DMA在实时图像处理中的应用

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傅里叶变换在图像处理中的应用

作者：王丹

来源：《科学与信息化》2018年第12期

摘 要 傅里叶变换是一种重要的信号分析工具，在平稳信号的分析方面具有十分重要的地位，线性系统中，常利用傅里叶变换进行分析和处理。本文对傅里叶变换和数字图像处理的相关概念进行了介绍，并主要针对傅里叶变换在数字图像处理中的应用进行分析和研究，对图像处理领域的学习很有帮助。

关键词 傅里叶变换；信号分析；平稳信号；数字图像处理

前言

随着信号处理领域的不断发展，越来越多信号分析工具得到了相关学者的研究。傅里叶变换于19世纪就已经被研究人员提出，在之后的研究和应用中，傅里叶变换也一直是重要的信号处理工具[1-2]。信息时代的到来使数字图像处理技术也开始飞速进步，它与信号处理等技术息息相关，因此傅里叶变换在图像处理中也得到了重要的应用[3]。传统的处理方式往往适合在时域对图像进行处理分析，而与傅里叶变换相结合便使图像处理技术得以在频域进行，傅里叶变换常用于线性系统中的处理，因此，可以很好地和图像处理领域相联系，有效提高数字图像处理的效率和精度[4]。

1 傅里叶变换的概述

最早在1807年，法国工程师傅里叶首先提出了有关傅里叶级数这一理论，首次提到可以将一个周期性的信号展开成多个复正弦信号相加的形式，这一理论引起了学者们的注意。十几年之后，傅里叶正式提出了傅里叶变换的概念。通过傅里叶变换，我们可以将一个信号由时域转换到频域进行信号处理和分析，并且通过傅里叶变换的提出才加深了人们对于频率这个概念的理解。因此，在傅里叶变换被提出之后，在信号分析领域提出了从频域进行分析这个新思路，使人们对信号的特性进行了一些新的方面的研究。很多对信号的处理问题以往通过时域分析很难真的得到充分的解释，傅里叶变换这个思路使很多问题变得显而易见。对于傅里叶变换之后的研究中，出现了关于傅里叶变换的快速算法，使得傅里叶变换更加具有实际应用价值，也对处理离散的数字信号起了重要的作用。

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•ELECTRONICS WORLD・技术交流

利用STM32单片机为控制芯片驱动OV2640模块，实现图像采集，通过wifi模块把采集的图像通过TCP协议传输给移动端手持Android设备。Qt开发软件通过socket接口编程设计出了app用于图像实时显示OV2640模块采集的图像。实验结果表明图像传输稳定，可以实现实时的无线图像传输。OV2640模块可以和其它设备组合，对未来图像类设备有很好的应用潜力。图像传输应用广泛，在安防设备上可以通过摄像头监控家门、小区等，对犯罪侦查、丢失物品寻找等起到很大作用。在人工智能领域，需要识别特定事物，比如人脸识别、物体识别等，需要采集很多的图像样本，离不开图像采集技术。在没有线的束缚下，摄像头和显示终端分离，无线图像传输在日常生活中也有很大的实用性，例如可以在忙着洗衣做饭的时候监控小孩的实时举动，可以查看特定角落的实时画面。本文探索了图像监控的关键技术图像采集和传输，并通过wifi模块由TCP协议实现无线图像传输。在没有线的束缚下，摄像头和显示终端分离。在wifi信号覆盖范围内可以实时探索看不到的或者人类不方便探索的角落。1 无线图像传输系统无线图像传输系统分为图像采集部分、数据传输部分和终端显示部分。三者关系如图1所示。的滤波器，逐行排列，形成方形采集阵列，BG/GR形式构成的像素大约可以达到200w个。在采集光的时候也是逐行扫描采集，直到扫描完成。其中内部集成了数字图像处理模块，可以直接输出JPEG, GRB422和YCbCr等数据格式。Ov2640模块使用的是正点原子的ATK-OV2640摄像头模块。它共有18个引脚。其中最重要的是SCCB总线和HREF行同步线，VSYNC场同步线和8位并行数据线。SCCB总线和I2C总线类似用于单片机向Ov2640模块发送控制命令。在图像采集开始之后，模块会产生采集输出时序。HREF输出高电平时，根据时钟进行像素数据的读取，HREF线变为低电平时读取的数据无效，循环采集直到采完一帧为止。当一帧数据采集完之后HREF会一直为低电平，VSYNC场同步线一定时间后会翻转一下电平，在配置单片机的时候可以通过寄存器配置帧中断，用来处理采集的数据。在Ov2640模块已经加入了12Mhz晶振给Ov2640提供时钟。这样就不需要单片机产生时钟送给它了。2.2 STM32相关接口STM32f407内置了DCMI接口可以配置寄存器通过DMA自动把采集的数据保存在特定内存中。对于Ov2640需要把数据时钟和数据采集线等连接到STM32f407的DCMI接口上，SCCB接口线连接到特定引脚并用软件实现控制。Wifi模块采用有人物联网公司的USR-WIFI232-s模块。该模块工作于单频2.4Ghz频段，低功耗工作。有丰富的AT指令集可以配置。基于STM32的无线图像实时采集传输系统中南民族大学 陈国栋

dma buf heap 例子(一)

