分類號 密級 編號 中國科學院研究生院 碩士學位論文 基于 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng) 張振凱 指導教師 王文杰 副教授 焦建彬 教授 中國科學院研究生院 申請學位級別 碩士學位 學科專業(yè)名稱 計算機應用技術(shù) 論文提交日期 2010 年 4 月 論文答辯日期 2010 年 5 月 培養(yǎng)單位 中國科學院研究生院 學位授予單位 中國科學院研究生院 答辯委員會主席 摘要 統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)有許多缺點， 例如大部分只能在監(jiān)視器上提供一幅監(jiān)控場景的畫面，有的即使能夠把多路視頻顯示在一個監(jiān)視器上，也不能為用戶在一幅畫面上無冗余地提供被監(jiān)控區(qū)域的全景圖。為了克服傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的這些缺點，本文開發(fā)了一種基于高性能 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并在此系統(tǒng)上實現(xiàn)了動態(tài)人體目標檢測算法。 本系統(tǒng)是在美國德州儀器（ 司生產(chǎn)的 文首先對基于 嵌入式圖像處理系統(tǒng)進行了綜述，介紹了 選型和軟件開發(fā)流程，然后詳細論述了全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思想和軟硬件設(shè)計開發(fā)。在硬件方面，文中主要設(shè)計并實現(xiàn)了系統(tǒng)中的存儲系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)、視頻顯示系統(tǒng)、時鐘電路以及 路等。在軟件方面，文中主要設(shè)計了根據(jù) 征點匹配的圖像拼接技術(shù)以及在 的實現(xiàn)和改進。最后實現(xiàn)了可用于智能視頻監(jiān)控的動態(tài)人體目標檢測算法。 關(guān)鍵詞： 能視頻監(jiān)控系統(tǒng)、 征點 基于 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng) a of of a on on a is a of on In to we a on a We s to a SP on of to In of to s In of to is of to in so as to 錄 要 . I 目錄.目錄 .目錄 . 一章 緒論 .題來源、背景和意義 . 課題來源 . 課題背景及意義 .頻智能監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .文的研究內(nèi)容 .文的組織結(jié)構(gòu) .二章 基于 嵌入式圖像處理系統(tǒng) .入式系統(tǒng)開發(fā)綜述 . 理器結(jié)構(gòu)特點 . 圖像處理系統(tǒng)中的 型 .特點 .的軟件開發(fā) . 成開發(fā)平臺 . 時操作系統(tǒng) . 動程序開發(fā) . 考框架 .三章 基于 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)原型 .統(tǒng)結(jié)構(gòu) .于 存儲系統(tǒng)的設(shè)計 .線 . 線的概念 . 線的信號類型 . 線的數(shù)據(jù)傳輸格式 . 系統(tǒng)中 線的連接 .頻采集系統(tǒng)的設(shè)計 .頻顯示系統(tǒng)的設(shè)計 .口電路的設(shè)計 .鐘電路的設(shè)計 .四章 全景圖像在 的實現(xiàn) .征點的提取 . 高斯低通濾波 .于 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng) 像金字塔的構(gòu)建 . 測試候選的特征點的穩(wěn)定性 .進的 征點的描述子 . 計算特征點的主方向 . 生成以及改進 述子 .征點的匹配 .景圖像的實現(xiàn) .五章 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng) .態(tài)目標檢測 .體目標檢測 . 征 . . 級聯(lián)的 類器 . 人體檢測在系統(tǒng)中的實現(xiàn) .結(jié)與展望 .考文獻 .表文章目錄 .謝 .目錄 2能框圖 10 圖 211 圖 2開發(fā)程序的步驟 .12 圖 2置工具 2用程序結(jié)構(gòu)中的設(shè)備驅(qū)動組件 . 2用程序結(jié)構(gòu)中的設(shè)備驅(qū)動組件 . 2驅(qū)動的操作流程 . 2考框架中的各個模塊 18 圖 3景視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體框架 . 