A20B-1001-0701/01A

A20B-1001-0701/01A

A20B-1001-0701/01A　系統(tǒng)設(shè)計時選用DSP6713，這是TI公司生產(chǎn)的C6000系列的浮點處理器，其采用了VLIW體系結(jié)構(gòu)，指令運行的等效周期數(shù)較低，運行速度較快。圖像的采集采用了PAL制式輸出的普通攝像頭加上TI公司生產(chǎn)的圖像編碼芯片TVP5147，該芯片支持多種制式，多種接口輸入，并可以輸出YUV格式的視頻數(shù)據(jù)，同時提供行同步信號和垂直同步信號等。數(shù)據(jù)暫存使用CPLD和SRAM實現(xiàn)。設(shè)計系統(tǒng)構(gòu)成，如圖4所示。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
　　2．1 TVP5147芯片
　　系統(tǒng)上電時，DSP首先對TVP5147初始化，其通過I2C總線實現(xiàn)，DSP自帶I2C總線控制器。芯片I2C地址是由芯片引腳I2CA的電平控制的，如該引腳接高電平，則I2C寫地址為0xB8，否則為OxBB。
　　圖中行為DATACLK信號，其為TVP5147芯片提供的數(shù)據(jù)時鐘信號，第二行為數(shù)據(jù)Y［9…0］，當(dāng)每一行圖像開始之前，會有4個SAV信號，同樣，結(jié)束之后也有4個EAV信號，如圖5所示，數(shù)據(jù)是YCbCr格式，每個像素點的數(shù)據(jù)為4個數(shù)據(jù)組成，一次為Cb，Y，Cr，Y。而由圖5中可以看出 AVID信號為高電平時，表明當(dāng)前的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)。這為CPLD采集有效數(shù)據(jù)提供了參考信號。同時TVP5147芯片還輸出FID信號，該信號為奇偶場指示信號。假如系統(tǒng)初始化為從Y［9．．O］端口輸出10位的YUV混合視頻數(shù)據(jù)，則可知道其輸出符合以下時序，如圖5所示。
TVP5147輸出時序
圖5  TVP5147輸出時序
　　2．2 CPLD讀寫SRAM
　　存儲器選擇了DS1265AB，它是SRAM存儲器，具有存儲速度快的優(yōu)點，并能夠在系統(tǒng)掉電時保存數(shù)據(jù)10年。DS1265具有1 MB的容量，20根地址線，8根數(shù)據(jù)線，另有WE，OE，CE信號輸入端。
　　CPLD選用EPM7128具有價格便宜、計數(shù)頻率高等優(yōu)點。將存儲器SRAM接到CPLD的IO引腳上，配合時序便能達(dá)到對SRAM讀寫的要求，原理圖，如圖6所示。
CPLD 與SRAM 連接示意圖
圖6 CPLD與SRAM 連接示意圖
　　編寫CPLD程序使得輸出時序滿足SRAM的存儲要求，當(dāng)然對于設(shè)計的具體要求，利用兩片SRAM分別存儲奇偶場的數(shù)據(jù)，SRAM的切換是由奇偶場信號 FID控制多片74HC245實現(xiàn)的，詳細(xì)過程，如圖7所示。當(dāng)FID處于高電平時，此時M1和M4使能，此時CPLD將地址信號CPLDaddr輸入 SRAM1中，DSP將地址信號DSPaddr輸入至SRAM2中，同時M6和M8使能，由圖中可以看出，此時CPLD正向SRAM1寫入數(shù)據(jù)，而DSP 正從SRAM2中讀取數(shù)據(jù)，同時M10使能，CPLD的信號CPLDctl控制SRAM1的讀寫，而DSP的信號DSPctl控制SRAM2的讀寫，當(dāng) FID轉(zhuǎn)為低電平時，正好將SRAM1和SRAM2實現(xiàn)了交換。