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

1、    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)    類(lèi)別：?jiǎn)纹瑱C(jī)/DSP                           俞斌 曹才開(kāi)   

2、      &nbsp引言        &nbsp隨著人類(lèi)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(lèi)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(xiàn)性和非線(xiàn)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)

3、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(wèn)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)。        &nbsp1. 系統(tǒng)的干擾源和干擾徑        &nbsp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

4、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(chē)點(diǎn)火裝置造成的點(diǎn)火系統(tǒng)干擾源、無(wú)線(xiàn)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。        &nbsp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。         

5、;          &nbsp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(xiàn)、輸入輸出線(xiàn)、接地線(xiàn)、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。   &nbsp2. 抗干擾措施         &nbsp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：提高系統(tǒng)自身的電磁兼容性；隔離干擾源；切斷干擾途徑等3種方案。基于此，本文提出

6、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)。        &nbsp2.1 電磁兼容        &nbsp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?chē)a(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(shuō)，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。      &

7、#160; &nbsp2.2 硬件抗干擾技術(shù)        &nbsp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(mén)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(jiàn)的硬件抗干擾技術(shù)措施有：濾波(無(wú)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。             &a

8、mp;nbsp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(xiàn)的抗干擾能力。采用三態(tài)門(mén)形式的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，并給總線(xiàn)接上拉電阻，使總線(xiàn)在瞬間處于穩(wěn)定的高電平而避免總線(xiàn)出現(xiàn)懸空狀態(tài)?？偩€(xiàn)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(xiàn)，當(dāng)CPU與其控制器件的傳輸距離較遠(yuǎn)且控制線(xiàn)阻抗較高時(shí)，就容易受到脈沖噪聲干擾?？稍诒?/p>

9、控制器件的輸入端并聯(lián)一只20pF的電容，并且在RESET等控制信號(hào)線(xiàn)并聯(lián)一只0.01F電容。給控制線(xiàn)加一級(jí)緩沖器，使控制線(xiàn)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(xiàn)在傳輸信號(hào)過(guò)程中引起的干擾，大多發(fā)生在印制板平行導(dǎo)線(xiàn)上。串模干擾的強(qiáng)弱與相鄰兩信號(hào)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)區(qū)域可對(duì)部件產(chǎn)生的高頻脈沖噪

10、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(chēng)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。      &#

11、160;   (5) 利用硬件看門(mén)狗功能提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由專(zhuān)用芯片MAX692構(gòu)成的看門(mén)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(mén)狗監(jiān)控等功能。其中WDI是看門(mén)狗檢測(cè)輸入端，接到DSP的一個(gè)專(zhuān)用IO口或一個(gè)總線(xiàn)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(guò)"看門(mén)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。    

12、    &nbsp2.3 軟件抗干擾技術(shù)        &nbsp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：利用數(shù)字濾波器來(lái)濾除干擾；采用軟件看門(mén)狗、多次采樣技術(shù)、定時(shí)刷新輸出口等技術(shù)來(lái)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。   &nbsp數(shù)字濾波器(DF)對(duì)圖像信號(hào)的處理過(guò)程如圖4所示。圖像信號(hào)首先經(jīng)過(guò)采樣保持電路(SH)，送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過(guò)數(shù)字濾波器濾除其中的干擾信號(hào)，最后通過(guò)數(shù)

13、模轉(zhuǎn)換器(DAC)獲得語(yǔ)音信號(hào)輸出。             &nbsp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(lèi)：一類(lèi)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(guò)去的輸出值有關(guān)；另一類(lèi)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(guò)去的輸出值無(wú)關(guān)。本系統(tǒng)中使用的是遞歸型濾波器。         &nbsp數(shù)字濾波器的軟件設(shè)計(jì)方法有：程序判

14、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。        &nbsp設(shè)數(shù)字濾波器的輸入信號(hào)為一個(gè)一維序列?l，?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 iN，v=(m-1)2