3景視頻監(jiān)控系統(tǒng)框圖 . 3儲控制器的數(shù)據(jù)通路 21 圖 3儲系統(tǒng)的原理圖 22 圖 3線設(shè)備互連 3始信號（ S）和結(jié)束信號（ P） . 3應信號（ . 3線上的位傳輸 3整的數(shù)據(jù)傳輸 . 3線的連接 326 圖 3系統(tǒng)中的原理圖 3系統(tǒng)中的原理圖 . 3口電路的原理圖 . 3鐘電路的原理圖 29 圖 4=第一幅 6 次高斯濾波后的結(jié)果 . 4字塔的構(gòu)成 . 4字塔的實驗結(jié)果 . 4值點檢測 .于 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng) 定的 征點 36 圖 4征點的主方向 . 4域梯度及其特征點的描述子 . 4同的算法匹配得到的特征匹配的錯誤率 . 4征點描述子的生成 . 4征點匹配結(jié)果 43 圖 4像拼接之前的 8 幅視頻幀 44 圖 4接之后的全景圖 44 圖 4像拼接之前的 8 幅視頻幀（俯視） 45 圖 4接之后的全景圖（俯視） 5差法的流程圖 . 5態(tài)目標檢測的實驗結(jié)果 . 5體檢測的流程圖 . 5個特征的計算 . 5形區(qū)域的灰度值求和 . 5征空間的劃分 . 5聯(lián)分類器的示意圖 . 5景圖象中人體檢測結(jié)果 .目錄 3.29 第一章 緒論 1第一章 緒論 景和意義 題來源 本課題來源于國家自然科學基金（課題編號： 60672147、 60872143）以及中國科學院 “百人計劃 ”資助課題。 作者在論文工作期間，參與了以下課題： 1）航天科工集團哈爾濱風華機器廠 “天目 全景攝像預警控制系統(tǒng)開發(fā) ”； 2） 的 P 協(xié)議棧的移植； 3）基于 視頻中運動目標的跟蹤； 4）爬壁機器人的控制、通訊及視頻系統(tǒng)的開發(fā)； 5）南京軍區(qū)徐州某部 “彈藥庫智能監(jiān)控系統(tǒng) ”。 題背景及意義 隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展及人類安防意識的不斷增強， 視頻監(jiān)控系統(tǒng)在各個領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應用，例如，日常生活中的小區(qū)監(jiān)控、超市的安全監(jiān)控等，銀行系統(tǒng)的柜臺監(jiān)控，交通方面的違章監(jiān)控等。這些監(jiān)控系統(tǒng)大都是由一個或多個攝像機以及與之相連的電視監(jiān)視系統(tǒng)組成， 它們的用途主要是對固定場景進行監(jiān)控并保存結(jié)果。當異常情況（如盜竊行為等）發(fā)生后，保安人員才通過記錄的結(jié)果察看發(fā)生的情況，但往往為時已晚。另外，當對重要部門（如軍事禁區(qū)等）進行監(jiān)控時，需要工作人員連續(xù)監(jiān)視屏幕。這種工作非常枯燥，很容易使監(jiān)控人員疲勞，漏報、誤報事件時有發(fā)生。可見，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)不但需要大量的人力，而且有時監(jiān)控效果并不理想。所以人們對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化要求越來越高。鑒于此，目前國內(nèi)外學術(shù)界及工業(yè)部門開始著眼于研究新一代的具有智能化視覺監(jiān)視功能的監(jiān)控系統(tǒng)。 這種監(jiān)控系統(tǒng)具有巨大的實用價值和難以估量的商機。圖像處理理論研究的日趨成熟以及當前計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)的高速發(fā)展也使得這項研究成為可能 1。 開發(fā)具有智能化視覺監(jiān)視功能的監(jiān)控系統(tǒng)的核心是要對進入監(jiān)控視場的運動目標 (諸如人，汽車等 )進行實時的檢測、跟蹤和理解，并由此做出相應的判斷基于 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng) 2和處理（如控制存儲模塊的動作、報警等） ，同時，根據(jù)不同場合需求，進一步提供相關(guān)信息。 現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要分三類：模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 監(jiān)控系統(tǒng)及嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)是將遠端攝像頭采集的模擬視頻信號通過電纜直接發(fā)送到監(jiān)控中心的監(jiān)視器上。