基于DSP的手势识别电视遥控器设计 摄像头, 处理器, 电视机, 遥控器, 以太网

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由于传统电视机遥控器的按键操作比较机械且缺乏娱乐性，设计了一种以DSP2812为核心的手势识别算法。通过将用户手势运动的信息转换成相应的红外信号，从而实现手势遥控电视机更换频道和调节音量的目的。该系统主要由双端口RAM通信的双DSP并行处理器、CMOS数字摄像头、红外遥控模块、上位机调试软件和以太网通信模块组成。实验测试表明，该系统能够实现用户手势图像的采集、手势动作的识别、红外遥控及以太网通信功能。

传统电视机遥控器是一种按键操控方式，其操作比较机械且缺乏娱乐性。本文提出一种采用直接判断使用者手部动作的方法遥控电视机，使用者在摄像头拍摄范围内按照规定的摆放方式移动手部，就能够遥控电视机进行音量增减或频道变换等操作。设计使人们对电视机的遥控操作更加便捷、人性化，丰富大众的日常生活。

1系统设计方案

手势识别电视机遥控器是集合图像采集、手势识别和红外遥控三大主要功能的控制装置。依据要实现的采集图像能力和DSP处理视频流能力的功能要求，确定系统结构如图1所示。


图1手势识别电视遥控器系统结构

本系统采用了双DSP共同工作的方式，主要由六个模块组成。

1）摄像头模块：由摄像头OV7620及驱动电路组成，负责手势图像采集。

2） DSP1：核心是TMS320F2812，负责对图像采集及预处理，与上位机网络通信和用户按键信息的输入。

3）上位机：显示实时采集的图像，图像处理结果和调试参数等。

4）双端口RAM模块：实现两个DSP之间的高效数据通信。

5） DSP2：负责提取手势图像特征和向红外遥控模块发送指令。它从双端口RAM获取图像数据，从图像中提取有用的特征，并将判断结果转换成相应的遥控指令。

6）红外遥控模块：负责学习电视机配套遥控器的红外遥控指令，将其放入指定的存储空间中。在DSP2给出发射指令时，查询存储空间，获取对应的红外指令并发射。

2系统硬件设计

2. 1双DSP处理器及内存空间设计

本设计使用双TMS320F2812的DSP进行图像采集、图像处理并且实现红外遥控和网络通信等功能。这样可以满足并行图像处理能力和快速响应的速度要求，同时两个DSP扩展了512 K×16位的RAM空间，以满足图像处理的空间要求。

为了实现双DSP之间的通信，系统采用Cypress公司的一款64 K×16位的双端口RAM芯片CY7C028搭建一个数据通道。DSP1把采集到的图像通过时间控制有规律写入数据通道中，DSP2从数据通道中提取图像数据存放到自己的RAM中，然后进行相关的图像处理。在设计工作状态时，使用双端口中断判优方式，数据传递采用握手的通信模式。当DSP1向双端口RAM中写完数据之后，通过中断握手的方式，通知DSP2读取数据。DSP2要求数据时，也会以同样的方式通知DSP1，从而实现双DSP高速有规律地数据传递。双端口RAM与两个DSP之间的硬件连接如图2所示。


图2双端口RAM与双DSP的硬件连接图

2. 2图像采集电路设计

本系统直接使用DSP1通过外部中断NMI和INT2，分别同步摄像头OV7620的VSN和HREF信号，同时通过绑定DSP的8根I /O线同步读取图像到DSP内存中，从而实现了系统的图像采集工作。为了让DSP的时钟频率与OV7620的时钟频率匹配，必须要降低摄像头的输出时钟频率。对摄像头OV7620内部的寄存器进行设置，达到减慢数据传输速度的目的。OV7620模块与DSP1的硬件连接和OV7620的同步读取时序分别如图3和图4所示。


图3蓝牙发送模块接口电路

图4 OV7620同步读取时序图

通过时序图可知，DSP先捕获摄像头的场中断信号，准备好存储一帧图像的数组。然后，DSP等待HREF行中断信号。最后，在行中断中判断PCLK信号，当PCLK处于高电平时，DSP读取该像素值。为了在不丢失手势特征信息的前提下采集尽量小的图像，DSP采集视野中间隔行的100×100大小的图像，存放在100×100的数组中。通过修改读取程序可以改变采集图像的大小。

2. 3内存及DSP网络通信设计

本系统采用RTL8019AS与DSP1通过连接对应的地址数据总线，设置片选信号，实现DSP的以太网通信。RTL8019AS与DSP1的硬件连接如图5所示。

RTL8019AS内部有两块RAM区，一块16 K字节，地址为0×4000～0×7FFF；一块32个字节，地址为0×0000～0×001F.RAM按每256字节为一页存储。一般将RAM前12页（即0×4000～0×4BFF）存储区作为发送缓冲区；后52页（即0×4C00～0×7FFF）存储区作为接收缓冲区。第0页只有32字节（地址为0×0000～0×001F），用于存储以太网物理地址。要接收和发送数据包就必须通过DMA读写RTL8019AS内部的16KB RAM.


图5 RTL8019AS与DSP1硬件连接图