DMA BUF 堆的例子及详解

什么是 DMA BUF 堆

DMA BUF 堆是一种用于共享DMA（直接内存访问）内存的机制，它允许不同的设备在不复制数据的情况下直接共享内存。DMA BUF 堆通过创建和管理一块可以在多个设备之间传输的物理内存区域，提供了一种高效的内存共享方式。

例子

下面是一些关于 DMA BUF 堆的例子，以帮助理解它的用途和工作原理。

例子 1：Android 图像传输

在安卓系统中，DMA BUF 堆常用于实现图像传输。例如，一个摄像头设备可以将采集到的图像数据存储在 DMA BUF 堆中，然后其他设备（如显示器、图像处理单元）可以直接从该 DMA BUF 堆中读取图像数据，无需复制。

工作原理

1. 摄像头设备采集图像数据，并将其存储在 DMA BUF 堆中。

2. 图像处理单元从 DMA BUF 堆中读取图像数据并进行处理。 3. 显示器从 DMA BUF 堆中读取处理后的图像数据，并在屏幕上显示。

例子 2：Linux 内核驱动开发

在 Linux 内核驱动开发中，DMA BUF 堆可用于实现设备之间的高性能数据传输。例如，一个音频设备可以将音频采样数据存储在 DMA

BUF 堆中，然后将其传输到另一个设备（如数字信号处理器）进行处理。

工作原理

1. 音频设备将采样数据存储在 DMA BUF 堆中。

2. 数字信号处理器从 DMA BUF 堆中读取音频数据并进行处理。

3. 处理后的音频数据可以被其他设备（如扬声器）直接读取，无需进行复制操作。

例子 3：嵌入式系统中的视频编解码

在嵌入式系统中，DMA BUF 堆可用于实现视频编解码过程中的数据传输和共享。例如，一个视频编码器可以将编码后的视频数据存储在 DMA BUF 堆中，然后视频解码器可以直接从该堆中读取数据进行解码。

工作原理

1. 视频编码器将编码后的视频数据存储在 DMA BUF 堆中。

嵌入式Linux系统中图片解码和显示的图形加速方法

在嵌入式Linux系统中，图片解码和显示是常见的需求。为了提高系统性能和用户体验，图形加速方法成为了必不可少的技术手段。本文将介绍嵌入式Linux系统中图片解码和显示的图形加速方法，包括硬件加速和软件优化两个方面。

一、硬件加速方法

1. 图形处理单元（GPU）加速

GPU是一种专门用于图形处理的硬件设备，具有并行计算能力和高速缓存等特点。在嵌入式Linux系统中，可以利用GPU对图片解码和显示进行加速。通过使用GPU来卸载CPU的工作负载，可以大幅提升图像处理的速度和效率。

2. 视频解码器硬件加速

很多现代嵌入式处理器都搭载了视频解码器硬件，可以实现对视频进行硬件加速解码，并直接在屏幕上显示。在图片解码和显示过程中，可以利用视频解码器硬件加速来提高解码和显示的效率，减轻CPU的负担。

3. DMA（直接内存访问）加速

DMA是一种数据传输方式，可以实现在设备之间直接进行数据传输，而不需要CPU的干预。在图片解码和显示中，通过使用DMA加速技术，可以实现数据从存储器到显存之间的快速传输，提高图像解码和显示的速度。

二、软件优化方法

1. 采用专门的解码库

在嵌入式Linux系统中，有很多开源的图片解码库可供选择，如libjpeg、libpng等。选择合适的解码库可以提高解码效率和显示质量。这些解码库通常都经过优化，能够充分发挥硬件性能，提高解码速度和效率。

2. 优化解码算法

除了选择合适的解码库外，还可以对解码算法进行优化。通过对解码算法进行逻辑优化、算法重构和并行化处理，可以提高解码速度和质量。同时，还可以对解码过程中的一些参数进行调整，以最大程度地提高解码效率。

3. 显存管理优化

在嵌入式Linux系统中，显存是存储图片数据的重要缓存区域。有效地管理显存可以提高解码和显示的效率。通过合理的显存分配和数据加载策略，可以减少数据传输时间和内存开销，提高解码和显示的速度。