模擬系統(tǒng)設(shè)計、制造比較簡單，但是傳送距離比較短，安裝、使用以及數(shù)據(jù)的保存都比較困難?；?卡的遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)由機插視頻卡構(gòu)成，在監(jiān)控現(xiàn)場，由若干個攝像機、各種檢測、報警探頭及數(shù)據(jù)設(shè)備等構(gòu)成，通過各自的傳輸線路連接到監(jiān)控工控機上。除了處理各種信息和完成本地所要求的各項功能外，系統(tǒng)利用視頻壓縮卡和通信接口卡，通過網(wǎng)絡將信息傳輸?shù)揭粋€或多個監(jiān)控中心。 這種監(jiān)控系統(tǒng)雖然實現(xiàn)了視頻監(jiān)控的基本功能，但其可靠性差，視頻獲取前端比較復雜，需專人管理。嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)卻具有不可比擬的優(yōu)勢，與模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有傳送距離遠，圖像質(zhì)量好，安裝、使用以及數(shù)據(jù)的保存都很簡單等特點：與 監(jiān)控系統(tǒng)相比集成度高，可靠性好等特點 123。 目前大部分嵌入式視頻監(jiān)控一般只能監(jiān)視一個區(qū)域，如果需要監(jiān)視全景區(qū)域，不僅需要把攝像頭放置于不同的區(qū)域，而且還要精心設(shè)計這些攝像頭之間的關(guān)系，才能實現(xiàn)全景監(jiān)控的目的。 本文提出了一種全新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 這種嵌入式系統(tǒng)使用圖像拼接算法把8 路視頻圖像拼接在一幀中，只顯示非重疊的區(qū)域，形成了一幅全景圖。與傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，這種視頻監(jiān)控系統(tǒng)能在一幀中提供更多有用的信息。這種系統(tǒng)可以應用在汽車的輔助安全駕駛、安全監(jiān)控等許多方面。而且，我們把人體檢測加入了整個系統(tǒng)，使得其能在發(fā)現(xiàn)動態(tài)人體目標時報警，從而使用戶可以在大多數(shù)時間中無需關(guān)注被檢測區(qū)域，應此具有其很好的應用價值。 我們選擇使用 實現(xiàn)這個系統(tǒng)。 一種獨特的微處理器，專門用來處理大量的數(shù)字信號 2，其快速的 令使得 常適用于處理數(shù)字信號。而且 有穩(wěn)定性好、可重復性高、可大規(guī)模集成、可編程性強和易于實現(xiàn)自適應處理等特點，給數(shù)字信號處理的發(fā)展帶來了巨大機遇，使得信號處理更靈活、功能更復雜，應用遍及國民生活的各個方面，如互聯(lián)網(wǎng)、高速調(diào)制解調(diào)器、無線通信、語音識別、圖像處理、工業(yè)控制、生物醫(yī)學、航空航天和各類第一章 緒論 3自動化儀器等等。隨著半導體制造工藝的發(fā)展和計算機體系結(jié)構(gòu)的改進， 算速度也越來越快，高速實時數(shù)字信號處理成為研究的重點。 在我們的系統(tǒng)中，需要實現(xiàn)一種圖像拼接技術(shù)。圖像拼接技術(shù)是計算機視覺與圖像處理領(lǐng)域的一個重要的研究內(nèi)容，其在現(xiàn)實生活中也發(fā)揮著巨大的作用。由于圖像采集設(shè)備視野范圍的有限性， 在某些應用場合需要把多幅具有重疊關(guān)系的圖像拼接為一幅完整的圖像，以擴大視野范圍，這便是圖像拼接的目的。為了進行圖像拼接，相鄰圖像的邊界必須存在重疊區(qū)域，該重疊區(qū)域代表了相同的場景內(nèi)容，圖像配準的工作就是搜索相鄰圖像中相同的內(nèi)容，從而確定它們的相對位置關(guān)系。該技術(shù)在很多實際領(lǐng)域中均有應用，例如：遙感圖像的拼合、全景圖像的生成和物體的三維重建等 212729。 在我們的系統(tǒng)中，還需要實現(xiàn)人體目標檢測技術(shù)。人體目標檢測技術(shù)有許多應用價值和研究意義。成熟的人體目標檢測系統(tǒng)能自動識別危險目標，可用于重點建筑（核電站、水電站、水庫、銀行、 重要橋梁等）及重要地點（國家重點保護建筑、博物館、體育場館、地鐵站、監(jiān)獄等）的安全保衛(wèi)工作，還可以及時監(jiān)控交通事故并可以在十字路口、新建高速路端等進行自動行人檢測和安全預警，并且隨著城市規(guī)模的擴大，住宅小區(qū)逐漸成為安全防范的重點，結(jié)合紅外 /近紅外等視頻設(shè)備，該技術(shù)可增強小區(qū)安全監(jiān)控、減少犯罪，從而增強居民的安全感41。 