摘 要： 采用基于TI公司高性能Davinci系列的SEED-DTK_6437作為主要硬件平臺,實現TMS320DM6437與TMS320VC5402處理器之間的通信。在DSP集成開發環境CCS3.3中采用C語言和匯編語言混合編程，對攝像頭采集到的實時視頻圖像實現了變倍算法從軟件到硬件平臺的移植。同時加入人機接口，實現了系統縮放倍數的切換、變倍算法的選擇和感興趣區域的提取等功能。測試結果表明，系統具有交互性強、性能穩定和實時性良好等特點。
關鍵詞： DSP； 電子變倍； 圖像縮放； 感興趣區域
圖像變倍作為一種基本的圖像處理技術，是指通過插值算法重采樣生成新的插值圖像的過程，在實際應用中具有重要的作用。數碼相機的數碼變焦即是一種電子變倍系統，在數碼相機中光學變焦能夠通過鏡頭的變化將拍攝的景物拉近；數碼變焦則是通過數碼相機內的處理器把圖片內的每個像素面積增大，從而達到放大的目的。由于光學變焦焦距的調整受到極大限制，當變焦倍數超過5倍時，光學系統設計非常復雜，而且體積龐大，因此開發數碼變焦以提高數碼相機的變焦焦距具有廣闊的應用前景和實用性。
電子變倍系統廣泛應用在安全監控領域，如遠距離健康和夜視監控等。隨著社會發展和技術的進步,視頻監控技術已處于數字化、網絡化時代的發展期,進行數字視頻監控技術的研究正成為當前的熱門課題。采用TI的Davinci處理器進行相應的視頻處理系統設計,可以保證系統具有良好的實時性以及穩定性，同時又有體積小、功耗低的優點。本文介紹了基于Davinci系列TMS320DM6437處理器的電子變倍系統的設計與實現。
1 系統總體設計
本系統主要由攝像頭、視頻編解碼處理芯片、顯示屏和SEED-DTK_6437開發平臺等部分組成,系統的主要框架如圖1所示。
TM320DM6437 DSP芯片對從視頻處理前端傳輸進來的數據進行存儲，通過最鄰近插值算法和雙線性插值算法等對視頻圖像進行變倍處理，之后數據再通過視頻后端處理，將信號重新編碼為模擬信號，最后輸到模擬顯示器上顯示出來。
本系統有兩種工作模式：整體縮放模式和感興趣區域模式，用戶通過17鍵薄膜鍵盤可選擇所需模式。在整體縮放模式下，系統具有選擇不同變倍算法、更改視頻圖像的縮放倍數等功能；在感興趣模式下，系統具有選擇不同變倍算法和選擇感興趣區域等功能。兩種模式下系統都能夠在液晶顯示屏上顯示變倍算法和縮放倍數和感興趣區域號，并在彩色顯示屏上居中顯示縮放后的圖像，實現了系統的智能人機交互功能。
2 基于SEED-DEC6437的視頻采集回放
本系統實現了1路PAL/NTSC標準模擬視頻輸入，1路PAL/NTSC標準模擬視頻輸出和1路VGA輸出。視頻輸入接口選用了解碼芯片TVP5150PBS，視頻輸出采用TMS320DM6437片內的DAC輸出，實現CVBS和VGA輸出。TMS320DM6437片上視頻輸入/輸出接口統稱為視頻子系統(VPSS)。TMS320DM6437的視頻子系統由兩部分組成，一是視頻處理前端，用于輸入數字視頻數據，為多種標準的數字視頻輸入提供接口，并為輸入的數字視頻數據作必要的預處理；二是視頻處理后端，用于輸出數字視頻數據，以驅動顯示器顯示視頻圖像。本系統視頻的采集與回放框圖如圖2所示。
3 電子變倍算法研究
3.1 算法描述
從算法精度、復雜度等方面考慮，本系統主要采用最近鄰插值算法和雙線性插值算法。
3.1.1 最近鄰插值算法
最近鄰插值法[1-3]也稱作零階插值，就是令變換后像素的灰度值等于距它最近的輸入像素的灰度值。對于通過反向變換得到的一個浮點坐標，對其進行簡單的取整，得到一個整數型坐標，這個整數型坐標對應的像素值就是目標像素的像素值。對于從上到下、從左到右掃描的圖像來說，取浮點坐標最鄰近的左上角點對應的像素值。其公式為：
由圖3可以看出,最近鄰插值算法處理的圖像出現了嚴重的馬賽克現象,而雙線性插值算法處理的圖像更加平滑。
4 系統的軟件實施
4.1 總體設計流程
系統各模塊初始化以后，BIOS根據實現的配置自動調度視頻任務和通信任務,總體流程圖如圖4所示。
4.1.1 人機接口的實現
本系統人機交互模塊采用TMS320VC5402作為主控制器，同時外擴有SRAM及Flash，擁有17按鍵薄膜鍵盤，配置LCD液晶顯示部件。TMS320VC5402 DSP處理器通過多通道緩沖串口McBSP與TMS320DM6437通信，可完成對按鍵值的讀取和顯示系統相關參數等功能。
4.1.2 DSP/BIOS任務調度
為了增強系統的實時性和靈活性，本系統使用DSP/BIOS調度任務。設置了一個硬件中斷(McBSP硬件中斷)和兩個任務(視頻任務和通信任務)，兩個任務的優先級相同。視頻任務主要處理視頻圖像數據的采集以及算法的實現；通信任務主要調度通信函數根據按鍵的不同指令
4.1.3 圖像居中顯示
圖像變倍是對一幅原始圖像在尺寸比例上的放大或者縮小，然而，對于縮放后的圖像的顯示區域將是一個不容忽視的問題，例如放大之后顯示的是左上角的畫面，而實際感興趣的區域可能不會出現在顯示屏上。這里，強調圖像居中放大顯示的重要性，即屏幕中心的感興趣區域放大之后仍會在液晶屏的中心顯示，以展示正常的圖像放大效果。
4.2 結果及分析
在使用不同算法對實時視頻圖像進行變倍處理時，本系統具有良好的實時性；人機交互模塊中選擇頁面可以循環切換，任務之間靈活調度；整個系統交互性強，性能穩定。
4.2.1 整體縮放模式
在整體縮放模式下，放大倍數可輸入0.1~5.0之間。系統運行界面截圖如圖6所示。
分別采用最近鄰插值算法和雙線性插值算法進行實驗，結果如圖7所示。從圖7可見，基于最近鄰插值算法的縮放圖像馬賽克現象嚴重，基于雙線性插值算法的縮放圖像濃淡變化自然平滑，所得結論與仿真結果一致。
根據仿真及實驗結果可知，最近鄰插值算法處理后的圖像會出現嚴重的馬賽克現象，而雙線性插值算法處理的圖像更加平滑。但是，最近鄰插值算法的運算速度較快，雙線性插值算法較慢。通常情況下要獲得高速甚至實時的圖像輸出，只能采用相對簡單、運算量小的插值算法；而要獲得高精度的處理結果，只能犧牲速度，采用復雜度高的算法。因此，對于視頻圖像實時性操作上，最近鄰插值的算法更優。
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