shù)據(jù)[8]。

圖1 靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理過程Fig.1Static image data processing

在對圖像進(jìn)行處理前，先將靜態(tài)圖像通過Matlab轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的DAT文件，然后導(dǎo)入DM642 進(jìn)行處理，圖像的處理結(jié)果可以通過Graph—＞Image命令顯示。

2.1 RGB分量的生成

CCS對圖像進(jìn)行處理前，可以使用VC++6.0或Matlab軟件先將圖像轉(zhuǎn)化成相對應(yīng)的DAT文件，本文使用Matlab軟件。Matlab[9]是一種強(qiáng)大的分析、計(jì)算和可視化工具，特別適合對數(shù)字信號處理算法進(jìn)行模擬和分析。

2.1.1 R, G, B分量的生成

以jpg格式的圖像為例，利用Matlab提取該圖像的R, G, B 3個(gè)分量，并分別保存在R.DAT, G.DAT, B. DAT文件中。具體算法過程如下：

1）讀入一幅jpg格式的圖像；

2）提取圖像的R, G, B 3個(gè)顏色分量；

3）打開文件R.DAT, G.DAT, B.DAT，并寫入數(shù)據(jù)頭文件；

4）將R, G, B分量分別存入對應(yīng)的DAT文件中，并壓縮成32位；

5）關(guān)閉文件。

算法核心代碼如下。

2.1.2 交叉RGB數(shù)據(jù)的生成

在CCS的數(shù)據(jù)顯示中，提供了RGB交叉存取的方式。因此，在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，可以將數(shù)據(jù)以RGB交叉存取的方式存取在同一個(gè)數(shù)據(jù)DAT文件中。該算法的過程與R, G, B分量的生成過程大體一致，只是步驟3）為將R, G, B 3個(gè)分量交叉存入DAT文件中。

算法核心代碼如下。

2.1.3 轉(zhuǎn)化為Y，U，V 3個(gè)分量

Y，U，V分別指的是亮度、紅色色度和藍(lán)色色度值。YUV的數(shù)據(jù)格式是常用的數(shù)據(jù)格式，能將亮度與色度信號分離，與RGB信號傳輸相比，它最大的優(yōu)點(diǎn)在于只需占用極少的頻寬。它與上面保存R, G, B 3個(gè)分量的方法類似，將3個(gè)值保存下來。RGB轉(zhuǎn)化為YUV公式[10]如下：

通過Matlab獲得圖像的DAT數(shù)據(jù)后，經(jīng)CCS的探針點(diǎn)DATA LOVD將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到DM642 simulate相應(yīng)的地址中。DM642就可以對采集到的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過Graph命令顯示出來。

2.2 RGB DAT數(shù)據(jù)的顯示

CCS中提供了多種方法將經(jīng)程序處理后的數(shù)據(jù)顯示出來，包括時(shí)間/頻率、星座圖、眼圖和圖像等。選擇View—＞Graph命令[11]，可以得到所需要的圖表。圖2是Graph設(shè)置框圖，其中Image功能可以用來顯示圖像數(shù)據(jù)。Image菜單包括很多的參數(shù)選擇，根據(jù)不同的參數(shù)設(shè)定，有不同的顯示效果。Graph Title指定圖像窗口的標(biāo)題。Color Space Operations 指定需要顯示的圖像的色彩空間RGB或YUV。如果選擇YUV色彩空間，接下來還需要選擇對應(yīng)的YUV色彩關(guān)系4:2:2或4:2:0或4:1:1[7]，Start Address中的Y Source, Cb Source, Cr Source是3個(gè)分量對應(yīng)的起始地址。如果選擇RGB色彩空間，首先判斷圖像數(shù)據(jù)是否是交叉存取，如果是交叉存取，則在Interlevaed里選擇Yes，在RGB里輸入對應(yīng)的RGB地址，并在Image RGB Order中選定對應(yīng)的RGB順序，如果RGB數(shù)據(jù)是以32位存取的，則選擇32，如果是24位，則選擇24位；如果不是交叉存取，則分別將R, G, B的起始地址輸入Start R Address, Start G Address, Start B Address中。Lines Per Display輸入對應(yīng)的垂直像素。Pixels Per Line輸入對應(yīng)的水平像素[10]。圖3是Lena圖像的RGB交叉顯示的參數(shù)設(shè)置。通過圖3的設(shè)置，可將讀入DSP simulate的靜態(tài)圖像顯示出來。Lena顯示結(jié)果如圖4所示。

圖2 Graph屬性設(shè)置框Fig.2Graph Property Dialog

圖3 Lena顯示的設(shè)置Fig.3Lena display setting

圖4 Lena顯示圖Fig.4Lena display

2.3 應(yīng)用

將靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)的DAT文件存儲(chǔ)在DM642對應(yīng)的地址上。通過這些地址，可以對靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和處理。圖5是在DM642 simulate環(huán)境中，檢測靜態(tài)灰度圖像Lena的Harris角點(diǎn)的結(jié)果圖。如果讀入的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)是YUV，則可以直接對Y數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；如果是RGB，則需先將RGB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為灰度數(shù)據(jù)Gray，轉(zhuǎn)化公式為