因此， 在本文提出的這個全景監(jiān)控系統(tǒng)中， 需要結(jié)合很多的研究熱點來完成，這些技術(shù)不僅涉及基于 嵌入式設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，也有圖像拼接技術(shù)和動態(tài)目標檢測和人體目標檢測的技術(shù)。 這種全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有很好的科研價值和應用意義。 頻智能監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的廣闊應用前景使得它成為了計算機視覺領(lǐng)域中備受關(guān)注的前沿方向 1。它的研究內(nèi)容相當豐富，涉及到圖像處理、機器視覺、模式識別、人工智能、數(shù)字信號處理等學科知識。因此，這個領(lǐng)域不僅具有重大的應用價值，而且還具有很高的理論研究價值，因此，吸引了國 內(nèi)外眾多研究人員投入到對它的研究中來，這方 面的研究成果也是層出不窮。 基于 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng) 4國外，尤其在英、美兩國對智能視頻監(jiān)控中的運動分析進行了深入的研究 4。較突出的有英國雷丁大學計算機系的 目組，該項目組開展了對車輛和行人的跟蹤及其交互作 用識別的相關(guān)研究。這一新技術(shù)，主要通過分析反常行為來識別嫌疑犯，并可 快速發(fā)出警報。該技術(shù)有望使未來的閉路電視監(jiān)視器不僅可自動識別扒手和盜 車賊，而且還會預報地鐵或機場內(nèi)可能發(fā)生的行兇搶劫或恐怖活動。 據(jù)研究人員介紹，正在開發(fā)的新技術(shù)采用了相對原始的手段識別圖像， 如將低而長的可移動物體識別為“汽車 ”，將高而瘦的定義為 “人 ”等等。采用新技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，主要通過記錄不同的物體運動軌跡來得出有關(guān)分析結(jié)果。 國內(nèi)在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方面的研 究起步比較晚，主要的研究團隊有中科院自動化所模式識別國家重點實驗室、 北京大學視覺與聽覺信息處理國家重點實驗室及清華大 學智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室 2。 總的來說，由于國外在這方面的研究開 展的比較早，而且軟硬件設(shè)備更加齊全，因此國外的智能視頻監(jiān)控系 統(tǒng)在應用平臺及理論上都比較成熟、完善。相對而言國內(nèi)則起步較晚， 理論于技術(shù)都有待進一步提高。我國基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng) 剛剛起步，所以研究并開發(fā)一種基于嵌入式系統(tǒng)的全景視頻監(jiān)控 系統(tǒng)具有很大的工程實際意義。 基于 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由于可以靈活的修 改其圖像處理算法，它的應用主要面向用戶的特定需求和對實時性有較高要求的場 合。因此，有理由相信在嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建視頻圖像采集， 處理及傳輸系統(tǒng)具有廣闊的市場前景。 文的主要研究內(nèi)容如下： （ 1）選擇特定型號的 構(gòu)建此系統(tǒng)中的圖像處理硬件系統(tǒng)，本文選擇了美國德州儀器公司的 根據(jù)它的特性，選擇特定的外設(shè)。 （ 2）在此系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)上，實現(xiàn)并改進 征點的提取和描述，在不失去魯棒性的同時，加快了其提取和描述的速度。 （ 3）實時的動態(tài)目標檢測算法和人體目標檢 測算法在本文的全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)上的實現(xiàn)，從而達到了智能視頻監(jiān)控的目的。 第一章 緒論 一章，緒論。主要論述了全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究背景和意義，分析了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，列出了本文的主要研究目的和研究內(nèi)容，總結(jié)了本文的主要貢獻。 第二章，基于 嵌入式圖像處理系統(tǒng)。主要綜述了基于 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法，同時也對 發(fā)應用程序進行了簡單的綜述。 第三章，基于 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)的原型。