當(dāng)前位置:首頁(yè) > 嵌入式 > 嵌入式教程
[導(dǎo)讀]基于DSP的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì)

基于DSP的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì)

隨著人類文明的進(jìn)步和電子科技的快速發(fā)展,視頻通信作為人類視野的延伸,被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。應(yīng)運(yùn)而生的數(shù)字圖像處理技術(shù)也就得到了飛速地發(fā)展。目前,由于運(yùn)算速度快、片上資源豐富和能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的線性和非線性算法等原因,DSP已成為通信、計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件,其中在數(shù)字圖像處理技術(shù)中顯得尤為突出。然而,由于包括DSP本身在內(nèi)的所有電子器件都是干擾源,而且系統(tǒng)所處的工作環(huán)境中還有很多外界干擾源,再加上數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)信號(hào)噪聲非常敏感,所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮系統(tǒng)的抗干擾問題。否則,至少會(huì)影響系統(tǒng)的處理結(jié)果,甚至造成更為嚴(yán)重的后果。本文就是介紹基于DSP的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì)。

  1. 系統(tǒng)的干擾源和干擾徑

  基于DSP的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中的干擾源主要有由光和電的基本性質(zhì)所引起的噪聲、電器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲、雷電放電造成的大氣噪聲源、太陽(yáng)黑子運(yùn)動(dòng)等造成的天電噪聲源、電阻等電子元器件工作時(shí)發(fā)熱造成的熱噪聲源、50Hz工頻電網(wǎng)造成的電網(wǎng)干擾源、汽車點(diǎn)火裝置造成的點(diǎn)火系統(tǒng)干擾源、無線通信系統(tǒng)造成的射頻干擾源以及一些人為惡意造成的干擾源等,所有干擾源中高頻脈沖噪聲對(duì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的危害最大。

  以上提到的干擾源都屬于電磁干擾(EMI)。電磁學(xué)原理告訴我們:只要有電流存在就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),只要有電壓存在就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。磁場(chǎng)、電場(chǎng)隨時(shí)間變化的產(chǎn)生量的多少,就是電磁干擾的根本原因。電磁干擾的概念如圖1所示。

  基于DSP的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的干擾途徑主要有電源線、輸入/輸出線、接地線、電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)、電路的公共阻抗、電源異常等。各種干擾途徑在本系統(tǒng)中所占比例如表1所示。

  2. 抗干擾措施

  根據(jù)對(duì)系統(tǒng)自身、干擾源和干擾途徑的分析,本系統(tǒng)抗干擾措施主要是:①提高系統(tǒng)自身的電磁兼容性;②隔離干擾源;③切斷干擾途徑等3種方案。基于此,本文提出了一些適用于本系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)。

  2.1 電磁兼容

  電磁兼容性是指電力、電子、通訊設(shè)備或其系統(tǒng)在其設(shè)置的場(chǎng)所處于工作狀態(tài)時(shí),不對(duì)其周圍產(chǎn)生影響,也不被其四周的電磁環(huán)境所影響,不產(chǎn)生誤動(dòng)作和性能降低,按設(shè)計(jì)獲得其工作能力。也就是說,設(shè)備或系統(tǒng)不對(duì)外界產(chǎn)生干電磁干擾,而且不受所處環(huán)境中電磁干擾影響其的正常工作能力。

  2.2 硬件抗干擾技術(shù)

  硬件抗干擾具有效率高的特點(diǎn),可將絕大多數(shù)干擾拒之門外,硬件抗干擾技術(shù)是設(shè)計(jì)時(shí)的首選,它能有效抑制干擾

 
源,阻斷干擾通道。只要合理布置與選擇有關(guān)參數(shù),適當(dāng)?shù)挠布垢蓴_措施就能抑制視頻通信系統(tǒng)的絕大部分干擾。常見的硬件抗干擾技術(shù)措施有:濾波(無源濾波和有源濾波)技術(shù)、去耦技術(shù)、隔離技術(shù)和接地技術(shù)等。

  由于高頻脈沖噪聲對(duì)本系統(tǒng)危害最大,為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能,在系統(tǒng)中可采取以下措施:

  (1) 增加總線的抗干擾能力。采用三態(tài)門形式的總線結(jié)構(gòu),并給總線接上拉電阻,使總線在瞬間處于穩(wěn)定的高電平而避免總線出現(xiàn)懸空狀態(tài)??偩€須加緩沖器。

  (2) 提高系統(tǒng)控制信號(hào)抗干擾能力。在系統(tǒng)中通常有RESET、STB等控制線,當(dāng)CPU與其控制器件的傳輸距離較遠(yuǎn)且控制線阻抗較高時(shí),就容易受到脈沖噪聲干擾??稍诒豢刂破骷妮斎攵瞬⒙?lián)一只20pF的電容,并且在RESET等控制信號(hào)線并聯(lián)一只0.01μF電容。給控制線加一級(jí)緩沖器,使控制線的阻抗變低,也有助于抑制干擾。