以這種方式構(gòu)建的系統(tǒng)，能同時將視頻的兩場數(shù)據(jù)同時記錄下來，實現(xiàn)了CPLD和DSP的有機結(jié)合。至此CPLD的任務(wù)就是將有效的圖像數(shù)據(jù)存儲到對應(yīng)的SRAM中，當(dāng)TVP5147芯片AVID引腳上升沿時，置地址為初始值00h，即從首地址依次往后寫入。每一個數(shù)據(jù)時鐘信號DATACLK上升沿時將TVP5147輸出的Y［9…2］存儲到當(dāng)前地址單元，Y0和Y1位舍棄，因為所選擇的 SRAM數(shù)據(jù)位為8位，當(dāng)放棄Y0和Y1位后，降低了圖像數(shù)據(jù)的精度，但對識別效果的影響卻很小，然后隨著DATACLK每次上升沿的來臨，CPLD將地址單元加1，這樣實現(xiàn)每一場數(shù)據(jù)的寫入。當(dāng)切換至另一場數(shù)據(jù)時，執(zhí)行的過程相同，只是存儲的對象被74HC245強制更改，如此循環(huán)，便可將每場數(shù)據(jù)記錄下來。
為了人臉識別的相關(guān)算法能快速運行，選擇了TI公司的DSP處理器，另附加鍵盤模塊和PAL制式輸出模塊，可以脫離PC獨立對PAL視頻信號進(jìn)行采集和處理，并獨立運行人臉的定位，特征抽取以及人臉的識別。硬件方面，系統(tǒng)采用了存儲器切換系統(tǒng)，使得圖像數(shù)據(jù)緩存和讀取分別由CPLD和DSP獨立且同時執(zhí)行，縮短了數(shù)據(jù)的處理周期，保證了系統(tǒng)的實時運行。軟件設(shè)計包括了：人臉定位、人眼定位、樣本存儲以及人臉識別。其中樣本由DSP自動選取，根據(jù)人眼定位和人臉標(biāo)記方框的大小共同決定，選取一部分大小相等且眼距相同的圖片作為訓(xùn)練樣本以及待識別樣本。在主分量分析過程中，提取出主分量構(gòu)成特征臉空間，將原樣本投影到該空間內(nèi)一點，再輸送到KNN分類器中進(jìn)行分類。該設(shè)備攜帶方便，功耗低并可通過軟件設(shè)計將其應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如運動識別、動態(tài)跟蹤等。
　　1 人臉檢測的算法
　　人臉檢測系統(tǒng)可以分為人臉檢測和人臉識別模塊，這兩大模塊又進(jìn)一步可劃分為人臉檢測與定位、規(guī)范化、特征提取和人臉識別4個模塊。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
人臉識別算法流程
圖1 人臉識別算法流程
　　1．1 人臉的定位
　　通過已獲得的樣本來判斷人臉的位置，選取合適的人臉，截取出做樣本是重要的步驟。人臉特征定位與特征提取質(zhì)量的好壞對于人臉圖像識別效果有直接的影響。首先確定人眼的坐標(biāo)（x1，y1）和（x2，y2），由此可間接得到正方形人臉的左上頂點和右下頂點的坐標(biāo)，設(shè)其分別為（X1，Y1）和（X2，Y2），其詳細(xì)計算方法如下所示
計算方法
　　式中，RH和RV均為經(jīng)驗常數(shù)，在設(shè)計過程中將其分別取值為2．0和3．5。如此可在原圖中得到人臉的區(qū)域座標(biāo)，其尺寸隨眼距Widtheyes的大小而變化，但是作為PCA的輸入，要求輸入樣本的維數(shù)相同，所以必須對圖片進(jìn)行歸一化處理。在設(shè)計中將所得人臉區(qū)域樣本均縮放至24×24。此外還需要對圖片進(jìn)行對比度調(diào)節(jié)和直方圖均衡等操作，以提高識別的準(zhǔn)確性。
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