主要論述了所提出的全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分和如何與 連。 第四章，基于 臺的全景圖像拼接。主要陳述了傳統(tǒng)上 征點的理論基礎(chǔ)和提取方法， 并且給出了根據(jù) 特性對 征點的提取過程和描述子進行的改進， 并且在過程中給出了特征點匹配的實驗結(jié)果以及最后全景圖像的實驗結(jié)果。 第五章，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要陳述了動態(tài)目標檢測和人體目標檢測在系統(tǒng)中的實現(xiàn)。為了能使系統(tǒng)更好地用于監(jiān)控領(lǐng)域，系統(tǒng)中實現(xiàn)了實時性的動態(tài)目標檢測和人體目標檢測。 最后是對現(xiàn)有工作的總結(jié)和對未來工作的展望， 以及對如何進一步完善全景視頻監(jiān)控的各個研究熱點和難點的探討。 基于 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng) 6第二章 基于字信號處理器（ ，是專門用于數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應用是實時 快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。 別是可編程性高和易于實現(xiàn)自適應處理等特點，作為數(shù)字信號處理核心器件，在圖像處理、語音處理等領(lǐng)域得到廣泛的應用 17。 1）哈佛體系結(jié)構(gòu) 一般的通用處理器使用馮 這種結(jié)構(gòu)中，在靠近處理器的存儲層次上，其代碼段和數(shù)據(jù)段共同存放在一個高速緩沖存儲器內(nèi)，數(shù)據(jù)和程序使用同一地址總線和數(shù)據(jù)總線，處理器要執(zhí)行任何指令時，都要先從儲存器中取出指令解碼，再取操作數(shù)執(zhí)行運算，即使單條指令也要耗費幾個甚至幾十個周期，這種結(jié)構(gòu)不能滿足 令必須在一個指令周期中對存儲器進行四次訪問的要求，所以 般使用哈佛體系結(jié)構(gòu) 17。 哈佛體系結(jié)構(gòu)的主要特點是把靠近處理器端的存儲層，即高速緩沖存儲器，分成了兩個獨立的高速緩沖存儲器，每個存儲器獨立編址、獨立訪問 16。與兩個存儲器相對應的是系統(tǒng)中的兩套數(shù)據(jù)總線和地址總線， 分別為程序的數(shù)據(jù)總線與地址總線，數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線與地址總線。這種分離的地址總線和數(shù)據(jù)總線可允許在一個機器周期內(nèi)同時獲取指令字（來自程序高速緩沖存儲器）和操作數(shù)（來自數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器） ，從而提高了執(zhí)行速度，使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了 1 倍。又由于程序和數(shù)據(jù)存儲器在兩個分開的空間中，因此，取指和執(zhí)行能完全重疊。并且在哈佛體系結(jié)構(gòu)中， 有時會通過增加數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器和它的總線來實現(xiàn)更大的存儲帶寬?，F(xiàn)代高性能通用處理器通常也具有兩個片上超高速緩沖存儲器，一個存放數(shù)據(jù)，一個存放程序。從理論的角度上講，這種雙片上高速緩沖存儲器與總線連接等同于哈佛結(jié)構(gòu)，但是，通用處理器使用控制邏輯來確定哪些數(shù)據(jù)和指令字駐留在片上高速緩存里，這個過程通常不為程序設(shè)計者所見，而在， 程序設(shè)計者能明確的控制哪些數(shù)據(jù)和指令被存儲在片上的存儲單元或緩存中。 第二章 基于 嵌入式圖像處理系統(tǒng) 7（ 2）快速的乘加功能部件 數(shù)字信號處理中最重要的基本運算是乘法累加運算， 它們占用了大量運算時間，是最主要和最耗時的運算。通用處理器內(nèi)部只能執(zhí)行加法和邏輯操作，乘法操作則由協(xié)處理器完成。對于信號處理的應用，乘法累加運算是緊密相連的，相乘后緊跟著要將乘積結(jié)果進行累加，因而乘加應統(tǒng)一考慮，構(gòu)成以乘法器、加法器流水線為中心的乘法功能部件，另一方面， 術(shù)使得乘法器、加法器完全能集成在一個芯片中 17。 設(shè)置了乘法功能部件用來做乘法累加運算，即用來執(zhí)行 令16。這種操作相比起通用處理器中的同樣的操作，需要更少的時鐘周期，往往可以在單個時鐘周期內(nèi)完成，大幅提高了 乘法累加運算的速度。因此，乘法功能部件和 令是 片實現(xiàn)快速運算的保證。 現(xiàn)代高性能的 據(jù)寬度也從 16 位增加到 32 位。