  (3) 抑制數(shù)字信號(hào)的串模干擾。這種串模干擾是相鄰信號(hào)線在傳輸信號(hào)過程中引起的干擾,大多發(fā)生在印制板平行導(dǎo)線上。串模干擾的強(qiáng)弱與相鄰兩信號(hào)線之間的耦合阻抗和信號(hào)本身的阻抗有關(guān)。因此,在本系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng):盡量縮短信號(hào)線的長(zhǎng)度;傳輸多種電平信號(hào)時(shí),盡量把前、后沿時(shí)間相近的電平信號(hào)劃為一組傳輸;在雙面印制板的背面布置較大面積的地線區(qū)域可對(duì)部件產(chǎn)生的高頻脈沖噪聲起到吸收和屏蔽的作用。 (4) 利用電磁干擾濾波器(EMI Filter)消除電源干擾。隨著電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)和家用電器的大量涌現(xiàn)與廣泛普及,電網(wǎng)干擾正曰益嚴(yán)重并形成一種公害。特別是瞬態(tài)電磁干擾,其電壓幅度高(幾百伏至上千伏)、上升速率塊、持續(xù)時(shí)間短、隨機(jī)性強(qiáng),容易使數(shù)字電路產(chǎn)生嚴(yán)重干擾,甚至損害設(shè)備。電磁干擾濾波器亦稱電源噪聲濾波器(PNF),它能有效地抑制電網(wǎng)噪聲,提高設(shè)備的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性。電磁干擾濾波器在系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖2所示。

[!--empirenews.page--]

  (5) 利用硬件看門狗功能提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由專用芯片MAX692構(gòu)成的看門狗電路如圖3所示,系統(tǒng)所用外圍元件少。MAX692是微系統(tǒng)監(jiān)控電路芯片,具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監(jiān)控等功能。其中WDI是看門狗檢測(cè)輸入端,接到DSP的一個(gè)專用I/O口或一個(gè)總線口上。是復(fù)位信號(hào)輸出端,接DSP的復(fù)位端。MAX692的WDI定時(shí)周期為1.6s,復(fù)位脈沖寬度是200ms。如果WDI保持高或低超過"看門狗"定時(shí)周期(1.6s),端將發(fā)生200ms寬(最小140ms)的負(fù)脈沖使DSP復(fù)位。


 

  2.3 軟件抗干擾技術(shù)

  利用軟件也可以提高DSP數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的抗干擾能力。主要有:①利用數(shù)字濾波器來濾除干擾;②采用軟件看門狗、多次采樣技術(shù)、定時(shí)刷新輸出口等技術(shù)來抑制干擾。下面主要介紹數(shù)字濾波器在本系統(tǒng)中的應(yīng)用。

  數(shù)字濾波器(DF)對(duì)圖像信號(hào)的處理過程如圖4所示。圖像信號(hào)首先經(jīng)過采樣/保持電路(S/H),送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,然后通過數(shù)字濾波器濾除其中的干擾信號(hào),最后通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)獲得語音信號(hào)輸出。

  根據(jù)所用數(shù)學(xué)模型的不同,數(shù)字濾波器可分為兩大類:一類是遞歸型濾波器,其特點(diǎn)是濾波器的輸出不僅與輸入信號(hào)有關(guān),還與過去的輸出值有關(guān);另一類是非遞歸型濾波器(如一階、二階低通濾波器),其特征是濾波器的輸出僅與輸入信號(hào)有關(guān),而與過去的輸出值無關(guān)。本系統(tǒng)中使用的是遞歸型濾波器。

  數(shù)字濾波器的軟件設(shè)計(jì)方法有:程序判斷濾波法(限幅濾波法)、中位值濾波

 
法、算術(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法、防脈沖干擾平均濾波法、一階滯后濾波法等6種方法。根據(jù)需要,本系統(tǒng)選擇中位值濾波法。

  設(shè)數(shù)字濾波器的輸入信號(hào)為一個(gè)一維序列l(wèi),2,…,n,取窗口長(zhǎng)度(點(diǎn)數(shù))為m (m為奇數(shù)),對(duì)其進(jìn)行中位值濾波,就是從輸入序列中相繼抽出m個(gè)數(shù)i-v,…,i-1,i,i+1,…,i+v(其中f2為窗口中心值,v=(m-1)/2),再將這m個(gè)點(diǎn)按其數(shù)值大小排序,取其序號(hào)為中心點(diǎn)的那個(gè)數(shù)作為濾波輸出。用數(shù)學(xué)公式表示為:yi=Med{i-v,…,i,…,i+v} i∈N,v=(m-1)/2

  3. 結(jié)束語

  實(shí)驗(yàn)證明:以上抗干擾方法在基于DSP的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中能夠充分地抑制來自系統(tǒng)外和系統(tǒng)自身的干擾,能夠有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