基于SoPC的嵌入式文字識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 設(shè)計(jì)了一種基于SoPC的嵌入式文字識(shí)別系統(tǒng)。在FPGA平臺(tái)下，基于SoPC框架搭建軟硬件協(xié)同系統(tǒng)，設(shè)計(jì)硬件電路完成文字圖像的采集和預(yù)處理，嵌入Linux系統(tǒng)，使用其下的識(shí)別引擎完成文字圖像的識(shí)別。采用Altera公司的SoPC builder構(gòu)建系統(tǒng)框架，Quartus II完成硬件電路的設(shè)計(jì)，在宿主機(jī)Linux環(huán)境下完成了軟件部分的交叉編譯并嵌入到FPGA平臺(tái)。整體設(shè)計(jì)在DE2-70開(kāi)發(fā)板上完成了系統(tǒng)驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞： 文字識(shí)別；可編程邏輯器件；可編程片上系統(tǒng)；Linux

　計(jì)算機(jī)文字識(shí)別也被稱為光學(xué)文字識(shí)別[1]OCR(Optical Character Recognition)，在智能計(jì)算機(jī)和辦公自動(dòng)化領(lǐng)域有著極其重要的應(yīng)用。文字識(shí)別的基本原理是通過(guò)諸如照相機(jī)、掃描儀等圖像輸入設(shè)備獲取文字圖片，經(jīng)過(guò)圖像處理后使用光學(xué)模式判別等算法分析文字圖片，最后將判斷出的文字編碼儲(chǔ)存起來(lái)從而完成文字識(shí)別。
文字識(shí)別設(shè)備對(duì)識(shí)別速度要求較高，因此圖像采集和預(yù)處理的速度十分關(guān)鍵。同時(shí)對(duì)識(shí)別率要求高，識(shí)別字體種類多，因此選用帶學(xué)習(xí)功能的軟件引擎非常重要。另外系統(tǒng)需要交互界面和大量外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，因此需要引入操作系統(tǒng)以方便設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。
1 SoPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的整體方案如圖1所示。各部分功能介紹如下：

(1)圖像采集功能，通過(guò)外接的攝像頭模塊完成圖像的采集；
(2)由硬件模塊完成文字圖像預(yù)處理功能，能夠?qū)Σ杉奈淖謭D像進(jìn)行傾斜糾正[2]、圖像分割[3]、二值化[4]等處理，保證系統(tǒng)的性能和速度，以提高后續(xù)的文字識(shí)別率；
(3)文字圖像識(shí)別功能，能夠?qū)⑽淖謭D像中的文字識(shí)別出來(lái)并保存在TXT中；
(4)識(shí)別結(jié)果的存儲(chǔ)和發(fā)送功能，能夠?qū)⒆R(shí)別結(jié)果文件存入SD卡或U盤中，或者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī)；
(5)交互界面功能：能夠通過(guò)LCD模塊或者外接的VGA設(shè)備等輸出設(shè)備以及鍵盤、觸摸屏或者鼠標(biāo)等輸入設(shè)備與使用者交互。
整個(gè)系統(tǒng)由一塊FPGA和攝像采集、輸入輸出等外圍設(shè)備組成。FPGA硬件模塊完成攝像采集控制和圖像預(yù)處理，CPU作為系統(tǒng)主控控制外設(shè)和硬件模塊的數(shù)據(jù)流。文字識(shí)別模塊和外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)在Linux平臺(tái)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)或移植。
本文采用Altera Cyclone2系列的FPGA，通過(guò)Altera提供的SoPC技術(shù)，可以將Nios Ⅱ軟核處理器和外圍設(shè)備接口IP通過(guò)Avalon總線連接起來(lái)，并集成在一塊FPGA上。圖2是系統(tǒng)的SoPC設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
文字識(shí)別硬件設(shè)計(jì)主要包括文字圖像的采集控制和文字圖像的預(yù)處理。文字圖像的預(yù)處理又分為邊緣檢測(cè)、傾斜糾正、文字區(qū)域提取、二值化。硬件模塊總體設(shè)計(jì)圖如圖3所示。