無論定點或浮點 片都有這一功能部件，而且做乘法累加運算是 片的主要速度指標。 （ 3）流水線技術(shù) 把流水線分成了許多流水段操作，可以減少指令的 時就增加了數(shù)字信號處理的并行性。采用流水線的處理器是由一系列處理電路組成，這些處理電路稱為流水段。操作數(shù)流經(jīng)每個流水段，即每個流水段對操作數(shù)進行部分處理，操作數(shù)經(jīng)過所有流水段后才能得到最后結(jié)果。流水線操作即把一條指令分成一系列步驟來完成，不同步驟完成不同的任務，一條指令只有經(jīng)過所有步驟才能得到結(jié)果。流水線分為指令流水線和算術(shù)流水線。指令流水線是指取指令和執(zhí)行指令的不同階段在流水線上進行； 算術(shù)流水線是指算術(shù)邏輯運算的不同階段在流水線上進行。 般采用指令流水線方法。處理器可以并行處理 26 條指令，每條指令處于流水線的不同流水段 16。 （ 4）特殊的尋址方式 在數(shù)字信號處理中要遇到大量的地址運算，在某些情況下，地址運算量甚至超過了數(shù)據(jù)的運算量 1618。 設(shè)計有一個特殊的硬件算術(shù)單元 地址產(chǎn)生器。地址計算由這個專門的硬件來負責，不需要耗費額外的時間?，F(xiàn)在的某些通用處理器中也有獨立的地址產(chǎn)生單元， 對于一些特殊的地址運算不需要耗費基于 全景視頻監(jiān)控系統(tǒng) 8額外的 間，但是 地址運算單元更強大，支持如比特翻轉(zhuǎn)尋址和循環(huán)尋址，可極大加快 波運算和 換的速度。 （ 5）特殊的 令集 理器的指令集設(shè)計有兩個目標： 處理器底層硬件使用率最大化和存儲序所需的存儲空間最小化。為實現(xiàn)第一個目標，傳統(tǒng) 理器允許程序員在一條指令中顯式指定多個并發(fā)操作， 通常包含一個或兩個取數(shù)操作與一個并發(fā)的算術(shù)操作。為實現(xiàn)第二個目標，指令長度一般較短，處理器結(jié)構(gòu)中限制了哪些寄存器只能被哪些操作使用，哪些操作才能被合并在一條指令中。為了進一步減少指令編碼所需位數(shù)， 理器比其他處理器提供更少的寄存器，并使用模式位來控制處理器操作的特征（如舍入或飽和） ，而不是將這些信息編碼到指令中。所有這些導致傳統(tǒng) 理器有著高度專用、復雜和不規(guī)則的指令集，使得產(chǎn)生高效率的匯編語言代碼變得很困難 1718。 （ 6） 構(gòu) 大部分 采用單指令流多數(shù)據(jù)流（ 術(shù)提高一些算法的性能。例如，一條 法指令可以在一個時鐘周期內(nèi)，在不同操作數(shù)集合上進行兩個或多個乘法操作。對于多媒體和信號處理應用經(jīng)常出現(xiàn)的一些向量操作，這一技術(shù)能夠大大提高計算速率。為有效利用 能，需要程序員做大量工作。程序員需要很好的組織存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)，使 理能夠全速運行，有時還需重新組織算法以便最大限度利用處理器資源。 有在那些能夠并行處理數(shù)據(jù)的算法中有效率，對那些本質(zhì)上串行的算法（例如，使用一個操作的結(jié)果作為下一個操作的輸入） ， 用不明顯。 （ 7）豐富的片內(nèi)外設(shè) 理器為了自身工作的需要和與外部環(huán)境的協(xié)調(diào)工作， 往往設(shè)置了豐富的片內(nèi)外設(shè)。一般來說， 理器的外設(shè)主要包括：時鐘發(fā)生器（振蕩器和鎖相環(huán) 、定時器、軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器（用于較快的片內(nèi)設(shè)施與較慢的片外電路及存儲器協(xié)調(diào)） 、通用 I/O、同步串口（ 異步串口（ 、主機接口（ 界掃描邏輯電路（用于對 理器作片上的在線仿真，以及多 理器條件下的調(diào)試） 18。 第二章 基于 嵌入式圖像處理系統(tǒng) 像處理系統(tǒng)中的圖像處理技術(shù)而言，由于要處理的數(shù)據(jù)量大，計算復雜，計算中間結(jié)果精度要求高，因此需要選擇合適的 理器芯片。 選擇根據(jù)實際的應用系統(tǒng)的需要而確定 16。選擇 理器芯片時應考慮如下諸多因素： （ 1）確定選擇定點或浮點 字信號處理算法的數(shù)據(jù)格式有定點和浮點之分，而數(shù)字信號處理系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)格式?jīng)Q定了它所處理信號的處理精度、動態(tài)范圍和信噪比，且不同數(shù)據(jù)格式的易用性和開發(fā)難度也不一樣。選擇定點或浮點 首先要看模數(shù)轉(zhuǎn)換時需要的比特數(shù)， 如果圖像的每個像素小于 16 用 16 點 可；如果大于 16 需要用浮點 捕捉更大的動態(tài)范圍。其