圖5 Harris角點(diǎn)檢測結(jié)果Fig.5Harris corner detection results

3 實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)采集

3.1 采集過程

利用實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像處理[11]時(shí)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境的變化對實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生干擾。如果能將DSP處理過程中的數(shù)據(jù)通過圖像的形式顯示出來，將有利于研究人員對結(jié)果進(jìn)行觀察及驗(yàn)證算法的好壞。圖6是DM642實(shí)時(shí)圖像采集過程。

圖6 DM642視頻采集系統(tǒng)Fig.6DM642 video acquisition system

CCD攝像機(jī)采集視頻信號，經(jīng)過TVP5150視頻解碼器解碼后，生成BT.656[12]信號，獲得對應(yīng)格式為YCbCr的數(shù)字信號，將其存儲(chǔ)在對應(yīng)的地址；DM642處理完后，處理結(jié)果通過SAA7121H視頻解碼器解碼，轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的PAL /NTSC格式數(shù)據(jù)，輸出在LED顯示屏。由于受實(shí)驗(yàn)環(huán)境的變化和外界的干擾，經(jīng)DSP處理完后，輸出在LED顯示屏的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)很大的變化，不利于觀察算法的結(jié)果，但是，DATA SAVE提供了圖像數(shù)據(jù)保存功能，通過設(shè)置對應(yīng)的起始地址和數(shù)據(jù)長度，即可將視頻處理過程中的某一幀視頻數(shù)據(jù)保存在對應(yīng)的DAT文件中，并通過上文的方法將幀數(shù)據(jù)顯示出來。由于實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)是隔行掃描[13]，因此獲得圖像數(shù)據(jù)后，需先對奇偶場進(jìn)行合并處理，再顯示圖像數(shù)據(jù)。圖7是圖像合并過程。

圖7 圖像數(shù)據(jù)的合并Fig.7Image Data merging

合并算法的核心代碼如下。

合并前后的圖像如圖8～9所示。

圖8 合并前的圖像Fig.8Image before merging

圖9 合并后的圖像Fig.9Image after merging

3.2 應(yīng)用

在基于特征點(diǎn)的實(shí)時(shí)視頻拼接過程[13]中，首先需要檢測出每一幀圖像的特征點(diǎn)，由于外界實(shí)驗(yàn)環(huán)境的干擾以及幀數(shù)據(jù)的變化，幀圖像檢測完角點(diǎn)后，無法在LED顯示屏上精確顯現(xiàn)出來，但是，通過CCS的處理，則可以清晰地顯示結(jié)果。圖10為對圖像9局部進(jìn)行角點(diǎn)檢測的的結(jié)果。截取出了中間120*96像素的結(jié)果圖。

圖10 角點(diǎn)檢測結(jié)果Fig.10Corner detection results

4 結(jié)語

針對DM642芯片的圖像數(shù)據(jù)可視化問題，本文提出在圖像處理前先將圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入CCS[3]中，再對圖像進(jìn)行處理，最后將處理后的數(shù)據(jù)顯示出來。通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，利用Matlab與CCS探針功能，可以將靜態(tài)圖像和視頻圖像數(shù)據(jù)讀入DM642，并將相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DM642的對應(yīng)地址，通過這些地址信息，可以對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和處理，這有助于研究人員調(diào)試算法，同時(shí)，在硬件平臺環(huán)境，可以將實(shí)時(shí)圖像處理過程的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并通過CCS—＞Graph—＞ Image命令顯示，這將有助于觀察算法的處理效果，避免了實(shí)驗(yàn)環(huán)境對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。

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（責(zé)任編輯：鄧彬）

The DM642 Image Data Visulization

Wang Pengcheng，Wu Jinjin，Long Yongxin
（School of Computer and Communication，Hunan University of Technology，Zhuzhou Hunan 412007，China）

Applied Matlab and the probe importing function of CCS to convert the static image into data file of DAT format, and then import to DM642 for image processing. Through the probe exporting function and Graph tool, observed the processing result of dynamic image on the hardware platform. Introduced the data file DAT format of CCS and the method of generating DAT files for static image and real-time image.The application example shows that this method can bring convenience for algorithmic debugging and avoid the interference of experimental environment.

DM642；CCS data file；image processing

TP391

A

1673-9833(2014)04-0086-05

10.3969/j.issn.1673-9833.2014.04.019

2014-04-08

湖南省科技發(fā)展基金資助項(xiàng)目（2011GK3145）

王鵬程（1989-），男，湖南岳陽人，湖南工業(yè)大學(xué)碩士生，主要研究方向?yàn)閳D像處理，E-mail：wang_pc_10@126.com